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隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，保險杠作為一種重要的汽車(chē)安全裝置，也在不斷進(jìn)行革新。轎車(chē)的前后保險杠除了要保持原有的保護功能外，還要追求外觀(guān)與車(chē)體造型的和諧統一，以及實(shí)現本身的輕量化。目前，轎車(chē)的前后保險杠均采用了塑料材料。
不論是生產(chǎn)高端轎車(chē)，還是普通經(jīng)濟型車(chē)，本田公司每一根保險杠的材料都具有相同的性能（采用改性聚丙烯）。其中，廣州本田保險杠的注塑成型周期僅為45s，達到了世界先進(jìn)水平，并且由于在產(chǎn)品設計時(shí)采用了“肉厚漸變”技術(shù)，可以節省15％的材料。下面就以廣州本田保險杠為例，從設備、工藝、材料、產(chǎn)品設計及模具等方面，介紹保險杠的快速成型解決方案。
注塑機
注塑機大致由射出機構、鎖模機構、動(dòng)力裝置和電動(dòng)控制裝置構成，如圖1所示。廣州本田所采用的注塑機為三菱重工的3000MMⅢ-470和海天公司的HTF3000X，均為保險杠和儀表臺專(zhuān)用注塑機。這些機器的運轉周期（也稱(chēng)為“干周期”）比一般注塑機的要短30％，其開(kāi)合模速度是一般注塑機的1.3倍，注塑速度是一般注塑機的1.3倍，計量與開(kāi)合模的動(dòng)作重疊，模具頂出機構的速度也比一般注塑機更快。下面以三菱注塑機為例，簡(jiǎn)單介紹該注塑機在快速成型方面的技術(shù)特色。
圖1 注塑機結構
1.射出機構
射出機構是注塑機中主要負責粒料移送、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)自螺桿旋轉使粒料間生成的機械摩擦熱，當提高螺桿轉速，摩擦作用加強，就會(huì )產(chǎn)生更多的熱量去參與樹(shù)脂熔融。三菱重工根據多年的經(jīng)驗，對已有技術(shù)進(jìn)行改良，開(kāi)發(fā)了“UB螺桿”（2條螺紋型螺桿），使得樹(shù)脂熔體能夠以均一的溫度充填到模具內，達到了尺寸精度穩定化的效果。
2.MM鎖模方式
圖2 鎖模升壓時(shí)
圖3 模開(kāi)結束時(shí)
MM鎖模結構是在動(dòng)模板和定模板內構成鎖模部的新型復合鎖模結構（如圖2、圖3所示），該結構違禁詞的優(yōu)點(diǎn)是，在確保注塑機獲得同等鎖模力的情況下，其長(cháng)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(kāi)的狀態(tài)下，不能對任何一個(gè)油缸注油。
（2）模閉高速：將液壓油送入模開(kāi)合油缸的A內。
（3）模閉低速（模具保護）：與（2）相同，但油量少，且油壓要降低。
（4）開(kāi)合螺母閉：向A部加高壓油，再向開(kāi)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(kāi)合螺母，將油壓送入鎖模機構的E部。
（6）開(kāi)合螺母開(kāi)：在鎖模的狀態(tài)下，將輔助液壓油送入D部，并打開(kāi)螺母。
（7）降壓：開(kāi)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(kāi)關(guān)機筒的B部。
（9）模開(kāi)高速：向B部送入液壓油。
（10）模開(kāi)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(kāi)。
3.輔助設備
與主機相配套的輔助設備包括：產(chǎn)品取出機械手、自動(dòng)換模臺車(chē)、材料自動(dòng)投入裝置、液壓油冷卻系統、模具溫度調節機、冷凍設備及車(chē)間空調等。
廣州本田采用的機械手來(lái)自STAR公司，型號為T(mén)W-2000FMV-3，用于自動(dòng)取出保險杠。由于需要與取件相對應，制品臂的上下行程由標準的2000mm改為2500mm，從而實(shí)現了高速取出。注塑機的模具交換是通過(guò)自動(dòng)換模臺車(chē)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。為實(shí)現注塑機的高速運轉，還配置了液壓油冷卻系統。此外，為降低模具的表面溫度，廣州本田配置了模具溫度調節機，控制溫度大約在18~20℃；為保證注塑品質(zhì)，車(chē)間長(cháng)年開(kāi)動(dòng)空調系統，將車(chē)間溫度控制到25℃左右，濕度控制在60％左右。
注塑工藝
一般的注塑機在塑化過(guò)程中是不能卸壓和開(kāi)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(kāi)模動(dòng)作；
2.在冷卻的后半段，鎖模力提前降壓；
3.抽芯機構在高速開(kāi)模過(guò)程中后退；
4.頂出機構在模具打開(kāi)及取出工件時(shí)同時(shí)動(dòng)作；
5.在低速開(kāi)模的后半段，機械手進(jìn)入取件區。
在注塑過(guò)程中，各動(dòng)作速度比一般的注塑機快，因此根據不同動(dòng)作需求，設定了合理的參數：
1.模具打開(kāi)和閉合時(shí)速度分為低速和高速段，使得模具開(kāi)合的時(shí)間縮短，同時(shí)使設備振動(dòng)較小；
2.實(shí)現分段注射，并根據產(chǎn)品的品質(zhì)需要調整注射狀態(tài)。
3.根據需要進(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轉換，實(shí)現注射到保壓的轉換。該轉換主要采用位置控制，對注射時(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％）、#p#分頁(yè)標題#e#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(xiàn)劑等）1％。該材料具有耐低溫沖擊性（在-30℃下，IZOD沖擊強度為6.0kg.cm/cm，）且流動(dòng)性較高，同時(shí)還具有較高的涂裝密著(zhù)性（對應E-10）。
另外，該材料的外觀(guān)品質(zhì)好，能夠滿(mǎn)足熔合紋細、表面張力好以及A級面無(wú)熔合紋等要求。材料可循環(huán)使用，并可進(jìn)行100%回收。
產(chǎn)品設計
在產(chǎn)品設計階段，使用MOLDFLOW軟件對設計進(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、剪切應力、收縮率、困氣位置、熔接線(xiàn)、翹曲量、冷卻液溫度以及制件最高溫度等。通過(guò)CAE分析，可以在設計階段對產(chǎn)品的不良情況進(jìn)行調整預防，保證產(chǎn)品成型的順利進(jìn)行。
值得一提的是，本田保險杠不是“等肉厚”設計，而是根據產(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，膠口遠端為薄肉區，產(chǎn)品合流部分為薄肉區。
通過(guò)產(chǎn)品肉厚漸變技術(shù)，可以實(shí)現以下作用：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)成本相對較低；可以實(shí)現快速成型，由于膠口遠端為薄肉區，容易實(shí)現產(chǎn)品填充；可以節省注塑材料，通過(guò)計算，等肉厚的保險杠和肉厚漸變的保險杠重量相差約15%。
圖6 注塑膠口位置圖
模具
模具的主要結構包括：供熔融樹(shù)脂通過(guò)的主流道、分流道、注料口和模腔部分，用于模具溫度調節的冷卻回路，從注塑機取出成型品的凸出裝置（動(dòng)模），在成型機上安裝的模具部分（定模），以及構成模具本身的模壓基礎部分。
由于模具相對復雜，下面簡(jiǎn)略談?wù)労涂焖俪尚拖嚓P(guān)的部分：
1.模具內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(shù)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.需根據產(chǎn)品CAE分析的困氣情況，在模具適當的部位開(kāi)排氣槽；
4.考慮抽芯機構的速度，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。
結束語(yǔ)
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，快速成型也出現了新的技術(shù)，如產(chǎn)品的超高剛性及超薄化、注塑機的多點(diǎn)進(jìn)膠、模具的無(wú)熱流道及熱噴嘴以及注塑機的高速全電動(dòng)化等，從而推動(dòng)注塑的快速成型向更高的水平發(fā)展。
