郭容 劉咸超 許瓊方

摘 要：新型塑料復(fù)合材料越來越多的應(yīng)用于汽車覆蓋件的成型，其優(yōu)勢(shì)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(fù)雜和美觀的車體零件。旋塑成型技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車身塑化的新加工工藝，旋塑成型具有成型設(shè)備簡(jiǎn)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(diǎn)。本研究以車體零件的旋塑成型制造為研究對(duì)象，針對(duì)車身零件旋塑成型工藝、成型缺陷及應(yīng)對(duì)策略等問題展開研究。

關(guān)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(duì)汽車車身覆蓋件的性能要求也在不斷提高，對(duì)成型加工技術(shù)也隨之不斷升級(jí)。對(duì)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(yīng)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(fù)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(yīng)車身零件要求，形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)時(shí)的了解產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的原因，控制好整個(gè)成型工藝過程，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量非常必要。

1 原料性能對(duì)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(duì)原料溫度、流動(dòng)性等方面控制較難，所以成型對(duì)原材料的依賴性很高，對(duì)原料的要求很嚴(yán)格，尤其是原料的導(dǎo)熱性。市場(chǎng)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(shì)，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(dòng)性、足夠的抗沖擊強(qiáng)度、抗彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度。對(duì)原料嚴(yán)格的選用及制備改性改良原料，對(duì)獲得良好的成型產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。樹脂粉料的熔融指數(shù)、流動(dòng)性、密度、顆粒均勻度、顆粒直徑分布均對(duì)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(dòng)性好、熔體內(nèi)的殘存氣體易于逸出，從而獲得緊實(shí)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(dòng)性差，會(huì)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(shí)驗(yàn)分析得知：原料粒徑分布峰值位置越高，粒徑越小，粒子越細(xì)，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(shí)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(diǎn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，制備技術(shù)的提高，復(fù)合新材料將越來越能適應(yīng)旋塑成型工藝的要求。

2 工藝參數(shù)溫度對(duì)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(shí)間10分鐘。試制品若塑化不良、有氣孔氣泡等，應(yīng)適當(dāng)提高加熱溫度或延長(zhǎng)加熱的時(shí)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(yīng)適當(dāng)降低加熱溫度或縮短加熱時(shí)間。隨著CAE模擬仿真技術(shù)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(shí)間中存在的若干問題，同時(shí)無線測(cè)溫技術(shù)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(duì)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(dāng)，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(jiǎn)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(qiáng)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(duì)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(shí)間，當(dāng)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(shí)間等。制件壁厚越厚，冷卻時(shí)間越長(zhǎng)，壁厚對(duì)成型周期影響最為顯著，冷卻時(shí)間約與制品厚度的平方成正比。冷卻的方式主要有：風(fēng)冷和水霧冷。風(fēng)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(shè)計(jì)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(duì)成型冷卻過程進(jìn)行輔助分析，預(yù)估計(jì)冷卻時(shí)間，模擬成型過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通過數(shù)字化的模擬分析產(chǎn)品各個(gè)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(duì)成型質(zhì)量的影響

在脫模取件的過程中，采用有機(jī)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(fù)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(gè)小時(shí)以上，有機(jī)硅樹脂產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，形成具有良好機(jī)械強(qiáng)度的脫模層。

雖然，我國(guó)的旋塑成型技術(shù)還在研發(fā)試驗(yàn)階段，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)還有較大差距，但隨著汽車輕量化研發(fā)進(jìn)程的推進(jìn)，研究者們將不斷的精進(jìn)探索，加快解決汽車車身覆蓋件使用旋塑成型的技術(shù)的難點(diǎn)，促進(jìn)我國(guó)旋塑行業(yè)的自動(dòng)化水平的提高，加快實(shí)現(xiàn)車身旋塑成型工業(yè)化。

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