隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，保險杠作為一種重要的汽車安全裝置，也在不斷進行革新。轎車的前后保險杠除了要保持原有的保護功能外，還要追求外觀與車體造型的和諧統(tǒng)一，以及實現本身的輕量化。目前，轎車的前后保險杠均采用了塑料材料。

不論是生產高端轎車，還是普通經濟型車，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，達到了世界先進水平，并且由于在產品設計時采用了“肉厚漸變”技術，可以節(jié)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、動力裝置和電動控制裝置構成，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用注塑機。這些機器的運轉周期（也稱為“干周期”）比一般注塑機的要短30％，其開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，計量與開合模的動作重疊，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，簡單介紹該注塑機在快速成型方面的技術特色。

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。熔融的熱量主要來自料筒的電加熱器，也有部分來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，就會產生更多的熱量去參與樹脂熔融。三菱重工根據多年的經驗，對已有技術進行改良，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，達到了尺寸精度穩(wěn)定化的效果。

2.MM鎖模方式

圖2 鎖模升壓時

圖3 模開結束時

MM鎖模結構是在動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*的優(yōu)點是，在確保注塑機獲得同等鎖模力的情況下，其長度也最短。其鎖模動作按下列順序進行：

（1）在模具完全打開的狀態(tài)下，不能對任何一個油缸注油。
（2）模閉高速：將液壓油送入模開合油缸的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）開合螺母閉：向A部加高壓油，再向開合螺母動作油缸的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，將油壓送入鎖模機構的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機筒的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.輔助設備

與主機相配套的輔助設備包括：產品取出機械手、自動換模臺車、材料自動投入裝置、液壓油冷卻系統(tǒng)、模具溫度調節(jié)機、冷凍設備及車間空調等。

廣州本田采用的機械手來自STAR公司，型號為TW-2000FMV-3，用于自動取出保險杠。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，從而實現了高速取出。注塑機的模具交換是通過自動換模臺車完成的，換模時間約3min（不包括輔助時間）。同時，廣州本田通過采用松井或川田的材料輸送裝置，將材料自動投入注塑機。為實現注塑機的高速運轉，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節(jié)機，控制溫度大約在18~20℃；為保證注塑品質，車間長年開動空調系統(tǒng)，將車間溫度控制到25℃左右，濕度控制在60％左右。

注塑工藝

一般的注塑機在塑化過程中是不能卸壓和開模的，到塑化完成后才進行卸壓等動作。注塑過程包括合模、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）等動作過程，如圖4所示。

圖4 一般注塑過程

圖5 快速成型

與普通注塑機的產品周期不同，該產品周期中有多個階段是重疊的，因而使成型周期縮短。具體過程如下：

1.材料在塑化過程中同時進行冷卻和開模動作；
2.在冷卻的后半段，鎖模力提前降壓；
3.抽芯機構在高速開模過程中后退；
4.頂出機構在模具打開及取出工件時同時動作；
5.在低速開模的后半段，機械手進入取件區(qū)。

在注塑過程中，各動作速度比一般的注塑機快，因此根據不同動作需求，設定了合理的參數：

1.模具打開和閉合時速度分為低速和高速段，使得模具開合的時間縮短，同時使設備振動較??；

2.實現分段注射，并根據產品的品質需要調整注射狀態(tài)。

3.根據需要進行分段保壓，選擇合適的保壓時間和保壓壓力。

4.通過V-P轉換，實現注射到保壓的轉換。該轉換主要采用位置控制，對注射時間、成型周期和產品品質具有直接的影響。

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）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沖擊強度為6.0kg.cm/cm，）且流動性較高，同時還具有較高的涂裝密著性（對應E-10）。

另外，該材料的外觀品質好，能夠滿足熔合紋細、表面張力好以及A級面無熔合紋等要求。材料可循環(huán)使用，并可進行*回收。

產品設計

在產品設計階段，使用MOLDFLOW軟件對設計進行CAE分析，以進行生產技術性檢證。該分析包括：進膠點位置、進膠點尺寸、產品重量、鎖模力、產品填充模擬、流動前沿溫度、充填壓力、剪切應力、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CAE分析，可以在設計階段對產品的不良情況進行調整預防，保證產品成型的順利進行。

值得一提的是，本田保險杠不是“等肉厚”設計，而是根據產品的不同部位需要進行“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)，膠口遠端為薄肉區(qū)，產品合流部分為薄肉區(qū)。

通過產品肉厚漸變技術，可以實現以下作用：注塑膠口較少，一般為2~4水口（如圖6所示部位），這樣模具簡單，造價成本相對較低；可以實現快速成型，由于膠口遠端為薄肉區(qū)，容易實現產品填充；可以節(jié)省注塑材料，通過計算，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：供熔融樹脂通過的主流道、分流道、注料口和模腔部分，用于模具溫度調節(jié)的冷卻回路，從注塑機取出成型品的凸出裝置（動模），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，下面簡略談談和快速成型相關的部分：

1.模具內部需足夠冷卻能力的冷卻水，一般可以通過公式進行計算。廣州本田的模具冷卻方式為通入18~22℃的冷水進行冷卻，流量約120~150L/min；

2.樹脂在進入模腔過程中，需經過帶加熱裝置的熱流道和熱噴嘴，保持溫度為180~220℃；

3.需根據產品CAE分析的困氣情況，在模具適當的部位開排氣槽；

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，一般水道離產品距離為30~80mm。

結束語

隨著技術的發(fā)展，快速成型也出現了新的技術，如產品的超高剛性及超薄化、注塑機的多點進膠、模具的無熱流道及熱噴嘴以及注塑機的高速全電動化等，從而推動注塑的快速成型向更高的水平發(fā)展。