特殊注塑工藝在汽車工業(yè)中的應用及發(fā)展

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特殊注塑工藝在汽車工業(yè)中的應用及發(fā)展鐘世云王小冬楊喬治顧海麟31.上海同濟大學高分子材料系。上海200092；2.上海延鋒汽車飾件有限公司上海223；3.上海汽車工業(yè)技術中心。上海200040不斷縮短。按照產品和技術的發(fā)展程度。綜述了汽車用塑料注塑件的特殊注塑方法和發(fā)展趨勢，并對其中些技術關鍵作了介紹?！　∽⑸淠Ｋ苁巧a汽車用塑料件的最重要的技術?！　∪硕鄶邓芰霞顼L設葉片反光鏡罩空氣分配器等等都是用普通注射方法生產的。但也有很多產品是用特殊的注射方法來生產的，例如汽車保險杠吸油管等。有些產品及其相應的生產技術己經相當成熟，有些則經渡過了研究開發(fā)時期。汗始進入批試生產階段，也有些剛剛處在研發(fā)階段。本文即根據產品和技術的發(fā)展程度，對汽車用塑料注塑件的生產方法和發(fā)展趨勢進行分類介紹它代了當今國外汽車用塑料注朔1生產法的從新現(xiàn)狀。　　1成熟的工藝有些早，發(fā)用來生產汽車用塑料件的特殊卞產技術己經完全成熟，成為了幾乎是標準化的批量生產工藝。代性的產品有保險杠氣囊離合器踏板等。相應的卞產工藝分別是擠注雙組分注叫氣體輔助注喟。這炎產品在歐洲市場己近飽和狀態(tài)，但，饑分注塑和體輔助注塑這兩種方法仍然方來艾。其它塑料制品的生產中發(fā)揮著重要的作用。在我國，汽車保險杜的生產己經完成了國產化的過程，而雙組分注塑和氣體輔助注塑仍然處在應用的初期階段?！　怏w輔助注塑是種生產具有中空部位的注塑件縮空氣注入熔體中心，然后熔體在壓縮空氣的作用下充滿型腔。氣體輔助注塑具有充模壓力低制品內應力低面光潔等優(yōu)點。理論上。可以在制品的不同部位實現(xiàn)任意多個中空結構。只需要配備壓縮空氣裝置，并在模具上設置相應的注氣口，就可以使用普通的注塑機實現(xiàn)氣體輔助注塑?！　∽罱?，德國亞琛工業(yè)大學的塑料加工研究所開發(fā)水輔助注，2，這是氣體輔助注塑的進步發(fā)展=由于氣體的熱容量小導熱性差，氣體輔助注塑時，制件相當于單面冷卻，因而其成型周期往往比普通注塑更長。開發(fā)水輔助注塑的目的在于縮短生產厚中空制件的生產周期，與氣體輔助注塑相比，水冷卻的效果好，可大大縮短冷卻時間。水輔助注塑方法和原理與氣體輔助注塑基本相同只是用水代替氣體注入熔體中心。代工藝過程是先將熔體注滿甩腔，經鈕暫保玉后。將水注入炕體中心，在水的壓力下。制件中心的熔體倒流回注射系統(tǒng)，經過段時間保壓后，即可以減壓將水排1制件。排水所需的壓力1以由水的蒸發(fā)所產生，或者通過加入水中的碳酸的蒸發(fā)所產生。在注塑直徑為3，的，中空制件的比較試驗中發(fā)現(xiàn)水輔助注塑的冷卻時間比氣體輔助注塑減少了753.　　另外，氣體輔助注塑的新發(fā)展是外氣壓輔助注塑。　　在這種技術中，所用的設備與原先的氣體輔助注塑類似，但氣體作用在熔體的外部。即在熔體充滿整個型腔后通過設置在型腔面的氣體噴嘴將氣體引入，氣體的壓力高達30河，代替保壓壓力作用到制件的個面。這種壓力通過己經凝固的面作用到仍然呈流動狀態(tài)的制件內部，后者將壓力均勻傳遞到制件的各個部低從而避免了制件的另面即好的面的收縮凹痕的發(fā)生1 2成長期的產品和技術成長期的產品有汽車吸油管帶織物飾面的內飾件和前燈散射罩和車身面部件等，相應的生產工藝收稿濟多，6咖86也0血，趾噸翻盆觀痕，氧哮植杰癌，屬，接潔這，凈生產技術= 2.1可熔型芯技術可溶型芯技來3是利用低熔點的金屬作為注塑模具的型芯來生產形狀復雜中空注塑件的技術。這種型芯狀復雜中空注塑件的內部尺寸要求精確面要求光潔，是無法用通常的方法來實現(xiàn)的?？扇坌托炯夹g這種技術的關鍵是解決1料型芯材料模具和將型芯熔化所用介質的相互影響，必須保證1塑料注射時型芯不得發(fā)生熔化；2作型芯的金屬的熔體以及用來培化型芯的介質不會腐蝕塑料；3在熔化型芯的溫度下，制件不會發(fā)生殳形。F面從幾個方面對技術關鍵做簡要介紹。　　塑料品種，目前僅僅在尼龍66的可熔型芯注塑方面積累了定的經驗，對其他材料則知之甚少。初步白試騎研究明，尼龍680等也適合于可熔型芯注塑?！　⌒托静牧希悴捎玫腿埸c的鋅鉍合金做型芯材料。其恪點約為138注塑時防止型芯溶化，眾所周知，尼龍66的熔點約為260，這雖然保證了制品脫模后便于將型芯培化，但給注塑時防止型芯熔化卻造成了定的難度?！　≡陴埧谔幍男托咎貏e容易發(fā)生熔化現(xiàn)象，因為澆口處不斷有熱的熔體將熱量帶給型芯，因此應避免將澆口設置在可溶化的型芯處，而應該讓熔體首先接觸鋼制型芯本身的吸熱能力直到熔點的熱容量，則型芯就會完全軟化甚至熔融成為液體?？梢詮睦碚撋隙x個熔化因子來估計熔化的危險性溶化時間可以縮短到介質加熱的0但投資更大，且能耗更多，容易對制件造成損害，所以今后趨勢仍然是介質加熱?！　】扇苄托炯夹g可用于生產汽車的吸入部件如吸油管等，現(xiàn)也用于生產泵和洗碟機等幾何結構復雜的液壓部件。但可熔型芯技術價格昂貴，例如，用來大批量生產換擋吸油裝置的設備價格約在700萬1000萬德國馬克，中小批量生產的設備價格也在100萬200萬德國馬克。　　目前正在開發(fā)的種新技術半殼技術也可用于轎車吸油管的生產。半殼技術實際上是注射模塑和焊接兩種工藝過程的結合，即先用注塑的方法生產兩個半殼然后將兩個半殼焊接起來成為中空制品。這兩種工藝流程必須很好匹配，它要求注塑的兩個半殼輔助工程，恕戛設計軟件進行優(yōu)化設計，以盡量消除因制件冷卻不均而產生的內應力。這柞它們才能焊接完好。　　2.2注塑復合技術和注塑模壓在注塑復合工藝中將裝飾材料通常為多層復合物置于模內，然后閉模注塑，待塑料冷卻固化后即可脫模取得制品。雖然此法所用模具比原來簡單注塑模具要求更高，模塑周期也更長，但由于省去了粘結復合工藝，預計成本降低最大可達60，目前實際降低成木30左右，以這可觀的經濟效益。加新工藝沒有粘結劑，因1無溶劑抨發(fā)問，選擇適，的裝飾層和塑料，如聚烯烴的裝飾層和塑料，可使制品便于回收利用，這完全符合環(huán)保的要求，此工藝技術在短短幾年之內便達到了大批量工業(yè)生產的成熟程度?！　≡摴に嚰夹g的關鍵在于，由于過高的壓力產生過高的壁面剪切應力導致裝飾織物或皮革的損壞，因此，注塑復合時，要控制模內壓力約小于河，3，同時也要注意選用耐熱性形變能力和與注塑塑料的粘結性能較好的裝飾材料，裝飾材料必須具備定的形變能力和彈性，這就同時要求注重裝飾材料在模具內的安放?！　0型芯的熔點越大，則型芯的壁厚與制件的壁厚之比也應該注塑模壓技木是先將飾面層放在模只內。然用注塑機將熔體注入敞開的模具內，再閉模進行壓制?！　∫部梢韵茸⑺芘囿w5后放置裝飾層，例如沈6685車門上的地袋就是這樣制造的。相對于注塑復合而言，這種工藝的充模壓力很低，所以在飾面層上幾乎不產生或只產生很小的應力，因而對織物飾面層要求較越人。從避免型芯過熱?！　∶撃：笕刍托荆刍托緫撛诿撃：篑R上進23清潔環(huán)境生產技術這實際上不是指種具體的生產工藝，而是指在塑料加工過程中，要求加工環(huán)境非常潔凈1.不僅在生產要求面無瑕疵的制品有這種要農而且在生產無雜質的純塑料制品，如汽車大燈散射罩汽車車身面部件以及光學數據存儲媒介傳感器的微小部件和醫(yī)學上所用的部件等，都要求生產車間非常潔凈。眾所周知，如果光學制品中有雜質，將會視為廢品，因此，加工環(huán)境的控制必須貫穿于加工的全過程，因為原材料的制造運輸和姑藏以及在干燁和輸送等加工流程中都易引入雜質。通過研宄分析，發(fā)現(xiàn)必須嚴格避免原材料和模具的污染，也就是原材料的生產必須在潔凈環(huán)境下生產；同時，注塑后的制品在涂清漆之前也要確保不受污染。6則。即使在制品他有微小的灰個，在涂敷清漆后都會變成很大的瑕疵。另外，在制造光學透明性要求較高如鏡棱鏡等。它們必須無形變和在各軸向無內應力，注塑壓縮模塑工藝就能滿足該要求?！　〈思夹g可1生產汽乍的大燈，射罩和午夂面部忭?！　?市場導入期的產品和技術市場導入期的產品有結構如汽車前端裝配托架汽車地板罩面和汽車引擎罩轎車車身外部部件結構泡沫塑料件汽車電子部件等，相應的工藝技術是金屬與塑料的復合技術長纖維增強熱塑性塑料注塑技術模內裝飾立體印刷技術和維模塑接插件3技術等。機電體化的汽車電子注塑部件在3.1金屬與塑料的復合技術眾所周知，金屬具有很高的彈性模量高剛度和高耐熱性能，而塑料具有質輕耐腐等性能，金屬與塑料屈與塑料的夂合技術為汽車，業(yè)打開了廣闊的創(chuàng)新天地，此技術的主要特點在于優(yōu)秀的結構性能質量輕良好的抗疲勞性能制品精度高和可大批量生產?！　≡诮饘偎芰蠌秃霞夹g中要解決的關鍵問是塑料致制件變形。這需要借助于，人軟件來解決。例如如特，1訓汽車的前端裝配托設計中，此制件中叫的塑料站玻纖，強尼龍。改變玻纖在尼龍的取向就影響制件的形變15.德國拜耳公司開發(fā)出種，恕攴椒，茨D飩鶚羲芰細春轄峁辜，蛩芰鮮賬醵，生的形變該軟件分別對金屬和玻纖，強尼龍進行分析，其中，玻纖的取向取決于型腔的充填過程。，恕昴，垂直于纖維方向上收縮更多。該軟件可成功地計算因塑料收縮產生的應力和金屬塑料復合結構的形變數據?！　〗饘偎芰蠌秃现萍粌H可用于生產汽車前端裝配托架，而且可用于汽車座位等結構件，金屬塑料復合制件己在汽車工業(yè)中進行中試批量生產。　　3.2長纖維注塑技術纖維，強塑料利用纖維的高強度和剛度來改進塑料的力學性能。為了更好地發(fā)揮纖維在塑料中的強度，其長度必須大于臨界長度16當纖維長度小于此臨界長度的纖維，強塑料受定載荷時，纖維就會被拔出，纖維的強度就不能得到充分發(fā)揮。與具體的塑料品種有關，例如，玻纖增強聚丙烯的1值為3.1.而在種化學改性，降到0.9，1.但普通短纖維增強塑料中，纖維長度般只郁。20.6，所以破壞梭式主哎是纖維拔所謂的長纖維注塑，就是直接用注塑的方法制造纖維，強熱塑性塑料，其制品中的玻纖長度必須大于。　　以玻纖增強聚丙烯為例，其原料中的玻纖長度約為10陽而制品中的平均纖維長度為35爪，開發(fā)長纖維注塑技術的目的是取代0技術?！　∵@種技術可用于汽車結構件，如汽車地板罩面和汽個引擎罩等?！　≡陂L纖維注塑工藝中，保護纖維免受損傷和均勾分布成為關鍵性的因素。資料明12，注塑機螺桿造成纖維的損傷。目前正在開發(fā)對長纖維損傷小的螺桿兒何形狀。如帶止逆環(huán)的螺桿也注屯付纖維損傷小宄。同時，接力汀塑技術在纖維，強熱塑忭叫抖注塑1藝的應也在研宄中。這對保護纖維免受損傷大有好處。　　使長纖維增強熱塑性，料比妃纖維有許多優(yōu)點0長纖維增強樹脂中隨玻璃纖維添加量的增加，制品的抗沖擊強度和剛性同時均勻地提高。當制品受到大沖擊時，不是脆性破壞，只是延性破壞，因此適用于要求高剛性高沖擊強度的制品以及大型結構制品；2具有優(yōu)秀的長期耐蠕變性能；3在高溫時，線膨脹系數小3.3模內裝飾立體印刷技術模內裝飾工藝13是從注塑復合發(fā)展而來的。將注塑復合用于模內裝飾時，先在透明的薄膜或片材上印刷案，然后將有案或文字的面與塑料復合，這要困難得多。因此，模內裝飾工藝就使制品更美觀，且冬絮成文字不易被磨損，這種模內裝飾工藝在汽乍工業(yè)領域中將進入工化生產規(guī)模，也可以通過注塑壓縮模朔來實現(xiàn)，立體印刷技術是英國人職1沖公司開發(fā)時14.該工藝小要流程足。將閣案印刷在種水洛性解在水中。在水的面形成層極其薄的含有印刷文字或閣案的薄片。然將塑料阼浸人水中，該薄片就粘附到朔料件衣面，再在其面涂敷，清漆進行保護，最后烘干得到制品?！　」ず土Ⅲw印刷技術將用來生產轎個車身外部的部忭。例如汽車翼于板，整體的前。17部件，這些外部塑料件過去和現(xiàn)在大多數是與車身分開油漆的，目前+遠的將來是1.即用1斤1與裝飾薄膜進，注塑復合?！　?.4結構泡，塑料的注塑在相同的質量條件下，結構泡沫塑料具有更大的剛性，可以達到鋁的2倍鋼的5倍15.早在70年代初，就有了熱塑性結構泡沫塑料的批量生產，但使用化學發(fā)泡方法，所得泡沫塑料的泡孔尺寸較大，泡孔結構不夠均勻。為了獲得泡孔更加細致和具有細胞狀泡沫結構的熱塑性結構泡沫塑料，發(fā)展了使用物理發(fā)泡劑方法即所謂的直接加氣法。例如使用干冰或氮氣液氮，定量加入注塑機中的均化段，讓氣體均勻混合溶解在聚合物熔體中，然后將溶解了氣體的熔體擠入儲料缸中，最后用注射注塞將熔體高速注入模具完成發(fā)泡，結構泡沫塑料注塑特別適合于生產汽車塑料件，對降低汽車自重具有重要作用。例如，用該方法制造20，而且加工溫度降低了30，注塑周期減短了10.包括注塑壓力和鎖模力可以降低30左右，生產成本進步降低。新的努力方向是生產薄的制件，目前，可生產厚的微細泡沫塑料制件?！　?開發(fā)期的產品和技術尚處在研究開發(fā)階段的技術有在注塑機內直接混合技術；微型注塑技術；用半殼注塑技術生產汽車油箱等等。汽車油箱的形狀大多數是根據底盤上剩余的空間來決定的，因而形狀往往非常復雜。目前，塑料汽車油箱主要采用中空吹塑方法，但中空吹塑的重大缺制品，因為先接觸模具的部位厚度大，最后接觸模具的部位最薄。對于形狀復雜的中空制品，中空吹塑也在開發(fā)種30工藝，即通過機械手將壁厚經過了程序控制的擠出型坯安放到吹塑模的適當部位，然后再逃行吹脹，通過31工藝，可以汜好地吹塑形狀復雜狀復雜的中空制品這個須域，半殼注技術和31中空吹塑將相互競爭，誰將最終成為大規(guī)模生產方法，主豎取決于其經濟性?！　?.1注塑機內直接混合技術幾乎任何種塑料的加工過程都離不開混合工序，混合在加工中起著重要的常常是決定性的作用?！　≈T如在上部分提到的長纖維增強熱塑性塑料，纖維必須在聚合物中分布均勻，以達到，強制品力學性能合均勻，造粒，再用于注塑，這樣，纖維在塑料中分布非常均勾，但在預混合過程中易造成塑料降解和纖維損傷，更大的缺點是因為多了道工序造成的制造成本增加，故現(xiàn)在正在開發(fā)種在注塑機中直接混合的技術，混合過程在塑化段完成。因為纖維和塑料分開購久，相對于購買浞合的顆粒。大人降低制造成本另方面，在注塑機中直接混合不易造成混合物成分的偏差。但是，該工藝的核心是如何從機械和工藝的角度確?；旌衔锏木鶆蚨?，進而保證制品的質量。　　在注塑機中直接混合技術，不僅適合于纖維，強熱塑性塑料，而且適用于其它用途，例如聚合物合金?！　⑺枰奶厥饨M分和種基本的原料直接加入注塑機中，從而獲得所需要性能的合金制品，這比先造粒再注塑顯然更加經濟4.2微型注塑技術微型注塑制品主要是指每個制件的質量在毫克級的范圍內1.現(xiàn)在，汽車方面的自動控制和電子控制部件的使用日益，多，這些部件尺寸都較小，比如汽車傳感器的部件?！　〈思夹g的特點主要在于1在注塑機方面，般使用微型注塑機，也可使用普通注塑機，但由于制件使用塑料量小，容易引起塑料在注塑機中降解；2在模具方面，由于制品質量小，應使用熱流道系統(tǒng)；3在工藝方面，為了保證充填，模具采用變溫控制模式，即充填時模具保持很高的溫度，充模結束后再降溫。這種模式導致較長的成型周期，般要幾分鐘。發(fā)展方向是在型腔的部采用單獨的效的加熱和冷卻裝置，使型腔溫度，充埤時為熔體溫，充模納七后快，降。！。！　　到脫模溫洲羊，注，心1 5結語許多新的成型工藝都是在汽車工業(yè)的推動下開發(fā)生產廠所掌握，但現(xiàn)在己經發(fā)展成為種具有競爭力技術己經應用于包括家電家具領域制品的生產。只不斷創(chuàng)新的才能在未來的市場競爭中占有更8的場份額，掌握特殊的新工藝，企業(yè)就沒有前途。在這方面，不僅僅塑料制品生產廠，塑料機械生產廠和塑料原料生產企業(yè)都面臨挑戰(zhàn)。塑料加工技術的成功，有賴于這個方面的密切合作?！　＄娛涝啤Ｗ⑸鋸秃戏N生產包覆裝飾層注塑件的新工