提升PPS模具使用壽命及減少注塑飛邊的優(yōu)化設(shè)計

莫福廣 ， 莫柳鈺 ， 蔣錦香

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

聚苯硫醚（PPS）是一種擁有優(yōu)良的耐高溫、電絕緣、耐腐蝕、剛性的工程塑料，被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、航天等領(lǐng)域[1]。因純PPS延展性、抗沖擊能力等性能差[2]，在實際使用過程中通常添加一定比例的玻璃纖維（GF）以提高其延長率和沖擊強度，添加礦物（MD）以使材料達(dá)到低翹曲[3-5]。除此之外，PPS樹脂熔體粘度非常低，流動性能更好，結(jié)晶速度快，成型周期短[6-7]，對注塑模具要求較高。模具設(shè)計不合理，容易造成注塑飛邊問題，并縮短模具的壽命；而注塑飛邊問題會降低成品的質(zhì)量。基于此，對某車用傳感器PPS（40%GF+10%MD）外殼注塑飛邊問題進(jìn)行了分析，對模具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計及驗證，有效解決了注塑飛邊問題，并提升了模具的壽命。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 傳感器位置泄漏

在發(fā)動機缸體泄漏測試過程中出現(xiàn)了泄漏，調(diào)查發(fā)現(xiàn)泄漏點發(fā)生在凸輪軸位置傳感器安裝的位置。拆下零件檢查發(fā)現(xiàn)，傳感器O型圈裝配槽的模具分型面上有飛邊如圖1所示，飛邊造成密封不嚴(yán)，導(dǎo)致了泄漏。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，由于PPS樹脂的高流動性和對注塑模具的高磨損度，導(dǎo)致產(chǎn)品經(jīng)過注塑工位成型后，產(chǎn)品外部容易產(chǎn)生飛邊，且模具正常使用6個月后就需要修模。雖然注塑完畢后會進(jìn)行100%的飛邊去除及清潔，但仍有部分碎屑?xì)埩粼诋a(chǎn)品上或掉落在包裝袋內(nèi)，當(dāng)碎屑依附在密封圈位置將導(dǎo)致密封不嚴(yán)，產(chǎn)生泄漏問題。

圖1 分型面上的飛邊

1.2 注塑模具分析

根據(jù)陳金亭、王明福等關(guān)于PPS注塑成型工藝的研究[8-9]，以及產(chǎn)品的實際生產(chǎn)過程，初步判斷主要從注膠流道、排氣道、O型環(huán)鑲塊三方面，分析飛邊的產(chǎn)生原因。

1）注膠流道如圖2所示：當(dāng)前工廠使用的模具注膠流道尺寸相對直徑較小，小直徑的注膠流道需要更高的壓力和射膠速度以保證材料在規(guī)定時間內(nèi)填滿模腔。而高壓高溫將增加模具的磨損速度，縮短模具使用壽命。如不及時更換，PPS樹脂則會進(jìn)入到磨損面的縫隙中，產(chǎn)生飛邊。

圖2 當(dāng)前的注膠流道

2）排氣道如圖3所示：當(dāng)前模具只在模腔的末端設(shè)計了排氣道，增加了注膠阻力，使注塑壓力增加。注塑壓力或者注膠行程出現(xiàn)波動時，會在排氣道側(cè)出現(xiàn)缺肉、飛邊。

圖3 當(dāng)前排氣道

3）O型圈槽區(qū)域如圖4、圖5所示：現(xiàn)有O型環(huán)鑲件容易定位不良，導(dǎo)致上模、下模合模后O型環(huán)鑲件錯位，進(jìn)而使分型線產(chǎn)生飛邊。

圖4 當(dāng)前O型環(huán)鑲件結(jié)構(gòu)

圖5 O型環(huán)鑲件裝配不到位

2 工藝優(yōu)化

針對上述注塑模具分析的原因，制定了以下相應(yīng)的優(yōu)化措施。

2.1 優(yōu)化注膠流道

加大模具注膠流道直徑尺寸如圖6所示，降低射膠壓力和射膠速度，以減小模具的磨損，減少飛邊的產(chǎn)生。

圖6 增加注膠流道直徑

2.2 優(yōu)化排氣結(jié)構(gòu)

改善現(xiàn)有模具排氣結(jié)構(gòu)及增加排氣孔數(shù)量如圖8所示，以優(yōu)化模具的排氣效果，減少空氣滯留和飛邊的產(chǎn)生。一方面，增加排氣道的深度，降低注塑時的前端阻力如圖7所示；另一方面，在環(huán)模腔周邊增加一定數(shù)量的排氣孔如圖8所示，降低整個注膠過程中各個方向的阻力，方便整個模腔的排氣。

圖7 增加排氣通道深度

圖8 在排氣道增加排氣孔

2.3 優(yōu)化O型環(huán)鑲件定位結(jié)構(gòu)

使用更好的O型環(huán)鑲件定位結(jié)構(gòu)如圖9所示，在鑲塊兩個肩頭上增加定位臺階，方便員工在修模、換模時能夠更好地定位，降低員工操作失誤的可能性。

圖9 改進(jìn)后的O型環(huán)鑲件定位結(jié)構(gòu)

3 驗證

3.1 模流分析

為了驗證改進(jìn)后模具對最終產(chǎn)品的影響，使用Autodesk Moldflow進(jìn)行模流分析，如圖10所示。結(jié)果表明：1）在設(shè)定的注塑參數(shù)下，0.63 s可以完成零件注塑。2）填充模式表明，流動前緣是均勻的。3）在模腔周邊增加適當(dāng)?shù)呐艢饪冢梢杂行П苊饪諝鉁簟?/p>

圖10 填充時間分析

3.2 生產(chǎn)驗證

使用新模具進(jìn)行生產(chǎn)驗證，按照正常計劃維修、維護(hù)模具，連續(xù)生產(chǎn)2年，分型面飛邊尺寸沒有增長，分型面飛邊問題得到了明顯改善，相關(guān)參數(shù)如表1所示，對應(yīng)飛邊尺寸實物圖如圖11、圖12、圖13、圖14所示。

表1 模具使用周期與分型面飛邊尺寸變化

圖11 新模具飛邊尺寸圖

圖12 生產(chǎn)3個月后飛邊尺寸圖

圖13 生產(chǎn)12個月后飛邊尺寸圖

圖14 生產(chǎn)24個月后飛邊尺寸圖

改進(jìn)后效益：投入新模具費用110萬元，可使用2年；取消去飛邊工裝及人工115.2萬元/年；降低飛邊問題消耗的質(zhì)量成本30萬元/年；改進(jìn)后節(jié)約成本=節(jié)約成本-投入成本=115.2+30-(110÷2)=90.2萬元/年。

4 結(jié)論

筆者分析了傳感器PPS（40%GF+10%MD）材質(zhì)殼體分型面飛邊產(chǎn)生原因，并制定了優(yōu)化工藝措施，實施后，飛邊問題得到明顯改善，主要結(jié)論如下：

1）注膠流道、排氣道及O型環(huán)鑲件設(shè)計不合理是造成模具使用壽命短、分型面飛邊問題的根本原因。

2）優(yōu)化模具設(shè)計后，模具使用壽命增加，分型面飛邊問題明顯改善。

3）新模具投入使用后，工廠每年節(jié)約成本90.2萬元，同時，提升了產(chǎn)品質(zhì)量及工廠美譽度和客戶滿意度。