孫偉

摘 要：本文主要是對薄壁化技術和其優(yōu)勢進行了一定的分析，將薄壁化技術在汽車零件上的應用進行一定的分析，希望能夠促進汽車零部件生產(chǎn)的發(fā)展和進步。

關鍵詞：薄壁化技術;汽車零件;流長比;表面氣輔

1 引言

對于當前的汽車行業(yè)來說，安全、環(huán)保和節(jié)能是當下的三個關鍵性的話題，因此汽車輕量化就成了重要的策略。薄壁化技術是進行汽車減重的重要方案之一，可以在滿足汽車性能的同時對汽車的壁厚進行合理的減薄，同時也能實現(xiàn)減輕重量和降低成本的目的。

2 薄壁注塑成型技術

對于薄壁注塑成型技術來說雖然在業(yè)界還沒有對其形成一個較為統(tǒng)一定義，但是整體來說，成型塑件的厚度小于1mm，并且塑件的投影面積超過50平方厘米的注塑成型，都可以被稱為是薄壁注塑。但是對于汽車行業(yè)來說，所謂的薄壁成型技術只要是對材料和工藝進行了改進，并對傳統(tǒng)的壁厚進行了打破，又能滿足相應的性能，就將其認為是薄壁注塑。歐美等發(fā)達國家對于汽車薄壁化技術的應用起步是比較早的，在很多汽車零件上都有對其的應用，尤其是保險杠、門板上，對于薄壁技術的應用最具有廣泛性。

塑料件薄壁技術主要分為兩種：縮短流長、表面氣輔。

2.1 縮短流長

首先我們要知道什么是流長比，流長比是指塑料熔體在型腔內(nèi)流動的最大長度與相應的塑件壁厚之比值，設為K。充模流程過長，熔體壓力損失增大，流動前沿壓力不足，溫度降低過多，導致塑件密度低，收縮率大，甚至填充不滿，塑件壁厚越大，熔體所能達到的最大流動距離也增大，反之，塑件壁厚越小，熔體所能達到的最大流動距離也越短。

該種技術目前仍然存在不足，適用于產(chǎn)品薄壁處無筋和無卡口的設計。隨著現(xiàn)在汽車零部件產(chǎn)品精細化的提升，產(chǎn)品的外觀質(zhì)量也越來越受到重視，而薄壁處筋和卡扣對表面的縮痕完全是靠注塑過程保壓來完成，因薄壁產(chǎn)品壓力傳遞本身就收到限制，致使產(chǎn)品表面質(zhì)量不能到達理想的效果。

2.2 表面氣輔

普通氣體輔助注塑成型技術是近幾年一項新興的塑料注塑注射成型技術，其原理是利用高壓氣體在塑料內(nèi)部產(chǎn)生中空截面，利于氣體保壓代替塑料注射保壓，消除制品縮痕，完成注射成型的過程。

表面氣輔要求更高，是在模腔內(nèi)，產(chǎn)品充滿后，在制品冷卻凝結的過程中由模具型芯側向產(chǎn)品反面吹氣，氣體推動熔融塑膠繼續(xù)充填滿型腔，用氣體保壓代替塑膠保壓，高壓惰性氣體存在于產(chǎn)品反面和模具后模鋼材表面。為了保證氣體在恒定壓力的條件下對產(chǎn)品施壓，在產(chǎn)品冷卻成型后，得到我們所需得制品，因此模具不能漏氣，對模具制造和設計要求也就更高了。同時產(chǎn)品反面由于氣壓的作用，最后冷卻成型形成水紋狀，但對表面質(zhì)量無影響。

（1）模具分型面要做密封處理。（2）模具所有的頂出系統(tǒng)包括頂針、斜頂桿、直頂桿、司筒針等都要做密封處理，保證注入的高壓惰性氣體不泄露。（3）為了保證模腔內(nèi)惰性氣體壓力恒定，在頂針下設計壓力傳感器，模具外接壓力表，來調(diào)整注入的高壓惰性氣體的壓力。（4）因為產(chǎn)品壁厚較薄，便于熔膠填充，模具后模增加吸真空設計，在模具合模后，由于分型面的密封結構，使模具達到吸真空效果，再進行注射填充。

氣輔技術原理-通過氣輔減低壓力落差。

完整的氣輔注塑系統(tǒng)，應由空氣壓縮機、氮氣發(fā)生器、高壓蒸汽壓縮機、高壓管道、高壓氣體控制器。

3 薄壁注塑成型技術的優(yōu)勢

3.1 產(chǎn)品輕量化

將保險杠和汽車門飾板作為是主要的例子進行分析可以看出。汽車門飾板的傳統(tǒng)厚度為2.5mm-3.0mm，使用的薄壁化技術之后可以將其降低到2.0mm甚至1.5mm，通過對材料配方進行合理的調(diào)整，還能在保證材料密度不變的基礎上，將整車的質(zhì)量進行一定的降低。傳統(tǒng)汽車保險桿的厚度一般在3.0mm，使用薄壁化技術可以降低降低到2.5mm甚至2mm，節(jié)省原材料的40%。除此之外，不管是在何種汽車零件上使用薄壁化計劃，如果對材料成本進行合理的利用，還會因為壁厚的減少而出現(xiàn)材料質(zhì)量的減少，能夠對汽車生產(chǎn)的成本進行有效的降低。

3.2 成本周期縮短

注塑成型可以說是一個循環(huán)的過程，它的成型周期主要由儲料時間、冷卻時間、開合模時間以及頂出取件的時間共同組成的內(nèi)容，其中的冷卻時間在整個生產(chǎn)周期中都占據(jù)著非常大內(nèi)容，而且冷卻時間與壁厚有著非常密切的關系，可以通過減少產(chǎn)品壁厚的方式來對成型周期進行有效的縮短。

3.3 降低產(chǎn)品的殘余應力，降低翹曲問題

傳統(tǒng)注塑成型，需要足夠的高壓以推動塑料由主流道至最外圍區(qū)域，此高壓會造成高流動剪應力，殘存應力則會造成產(chǎn)品變形。可以降低注塑壓力和速度，增加了模具壽命。減少溫度損失，減少了產(chǎn)品翹曲變形。。防止射嘴溫度過高，燒焦材料或材料分解，降低了產(chǎn)品出現(xiàn)氣痕、局部、困氣、燒焦等表面問題。

3.4 消除產(chǎn)品表面縮痕

縮短流長，有助于熔融膠料的流動，因熔融膠料于模具前后模表面接觸，表層冷卻較快，表層局部于模具表面，對熔融膠料產(chǎn)生流動阻力，同時liujing表面氣輔解決和消除產(chǎn)品表面縮痕問題，對于有加強筋位處，不能滿足正常注塑的縮痕比值時，仍能保證表面不縮水。

3.5 提升了注塑機的使用壽命

所需注射壓力和鎖模力小，可大幅度降低對注塑機的要求。

4 薄壁化技術在汽車零件中的應用

4.1 對材料的要求

4.1.1 高流動性

高流動性的材料能夠對產(chǎn)品成型需求進行有效的滿足的，目前市場上熔融指數(shù)已經(jīng)有了商業(yè)化的趨向，能夠對流動性問題進行有效的解決。

4.1.2 高韌性

壁厚的減薄在一定程度上也會讓產(chǎn)品的沖擊強度出現(xiàn)一定的降低，因此需要對薄壁材料進行增韌處理。就目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)的多種增韌改性劑來說，已經(jīng)可以很好的實現(xiàn)對其進行增韌處理。

4.1.3 高強度和高剛性

壁厚減薄在一定程度上也會給的零件的強度和剛性造成一定的影響，因為需要對材料的強度和剛性進行重視，進行合理的材料選擇。一般來說，需要對材料的屈服強度和彎曲模量進行一定的彌補，最重要達到與傳統(tǒng)材料同樣的剛性要求。

4.2 零部件的性能要求

為了對汽車零部件的強度進行有效的保證，需要對零部件的材料厚度進行合理的控制，要均勻的增加重要部位的材料厚度，就拿保險桿來說，要對上下翻邊和鈑金的連接安裝點進行重視，做成截面結構的形式來對其強度進行保證;另外，有些零部件材料具有比較高的流動性，因此要保證外觀不能具有太多復雜的結構，在進行造型設計的時候需要多加注意;總體來說，在使用新型薄壁化材料的時候，一定要與汽車零部件的特點進行結合，要在滿足產(chǎn)品性能的前提下進行輕量化的設計。

4.3 薄壁化模具開發(fā)要點

對于薄壁注塑成型技術來說，模具設計是非常重要的一個環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)的模具設計相比。薄壁制品模具有了很大的變化。

4.3.1 模具材料

制品主要需要參照薄壁方案來進行，因此注塑的壓力會相應的出現(xiàn)一定的增加，會對模具加工的精度和強度有一定的要求。因此在對模具材料進行處理的時候，需要采用熱處理方式對材料的硬度進行保證，通過這樣的方式來對薄壁高速注塑模具的壽命和精度進行有效的保證。

4.3.2 模具結構

為了更好地承受薄壁成型時的注塑壓力，需要選用的強度高和剛度大的模具。因此在對模具結構進行設計的過程中，需要將模具的動、定模板和其支撐板的厚度進行合理的設置，一定要比常規(guī)模具要厚，支撐柱也數(shù)量也要多，通過這樣的方式來對定位的準確性進行保證。

4.3.3 澆注系統(tǒng)

當成型薄壁塑件的厚度比較小的時候，要使用片狀澆口或增加熱流道進膠點數(shù)。因為冷流道增加進膠點，只能增加更多的分流道，這樣一來熔融塑膠在流動填充過程種壓力、溫度、速度都有一定損失。為了保證產(chǎn)品末端的填充效果，勢必要繼續(xù)增大注塑壓力。而壓力超過一定值時，對模具是有很大損傷的。想要對的填充型腔的壓力進行保證，在流道系統(tǒng)中就需要做好減少壓降的處理，因此需要對流道界面設計的大小進行重視，要確保注塑壓力保持在材料推薦的壓力范圍之內(nèi)。

4.3.4 冷卻系統(tǒng)

薄壁塑件比常規(guī)件更容易出現(xiàn)應力翹曲的現(xiàn)象，想要對薄壁塑件的尺寸穩(wěn)定性進行保證，就需要將翹曲控制在可以接受的范圍之內(nèi)，對模具的冷卻進行強化，并且對其均衡性進行保證。最理性的是用模流分析（moldflow），將模具設計好的水路一起導入，分析產(chǎn)品局部熱點或溫度不均衡處，便于進行模具結構優(yōu)化，是溫度趨于穩(wěn)定一致，產(chǎn)品變形最小同時生產(chǎn)周期也將縮短。

4.3.5 頂出系統(tǒng)

薄壁制品的壁和筋都比較薄，因此比較容易出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，再加上高保壓壓力會讓收縮更小，會讓塑料件出現(xiàn)頂出困難的現(xiàn)象，容易出現(xiàn)頂穿、頂白和頂變形的問題，因此需要頂出系統(tǒng)進行的布置盡可能的均勻或采用頂塊形式。

5 薄壁化技術在汽車行業(yè)的經(jīng)濟效益

以門板為例，目前，市場上塑料門板普遍重量在1.6～2.0Kg，壁厚為2.5mm，如果將壁厚減至1.5mm，相當于重量減少了40%。如果每個注塑件車門本體按1.8kg算，減重40%就是0.72kg，按一車四門算就是2.88kg。

據(jù)中國汽車消費網(wǎng)2020年01月15日數(shù)據(jù)公布，2019年全年汽車市場份額占比最高的15家車廠，年銷量近1600萬輛。如果每輛車減少2.88Kg，共減輕約4608萬Kg。目前市場上 PP改性料在12000元/噸左右。節(jié)省成本約5.53億元。如果將該技術在整車其它塑料件上推廣應用，可以為國家和社會節(jié)省一筆非常大的費用，為積極響應國家打贏“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”也提供了非常大的助力。

6 結語

總之，在汽車設計能力和制造能力的不斷發(fā)展之下，薄壁化技術在汽車零部件制造上應用也有了一定的進步。這種輕量化技術不僅可以對汽車零部件的原有性能進行保證，還能在減輕重量的同時降低能耗和成本，對提高汽車運行效益具有重要意義。

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