影響車身覆蓋件旋塑成型質量的因素及應對策略研究

郭容 劉咸超 許瓊方

摘 要：新型塑料復合材料越來越多的應用于汽車覆蓋件的成型，其優勢在于既能極大的減輕整車的重量，從而降低能耗，又能獲得形狀復雜和美觀的車體零件。旋塑成型技術是實現車身塑化的新加工工藝，旋塑成型具有成型設備簡單、模具制作成本低、成型制品具有壁厚均勻、尺寸穩定、無熔接痕等諸多優點。本研究以車體零件的旋塑成型制造為研究對象，針對車身零件旋塑成型工藝、成型缺陷及應對策略等問題展開研究。

關鍵詞：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，對汽車車身覆蓋件的性能要求也在不斷提高，對成型加工技術也隨之不斷升級。對零件的要求是性能越來越高、質量越輕和易于回收等，制造過程要高效、節能和易于控制。旋塑成型也被稱作滾塑成型、旋轉成型，主要應用于中空制件的加工成型，也可制造尺寸多樣、形狀結構復雜的塑料制品，是全球發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車身零件要求，形狀結構設計自由大的中大型件。由于成型過程中塑料熔融體靠重力流動貼合模具型腔，成型過程無壓力，制件容易產生包覆不良、壁厚不均、內外表面粗糙、氣泡氣孔等質量缺陷。實時的了解產生質量缺陷的原因，控制好整個成型工藝過程，對提高產品質量非常必要。

1 原料性能對制件成型質量的影響

注塑和吹塑模具可以直接加熱原料，而旋塑成型工藝特殊，對原料溫度、流動性等方面控制較難，所以成型對原材料的依賴性很高，對原料的要求很嚴格，尤其是原料的導熱性。市場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勢，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定性、低熔體粘度、良好的傳熱性和流動性、足夠的抗沖擊強度、抗彎曲強度、拉伸強度。對原料嚴格的選用及制備改性改良原料，對獲得良好的成型產品質量至關重要。樹脂粉料的熔融指數、流動性、密度、顆粒均勻度、顆粒直徑分布均對制品成型有影響。如聚乙烯，旋塑聚乙烯粉料具有熔融指數高、熔體流動性好、熔體內的殘存氣體易于逸出，從而獲得緊實的塑料制件，防止了產品產生氣孔氣泡等質量缺陷。原料如若流動性差，會造成熔融體覆蓋模具不足，造成產品缺料或尺寸不足的缺陷。通過實驗分析得知：原料粒徑分布峰值位置越高，粒徑越小，粒子越細，產品綜合性能越好，但基于成本和生產效率的因素，生產實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，隨著技術的發展，制備技術的提高，復合新材料將越來越能適應旋塑成型工藝的要求。

2 工藝參數溫度對旋塑成型的影響

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℃，加熱時間10分鐘。試制品若塑化不良、有氣孔氣泡等，應適當提高加熱溫度或延長加熱的時間；制品若顏色發黃，則是加熱過度產生了熱氧化老化所致，應適當降低加熱溫度或縮短加熱時間。隨著CAE模擬仿真技術的發展，模流分析軟件的溫度分析可以協助發現與修正加熱溫度和時間中存在的若干問題，同時無線測溫技術也能較好的提高成型溫度控制的精確性。

3 模具旋轉速度對制品質量的影響

在旋塑成型過程中，若模具的旋轉速度控制不當，容易造成制品壁厚不均勻等質量缺陷問題。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，結構較為簡單的，可以選取較高的線速度；若制品的形狀是有轉角、棱角、加強筋等非規則性的結構，線速度要降低，這樣可以避免由旋轉離心力引起的物料滯留，造成制品局部的壁厚不均勻。

4 冷卻對旋塑成型的影響

旋塑成型中非常重要工藝參數是冷卻時間，當全部物料在模腔內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、冷卻方式與冷卻時間等。制件壁厚越厚，冷卻時間越長，壁厚對成型周期影響最為顯著，冷卻時間約與制品厚度的平方成正比。冷卻的方式主要有：風冷和水霧冷。風冷效率較低，但質量穩定性較好；水霧冷效率較高，但制件易產生收縮變形。工藝設計過程中要根據制品的具體情況和要求來確定合適的冷卻方式。可借助CAE模流分析軟件可對成型冷卻過程進行輔助分析，預估計冷卻時間，模擬成型過程，及時發現問題，優化設計，縮短冷卻時間，提高生產效率。通過數字化的模擬分析產品各個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 脫模劑對成型質量的影響

在脫模取件的過程中，采用有機硅樹脂類脫模劑，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個小時以上，有機硅樹脂產生交聯反應，形成具有良好機械強度的脫模層。

雖然，我國的旋塑成型技術還在研發試驗階段，與國外先進技術還有較大差距，但隨著汽車輕量化研發進程的推進，研究者們將不斷的精進探索，加快解決汽車車身覆蓋件使用旋塑成型的技術的難點，促進我國旋塑行業的自動化水平的提高，加快實現車身旋塑成型工業化。

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