隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，保險(xiǎn)杠作為一種重要的汽車安全裝置，也在不斷進(jìn)行革新。轎車的前后保險(xiǎn)杠除了要保持原有的保護(hù)功能外，還要追求外觀與車體造型的和諧統(tǒng)一，以及實(shí)現(xiàn)本身的輕量化。目前，轎車的前后保險(xiǎn)杠均采用了塑料材料。
不論是生產(chǎn)高端轎車，還是普通經(jīng)濟(jì)型車，本田公司每一根保險(xiǎn)杠的材料都具有相同的性能（采用改性聚丙烯）。其中，廣州本田保險(xiǎn)杠的注塑成型周期僅為45s，達(dá)到了世界先進(jìn)水平，并且由于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)采用了“肉厚漸變”技術(shù)，可以節(jié)省15％的材料。下面就以廣州本田保險(xiǎn)杠為例，從設(shè)備、工藝、材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具等方面，介紹保險(xiǎn)杠的快速成型解決方案。
注塑機(jī)
注塑機(jī)大致由射出機(jī)構(gòu)、鎖模機(jī)構(gòu)、動(dòng)力裝置和電動(dòng)控制裝置構(gòu)成，如圖1所示。廣州本田所采用的注塑機(jī)為三菱重工的3000MMⅢ-470和海天公司的HTF3000X，均為保險(xiǎn)杠和儀表臺(tái)專用注塑機(jī)。這些機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)周期（也稱為“干周期”）比一般注塑機(jī)的要短30％，其開合模速度是一般注塑機(jī)的1.3倍，注塑速度是一般注塑機(jī)的1.3倍，計(jì)量與開合模的動(dòng)作重疊，模具頂出機(jī)構(gòu)的速度也比一般注塑機(jī)更快。下面以三菱注塑機(jī)為例，簡(jiǎn)單介紹該注塑機(jī)在快速成型方面的技術(shù)特色。
圖1 注塑機(jī)結(jié)構(gòu)
1.射出機(jī)構(gòu)
射出機(jī)構(gòu)是注塑機(jī)中主要負(fù)責(zé)粒料移送、熔融的部分。熔融的熱量主要來(lái)自料筒的電加熱器，也有部分來(lái)自螺桿旋轉(zhuǎn)使粒料間生成的機(jī)械摩擦熱，當(dāng)提高螺桿轉(zhuǎn)速，摩擦作用加強(qiáng)，就會(huì)產(chǎn)生更多的熱量去參與樹脂熔融。三菱重工根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)已有技術(shù)進(jìn)行改良，開發(fā)了“UB螺桿”（2條螺紋型螺桿），使得樹脂熔體能夠以均一的溫度充填到模具內(nèi)，達(dá)到了尺寸精度穩(wěn)定化的效果。
2.MM鎖模方式
圖2 鎖模升壓時(shí)
圖3 模開結(jié)束時(shí)
MM鎖模結(jié)構(gòu)是在動(dòng)模板和定模板內(nèi)構(gòu)成鎖模部的新型復(fù)合鎖模結(jié)構(gòu)（如圖2、圖3所示），該結(jié)構(gòu)*的優(yōu)點(diǎn)是，在確保注塑機(jī)獲得同等鎖模力的情況下，其長(zhǎng)度也最短。其鎖模動(dòng)作按下列順序進(jìn)行：
（1）在模具完全打開的狀態(tài)下，不能對(duì)任何一個(gè)油缸注油。
（2）模閉高速：將液壓油送入模開合油缸的A內(nèi)。
（3）模閉低速（模具保護(hù)）：與（2）相同，但油量少，且油壓要降低。
（4）開合螺母閉：向A部加高壓油，再向開合螺母動(dòng)作油缸的C加輔助液壓油，合上螺母，使螺母的螺紋與拉桿的螺紋咬合。
（5）升壓：合上開合螺母，將油壓送入鎖模機(jī)構(gòu)的E部。
（6）開合螺母開：在鎖模的狀態(tài)下，將輔助液壓油送入D部，并打開螺母。
（7）降壓：開合螺母后退后，排出E部的液壓油。
（8）離模：將液壓油送入模開關(guān)機(jī)筒的B部。
（9）模開高速：向B部送入液壓油。
（10）模開低速：向B部送入小流量的液壓油。
其中（1）～（5）為模閉，（6）～（10）為模開。
3.輔助設(shè)備
與主機(jī)相配套的輔助設(shè)備包括：產(chǎn)品取出機(jī)械手、自動(dòng)換模臺(tái)車、材料自動(dòng)投入裝置、液壓油冷卻系統(tǒng)、模具溫度調(diào)節(jié)機(jī)、冷凍設(shè)備及車間空調(diào)等。
廣州本田采用的機(jī)械手來(lái)自STAR公司，型號(hào)為TW-2000FMV-3，用于自動(dòng)取出保險(xiǎn)杠。由于需要與取件相對(duì)應(yīng)，制品臂的上下行程由標(biāo)準(zhǔn)的2000mm改為2500mm，從而實(shí)現(xiàn)了高速取出。注塑機(jī)的模具交換是通過(guò)自動(dòng)換模臺(tái)車完成的，換模時(shí)間約3min（不包括輔助時(shí)間）。同時(shí)，廣州本田通過(guò)采用松井或川田的材料輸送裝置，將材料自動(dòng)投入注塑機(jī)。為實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，還配置了液壓油冷卻系統(tǒng)。此外，為降低模具的表面溫度，廣州本田配置了模具溫度調(diào)節(jié)機(jī)，控制溫度大約在18~20℃；為保證注塑品質(zhì)，車間長(zhǎng)年開動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，將車間溫度控制到25℃左右，濕度控制在60％左右。
注塑工藝
一般的注塑機(jī)在塑化過(guò)程中是不能卸壓和開模的，到塑化完成后才進(jìn)行卸壓等動(dòng)作。注塑過(guò)程包括合模、升壓、注射、保壓、冷卻（PP材料由熔融狀態(tài)降低到約60℃）、塑化、卸壓及取出（廣州本田是用機(jī)械手取件）等動(dòng)作過(guò)程，如圖4所示。
圖4 一般注塑過(guò)程
圖5 快速成型
與普通注塑機(jī)的產(chǎn)品周期不同，該產(chǎn)品周期中有多個(gè)階段是重疊的，因而使成型周期縮短。具體過(guò)程如下：
1.材料在塑化過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行冷卻和開模動(dòng)作；
2.在冷卻的后半段，鎖模力提前降壓；
3.抽芯機(jī)構(gòu)在高速開模過(guò)程中后退；
4.頂出機(jī)構(gòu)在模具打開及取出工件時(shí)同時(shí)動(dòng)作；
5.在低速開模的后半段，機(jī)械手進(jìn)入取件區(qū)。
在注塑過(guò)程中，各動(dòng)作速度比一般的注塑機(jī)快，因此根據(jù)不同動(dòng)作需求，設(shè)定了合理的參數(shù)：
1.模具打開和閉合時(shí)速度分為低速和高速段，使得模具開合的時(shí)間縮短，同時(shí)使設(shè)備振動(dòng)較??；
2.實(shí)現(xiàn)分段注射，并根據(jù)產(chǎn)品的品質(zhì)需要調(diào)整注射狀態(tài)。
3.根據(jù)需要進(jìn)行分段保壓，選擇合適的保壓時(shí)間和保壓壓力。
4.通過(guò)V-P轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)注射到保壓的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換主要采用位置控制，對(duì)注射時(shí)間、成型周期和產(chǎn)品品質(zhì)具有直接的影響。
材料選擇
廣州本田所選用的材料是中山三井公司提供的改性聚丙烯（PP），成分大致為：PP（約60％）、
橡膠（交聯(lián)）約30％、填料（滑石粉）約9％、助劑（抗氧化劑、防腐劑、成核劑和抗紫外線劑等）1％。該材料具有耐低溫沖擊性（在-30℃下，IZOD沖擊強(qiáng)度為6.0kg.cm/cm，）且流動(dòng)性較高，同時(shí)還具有較高的涂裝密著性（對(duì)應(yīng)E-10）。
另外，該材料的外觀品質(zhì)好，能夠滿足熔合紋細(xì)、表面張力好以及A級(jí)面無(wú)熔合紋等要求。材料可循環(huán)使用，并可進(jìn)行*回收。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，使用MOLDFLOW軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行CAE分析，以進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)性檢證。該分析包括：進(jìn)膠點(diǎn)位置、進(jìn)膠點(diǎn)尺寸、產(chǎn)品重量、鎖模力、產(chǎn)品填充模擬、流動(dòng)前沿溫度、充填壓力、剪切應(yīng)力、收縮率、困氣位置、熔接線、翹曲量、冷卻液溫度以及制件*溫度等。通過(guò)CAE分析，可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品的不良情況進(jìn)行調(diào)整預(yù)防，保證產(chǎn)品成型的順利進(jìn)行。
值得一提的是，本田保險(xiǎn)杠不是“等肉厚”設(shè)計(jì)，而是根據(jù)產(chǎn)品的不同部位需要進(jìn)行“肉厚變化”，變化范圍2.6~3.4mm。大致的原則為：中間屬于厚肉區(qū)，膠口遠(yuǎn)端為薄肉區(qū)，產(chǎn)品合流部分為薄肉區(qū)。
通過(guò)產(chǎn)品肉厚漸變技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下作用：注塑膠口較少，一般為2~4水口（如圖6所示部位），這樣模具簡(jiǎn)單，造價(jià)成本相對(duì)較低；可以實(shí)現(xiàn)快速成型，由于膠口遠(yuǎn)端為薄肉區(qū)，容易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品填充；可以節(jié)省注塑材料，通過(guò)計(jì)算，等肉厚的保險(xiǎn)杠和肉厚漸變的保險(xiǎn)杠重量相差約15%。
圖6 注塑膠口位置圖
模具
模具的主要結(jié)構(gòu)包括：供熔融樹脂通過(guò)的主流道、分流道、注料口和模腔部分，用于模具溫度調(diào)節(jié)的冷卻回路，從注塑機(jī)取出成型品的凸出裝置（動(dòng)模），在成型機(jī)上安裝的模具部分（定模），以及構(gòu)成模具本身的模壓基礎(chǔ)部分。
由于模具相對(duì)復(fù)雜，下面簡(jiǎn)略談?wù)労涂焖俪尚拖嚓P(guān)的部分：
1.模具內(nèi)部需足夠冷卻能力的冷卻水，一般可以通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算。廣州本田的模具冷卻方式為通入18~22℃的冷水進(jìn)行冷卻，流量約120~150L/min；
2.樹脂在進(jìn)入模腔過(guò)程中，需經(jīng)過(guò)帶加熱裝置的熱流道和熱噴嘴，保持溫度為180~220℃；
3.需根據(jù)產(chǎn)品CAE分析的困氣情況，在模具適當(dāng)?shù)牟课婚_排氣槽；
4.考慮抽芯機(jī)構(gòu)的速度，油壓一般選用70~80kg/cm2；
5.考慮冷卻效率及防止模具漏水，一般水道離產(chǎn)品距離為30~80mm。
結(jié)束語(yǔ)
隨著技術(shù)的發(fā)展，快速成型也出現(xiàn)了新的技術(shù)，如產(chǎn)品的超高剛性及超薄化、注塑機(jī)的多點(diǎn)進(jìn)膠、模具的無(wú)熱流道及熱噴嘴以及注塑機(jī)的高速全電動(dòng)化等，從而推動(dòng)注塑的快速成型向更高的水平發(fā)展。
