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23年!BOB新材料专注于改性塑料行业! English

2016-08-06 admin

随着汽车工业迅猛发展屯,塑料零件在汽车上的应用越来越广泛垄。从保险杠踢街、裙边和挡泥板等外饰件悉,到仪表板薄、门板和立柱等内饰件受,再到前端框架壳、罩盖和进气歧管等发动机周边零件捣,随处可见塑料的存在鼓肯荷。据相关数据统计卵德极,在德国需屋墟、美国和日本等发达国家宋,平均每辆汽车塑料用量已达到汽车自身重量的10%-15%播偷贝。汽车塑料件的应用对于降低汽车重量盟嗜举,节约燃油桑,促进环保以及可回收利用等方面都有显著优势韩脱讣。汽车塑料件大多数采用注塑成型辫攻,成型周期短痢,生产效率高己鹊,制造成本低加。但注塑成型可能会产生较多的缺陷鸡谎郡,虎皮纹毒陀镰、表面复制不良冕、缩痕抒、熔接线和翘曲变形等瞄,是汽车注塑件常见的缺陷客,这些缺陷不仅与材料有关汉衬疽,还与结构设计频、模具设计和成型工艺有很大关系动。

1 虎皮纹

虎皮纹经常出现在保险杠澎闲亢、仪表板摊、门板和立柱等面积较大的汽车注塑件上螺辖,是一种波浪形条纹的表面缺陷开拟,条纹大约垂直于熔体流动方向抢,在制件表面上形成光泽不同的刻由薜??,看起来就像老虎皮上的花纹一样呻攫,俗称虎皮纹规冲,如图1所示匪辉。

图1 汽车仪表板上的虎皮纹现象

虎皮纹容易产生在壁厚较薄净核、流程较大的制件上袱帆鸵,它具有以下特征巾酿:(1)注塑件表面出现呈周期性变化的明暗交替的条纹;(2)条纹大致垂直于熔体的流动方向;(3)条纹分为亮区和暗区胖,亮区的光泽度高势,暗区的光泽度差;(4)如果制件的外观面是亮区梧寇,则背面是暗区桥庐监,两者交替出现介痊浪,如图2所示弧窍。

 

图2 虎皮纹的特征

材料中的增韧体系越多箔,虎皮纹现象越容易出现[1]捞。增韧体系在注塑过程中受到拉伸和剪切宝,产生微量形变脐栋,使得熔体产生不稳定流动幕,从而导致虎皮纹产生温句旱。韧性差的材料就很少会出现虎皮纹现象背,如增强材料小、非增韧的尼龙疯捆燎、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等材料成型过程中很少有虎皮纹产生橡五犯。应用于汽车注塑件的PP材料由于要求有较高的抗冲击性能迷,添加了弹性体等增韧成分检奴洪,非常容易出现虎皮纹缺陷琴灵拐。

制件的壁厚越蓖敲拧,或充填流动距离越远技达烙,流长比越大坚手砰,熔体在充模过程中越容易产生不稳定流动堤芯廷,因此越容易产生虎皮纹瞪染。适当增加制件的壁厚仟邵很,或缩短单一浇口的D.全年我不可抑制地狂笑。充填距离南冷,可以降低熔体充模阻力酗泼饺,保证熔体流动的稳定性凶茂姜,有利于消除虎皮纹识信底。但在汽车轻量化要求越来越高的今天乳浦,薄壁化是汽车注塑件的发展趋势呢据挞,因此通过增加壁厚来消除虎皮纹不太现实瓶辞试。

在模具设计方面僵灌耙,增加流道直径甫橡桥,扩大浇口的厚度和宽度是消除虎皮纹的有效措施【2】马献。浇口厚度最好达到壁厚的0.7-0. 8倍娃请村。此举的目的是降低熔体在流道和浇口中的压力损失肺哄,减小进入型腔时的出模膨胀效应徐。某车型的副仪表板护板出现虎皮纹严重屋撂,分析是浇口的尺寸过猩?,加大浇口厚度和宽度后蛔拱,成功虎皮纹消除少犁悄,如图3所示卡咯。此外级,在模具设计上嘿藐遁,应尽量采用渐变过渡的直浇口兰怖鹊、侧浇口和扇形浇口蓄渴,避免使用截面积逐渐缩小的潜伏浇口和点浇口培。实践证明芬舜径,潜伏浇口秽、点浇口或很小侧浇口很容易产生虎皮纹恕率。

                     

(a)改善前的虎皮纹         〔摹(b)浇口设计               (c)改善后虎皮纹消除

图3 浇口尺寸对虎皮纹的影响

在注塑工艺方面饭亲,熔体温度挽集、模具温度和注射速度是影响虎皮纹的几个重要参数恰穗淋。一般来说稳裙痹,提高熔体温度和模具温度拇趟唯,调整注射速度芜,有利于消除虎皮纹使怂郴。一般情况下崎蹈,采用较低的射速有利于消除虎皮纹爬灌,因为低速下熔体流动更加稳定胯。图4是某汽车零件不同射速下的制件外观嚎换滩,50%射速时虎皮纹严重酮,降低射速至15%尺浮,虎皮纹消失艘。

      

(a)采用50%射速出现虎皮纹                  (b)采用15%射速后虎皮纹消失

图4 射速对虎皮纹的影响

2 表面复制不良

表面复制不良椽纹,指注塑件在成型过程中耿骗并,不能精确复制模具型腔表面镀吗,表现为制件表面光泽不均内汹。

很多汽车注塑件表面设计有皮纹迷,皮纹效果越细腻娃,注塑成型时就越难复制尉霉。此外笛厩景,皮纹形状很规则投胳,相互之间不连通时龋,很容易因皮纹困气而导致表面复制不良骂哆泛。图5是某车型前门上型板的皮纹睬线爱,皮纹很规则且型腔不连通熄,在成型过程中表面容易出现花斑缺陷拦,实则是困气导致的表面复制不良咆汲晤。在产品设计时应慎重采用这种类型的皮纹睦屁。

 

 

                        (a)皮纹       (b)表面复制后的皮纹效果

图5 规则且不连通的皮纹表面复制效果

产生表面复制不良的原因之一是型腔压力不足滔艇角。此种情况下卯呜复,注塑工艺的设置应能保证熔体在型腔中有足够的压力复制模具表面不。一般来说笆衔涉,高温儒切、高速和高压(简称三高工艺)有利于减小熔体压力损失刚,使制件表面更好复制模具表面的。图6是某汽车的组合仪表罩巨,出现表面光泽不均斜,如图6a)所示;工艺调整时鼓欺,将料温从210℃提供至240℃孟,并提高注塑压力和速度来,最终消除外观缺陷黎,如图6b)所示位。

  

                    (a)改善前的制件外观                 (b)改善后的制件外观

6 注塑工艺对表面复制效果的影响

产生表面复制不良的另外一个原因是困气噶。当模具的排气效果不好腿脆旅,或皮纹深度较大时搽拦,或注射速度过快使得型腔内的气体来不及排出顿全,就会产生困气蓖某,导致表面复制不良牟。图7是汽车的除霜格栅必鼻珊,在两侧出现类似花斑的光泽不均虏钾,制件的皮纹深度较大龄哆悍,通过降低注射速度担融,成功消除表面缺陷木涡。

 

                    (a)制件                        (b)原始工艺表面复制效果

   

                        (c)原始工艺                   (d)改善工艺

(没有合适的改善后图片埠,因此没有给出称缔巧,作者注D?丁)

图7射速对表面复制的影响

3 缩痕

缩痕产生在制件的表面琉屏,指在制件表面形成的局部凹陷拘掸。缩痕是制件局部位置在冷却过程中得不到有效的保压补缩造成的【3】系罕纪。缩痕通常产生在制件上局部厚壁的位置小嚎巨,或产生在加强筋恋掸嘶、螺丝柱等突起物的背面糕。在汽车制件上陶廊关,螺丝柱厕鞠亨、加强筋或卡扣等结构的背面容易出现缩痕骏慑。

对于螺丝柱背面产生的缩痕叼,常用的改善措施是在螺丝柱根部添加火山口结构到倘家,如图8所示地爱骑。火山口的添加使得螺丝柱根部的等效壁厚(即内切圆直径2R)变辛病,因此能有效改善缩痕健,如图9所示葡逗。一般来说虏恰玩,等效壁厚越惺纹琛,制件表面就越不容易产生缩痕都惮骄,当螺丝柱根部的等效壁厚接近制件壁厚T时蔡,制件就基本没有产生缩痕的风险日穗埠。

8 典型的火山口设计

 

a)加火山口前的等效壁厚 (b)加火山口后的等效壁厚

9 火山口防止缩痕的原理

汽车注塑件很多时候选用改性PP材料副寐抠。与工程塑料相比深,改性PP模量较低镜,因此抵抗变形的能力要低些哥戎蕊,这更需要从结构设计上保证制件的强度霓。常用的办法是在产品设计中添加加强筋楔。加强筋的厚度选择关系到制件表面是否产生缩痕渺麓拾。对于结晶聚合物蔽岛扇,由于结晶会产生后收缩蜕伪烽,加强筋根部的厚度要适当薄些澄,建议不超过壁厚的1/3潮赂,否则容易在背面形成缩痕;而对于非晶聚合物疟纶赋,由于后收缩较蟹嗯盏邸,加强筋根部的厚度可适当厚些煌粉贩,但建议不超过壁厚的1/2角蛙柒。加强筋尺寸设计不合理时功吕,容易在背面形成缩痕挨擅响,如图10a)所示脆。在允许的情况下谓临,将加强筋设计在两个平面交接的过渡曲面背后标,即使有轻微缩痕娘挖,由于护面的掩饰作用吗啥操,也可以巧妙地将缩痕隐藏劳,如图10b)所示纳忻。

        

a)原始的加强筋设计           (b)改善的加强筋设计      

10 通过设计隐藏缩痕的方法

汽车保险杠对外观有严格的要求府结甘,即使制件上有轻微的缩痕略,在喷漆后也可以会非常明显囱夸动,这就对结构的设计提出了很高的要求抚。图11a)是某汽车保险杠定位卡扣的设计回,卡扣上的筋背面缩痕明显十,无论如何调整材料和注塑工艺灰,都无法彻底解决缩痕问题;而图11b)则巧妙地将定位卡扣设计在两个面交接的位置篮我,将缩痕隐藏起来蟹妻肋,留给材料和注塑工艺很宽的设计窗口寐面。

 

                  (a)不合理的设计                          (b)合理的设计

11 保险杠定位卡扣设计

汽车注塑件由于装配的需要穆,常在外观面的背后设计较多的卡扣陛芍。卡扣的尺寸设计很重要锰谢,壁厚较薄则卡扣的强度不足嚼,且在注塑时容易产生缺胶;壁厚较厚则会产生缩痕滩币。最佳的解决措施是将卡扣根部壁厚减倍谔场,如图12b)所示馁揩罐,既解决了卡扣的强度问题田,又避免了缩痕杆,同时还保证顺利注塑成型夯涵惺。而图12a)中的卡扣根部没有进行减薄处理呢操滴,注塑成型时容易产生缩痕潍。

      

                  (a)不合理的卡扣设计               (b)合理的卡扣设计

12 卡扣设计

如果制件在注塑成型后要求喷漆巴烘,则对缩痕的要求更严格差露玲,即使有轻微的缩痕廓,喷漆后也会很明显集诵。图13是某车型的裙边卡扣设计擦怪,虽然采用了卡扣根部减薄的设计慷,但是在垂直于流动方向的边背面还是产生缩痕科套使,喷漆后较明显日噬嫁,客户不能接受心岛。而图14另一款车型的裙边卡扣则采用了较巧妙的设计摄犊翱,在垂直流动方向的边根部采用间断式的点接触同认,由于接触面积不大粳,制件的正面上很难看到有缩痕;为了保证卡扣的强度稼防旱,又将该边的接触部分设计成平行流动方向的较短的加强筋杜午墨。这样的卡扣设计随,既解决了缩痕问题权钵,又保证了强度龋。

       

13 不合理的卡扣设计

  

                         (a)左视图                          (b)右视图

14 合理的裙边卡扣设计

4 熔接线

两股料流相遇时拴,制件上就会形成熔接线境硅。此时峨淌拧,熔体前沿的切线有一个夹角曹,这就是熔接线的汇合角遍堵侩,如图15所示繁萄。汇合角的大小对熔接线的强度和清晰度有重要影响4多。根据Moldflow的分析准则癸,当汇合角>135°时侣,熔接线肉眼看不到耙倪期,而且强度很高;当汇合角<135°时膜,但大于75°宿洪,熔接线比较清晰禾舷,但强度仍很高勘壬衫,通过处理伴,喷漆可以遮盖拙诠 ;当汇合角<75°时桅,熔接线即使经过处理扁险,喷漆仍无法遮盖呸,而且强度较差脓秤。

15 熔接线的汇合角

对于汽车保险杠钡薪、仪表板祥妨、门板丢、裙边等体积较大的注塑件伸昆,通常采用含有顺序阀的热流道来消除熔接线齿,一般是中间的针阀先打开桐傅,当熔体前锋流过下一个针阀时疗尼,该针阀开启苏,这样就可以避免填充时在制件上形成较多的熔接线村斯。

但即使采用针阀式热流道饶,孔周围的熔接线也难以消除痘淮湿,但结构设计上也有办法去弱化培患溅。通常在在孔的周围增加凹槽等结构放,扰乱熔接线的生成傲,从而起到淡化熔接线的效果舞诞厘。图17是某款保险杠的设计飘,在雾灯处由于孔的存在会产生熔接线胚擂市,在设计上巧妙地设置了一个凹槽垢,既可以当做装饰陇蜜筷,又可以扰乱熔接线的生成槐世叭,有效地淡化了熔接线湘沪。

    

17 弱化熔接线的凹槽设计

在模具设计时洁哆暮,应避免浇口面对着孔头拈糜,否则形成的熔接线难以调整椭。图18是某款车的前保险杠线靠,人字形标识中间有很多碰穿孔墩鼎凑,而浇口开设在标识的两侧部乳蹭,熔体流经碰穿孔时列妈,形成了明显的熔接线部,熔接线末端容易分叉世艇,严重时熔接线出现褶皱播,用砂纸打磨仍看到痕迹松踏钢,不良率较高惕钢妥。在注塑工艺上芹午,该段采用较低的注射速度可以弱化熔接线灯嘎,但加工温度或材料熔体流动速率稍有波动时谦,注塑工艺就需要调整的景,这给生产造成了一定的困难璃嫁。相比之下卤佃,另一款类似车型的前保险杠在该位置的设计就巧妙很多釜,如图19所示邪删,浇口设计在人字形标识的中间散囱,并减少碰穿孔皮,留给注塑工艺的窗口很宽簧,不需要采用特定的射速来配合枷灭驳,熔接线的外观很好鼻绅。

  

18 熔接线外观较差的浇口设计

 

19 改善熔接线外观的浇口设计

5 翘曲变形

翘曲变形指制件的形状与设计的形状出现比较大的差异庙,通常为凸出或凹陷奇。汽车制件的设计常采用PP材料叉输梨,与工程塑料相比巩官订,其模量相对较低抱,因而抵抗变形的能力要弱些盼氖,这就需要从结构设计上保证制件的强度兔。

汽车仪表板前沿也是容易变形的部位架险洗。图20是某款车型上的仪表板匆,(a)图是标识处是出现变形的部位旗梨,其背面没有加强筋或其它加固的结构茹,而整个仪表板很长猴鞋抽,这样的结构式很难保证不变形的饱计肝,多次尝试更换材料配方份乓,依旧无法解决变形问题菊。而图21的仪表板前沿设计较为合理蓖孔拢,其背面每个一定距离都设置了加强筋结构进行加固防止变形缴。

      

a)仪表板前沿整体结构      (b)变形部位的背面结构

20 不合理的仪表板前沿设计

  

a)仪表板前沿整体结构               (b)背面结构

21 合理的仪表板前沿设计

在不增加壁厚的情况下裤恍世,加强筋通常可以增加制件的强度姬,改善制件的变形巩瓣。但是烤,当加强筋设计不合理时氨,反而会增加制件的变形爬派。图22是某汽车的前立柱上体汰凯,制件的中部外凸变形稳遣患,变形部位刚好布置有较多的加强筋纠婪朝。从Moldflow的体积温度分析结果来看付,筋的壁厚较主体厚度卑徊嗦Α,体积温度下降较快玖,冷却定型后约束侧边向内自由变形五,导致制件在该部位外凸变形蕊迁,如图23所示计亩绦。

  

22 前立柱上体的变形状态

 

23 前立柱上体变形原因分析

6 结语

通过以上分析返扯溜,产品结构摹抽鞋、模具设计恫溅隘、注塑工艺和材料(涉及材料了吗?虎皮纹中涉及了一些材料方面的揣,其它没有说翔,作者注)都对汽车注塑件缺陷有着重要影响骚兰。在遇到问题时截几涂,要综合考虑这几个方面提出改善措施先蓝,但产品结构和模具设计是主要原因吮投嗣,需要重点分析练拢傅,其次再从注塑工艺和材料上去配合调整箔,彻底解决问题炽馆。

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