影響車身覆蓋件旋塑成型質(zhì)量的因素及應對策略研究

郭容 劉咸超 許瓊方

摘 要：新型塑料復合材料越來越多的應用于汽車覆蓋件的成型，其優(yōu)勢在于既能極大的減輕整車的重量，從而降低能耗，又能獲得形狀復雜和美觀的車體零件。旋塑成型技術是實現(xiàn)車身塑化的新加工工藝，旋塑成型具有成型設備簡單、模具制作成本低、成型制品具有壁厚均勻、尺寸穩(wěn)定、無熔接痕等諸多優(yōu)點。本研究以車體零件的旋塑成型制造為研究對象，針對車身零件旋塑成型工藝、成型缺陷及應對策略等問題展開研究。

關鍵詞：旋塑成型；缺陷；因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.044

隨著汽車輕量化的需求日益迫切，對汽車車身覆蓋件的性能要求也在不斷提高，對成型加工技術也隨之不斷升級。對零件的要求是性能越來越高、質(zhì)量越輕和易于回收等，制造過程要高效、節(jié)能和易于控制。旋塑成型也被稱作滾塑成型、旋轉(zhuǎn)成型，主要應用于中空制件的加工成型，也可制造尺寸多樣、形狀結(jié)構(gòu)復雜的塑料制品，是全球發(fā)展迅速的塑料模具成型工藝之一。塑化汽車車身零件加工常常選用旋塑成型，旋塑成型的制件可適應車身零件要求，形狀結(jié)構(gòu)設計自由大的中大型件。由于成型過程中塑料熔融體靠重力流動貼合模具型腔，成型過程無壓力，制件容易產(chǎn)生包覆不良、壁厚不均、內(nèi)外表面粗糙、氣泡氣孔等質(zhì)量缺陷。實時的了解產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的原因，控制好整個成型工藝過程，對提高產(chǎn)品質(zhì)量非常必要。

1 原料性能對制件成型質(zhì)量的影響

注塑和吹塑模具可以直接加熱原料，而旋塑成型工藝特殊，對原料溫度、流動性等方面控制較難，所以成型對原材料的依賴性很高，對原料的要求很嚴格，尤其是原料的導熱性。市場上常用的旋塑成型原料包括：PE、PA、PP、PVC、PC等。旋塑使用的原料中，由于聚乙烯材料的綜合性能優(yōu)勢，聚乙烯使用率占90%以上，線性低密度聚乙烯占到80%以上。旋塑成型的材料必須具有熱穩(wěn)定性、低熔體粘度、良好的傳熱性和流動性、足夠的抗沖擊強度、抗彎曲強度、拉伸強度。對原料嚴格的選用及制備改性改良原料，對獲得良好的成型產(chǎn)品質(zhì)量至關重要。樹脂粉料的熔融指數(shù)、流動性、密度、顆粒均勻度、顆粒直徑分布均對制品成型有影響。如聚乙烯，旋塑聚乙烯粉料具有熔融指數(shù)高、熔體流動性好、熔體內(nèi)的殘存氣體易于逸出，從而獲得緊實的塑料制件，防止了產(chǎn)品產(chǎn)生氣孔氣泡等質(zhì)量缺陷。原料如若流動性差，會造成熔融體覆蓋模具不足，造成產(chǎn)品缺料或尺寸不足的缺陷。通過實驗分析得知：原料粒徑分布峰值位置越高，粒徑越小，粒子越細，產(chǎn)品綜合性能越好，但基于成本和生產(chǎn)效率的因素，生產(chǎn)實際一般將原料粒徑分布峰值控制在60—80之間為最好。雖然原料的制備依然是成型工藝的難點，隨著技術的發(fā)展，制備技術的提高，復合新材料將越來越能適應旋塑成型工藝的要求。

2 工藝參數(shù)溫度對旋塑成型的影響

材料、模具和制品是影響熔體溫度加熱和加熱效率的主要因素。如PE，成型加熱爐溫通常在 250℃ ～400℃ ，傳統(tǒng)溫度控制方法可以通過試模試制，從而選取合適的成型溫度，初始試模溫度取220℃，加熱時間10分鐘。試制品若塑化不良、有氣孔氣泡等，應適當提高加熱溫度或延長加熱的時間；制品若顏色發(fā)黃，則是加熱過度產(chǎn)生了熱氧化老化所致，應適當降低加熱溫度或縮短加熱時間。隨著CAE模擬仿真技術的發(fā)展，模流分析軟件的溫度分析可以協(xié)助發(fā)現(xiàn)與修正加熱溫度和時間中存在的若干問題，同時無線測溫技術也能較好的提高成型溫度控制的精確性。

3 模具旋轉(zhuǎn)速度對制品質(zhì)量的影響

在旋塑成型過程中，若模具的旋轉(zhuǎn)速度控制不當，容易造成制品壁厚不均勻等質(zhì)量缺陷問題。通常情況下，把模具的線速度控制為6-35rpm。若制品形狀為圓柱類、軸套類，結(jié)構(gòu)較為簡單的，可以選取較高的線速度；若制品的形狀是有轉(zhuǎn)角、棱角、加強筋等非規(guī)則性的結(jié)構(gòu)，線速度要降低，這樣可以避免由旋轉(zhuǎn)離心力引起的物料滯留，造成制品局部的壁厚不均勻。

4 冷卻對旋塑成型的影響

旋塑成型中非常重要工藝參數(shù)是冷卻時間，當全部物料在模腔內(nèi)熔融附著型腔后就開始保溫定型。影響制品冷卻速率的因素有：制品壁厚，模具材料、原料性能、冷卻方式與冷卻時間等。制件壁厚越厚，冷卻時間越長，壁厚對成型周期影響最為顯著，冷卻時間約與制品厚度的平方成正比。冷卻的方式主要有：風冷和水霧冷。風冷效率較低，但質(zhì)量穩(wěn)定性較好；水霧冷效率較高，但制件易產(chǎn)生收縮變形。工藝設計過程中要根據(jù)制品的具體情況和要求來確定合適的冷卻方式?？山柚鶦AE模流分析軟件可對成型冷卻過程進行輔助分析，預估計冷卻時間，模擬成型過程，及時發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設計，縮短冷卻時間，提高生產(chǎn)效率。通過數(shù)字化的模擬分析產(chǎn)品各個部分冷卻是否均勻一致，避免因冷卻不均造成制品的翹曲變形。

5 脫模劑對成型質(zhì)量的影響

在脫模取件的過程中，采用有機硅樹脂類脫模劑，使得制件易于脫模，從而獲得良好的制品表面質(zhì)量，避免了脫模摩擦力造成的制品外觀損傷。在涂布一次后，脫模劑可以反復多次使用。在涂抹脫模劑之前需將模具型腔表面清理干凈，涂抹脫模劑要均勻，涂層不宜太厚，在高溫220℃～250℃加熱2個小時以上，有機硅樹脂產(chǎn)生交聯(lián)反應，形成具有良好機械強度的脫模層。

雖然，我國的旋塑成型技術還在研發(fā)試驗階段，與國外先進技術還有較大差距，但隨著汽車輕量化研發(fā)進程的推進，研究者們將不斷的精進探索，加快解決汽車車身覆蓋件使用旋塑成型的技術的難點，促進我國旋塑行業(yè)的自動化水平的提高，加快實現(xiàn)車身旋塑成型工業(yè)化。

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