影响车身覆盖件旋塑成型质量的因素及应对策略研究

郭容 刘咸超 许琼方

摘 要：新型塑料复合材料越来越多的应用于汽车覆盖件的成型，其优势在于既能极大的减轻整车的重量，从而降低能耗，又能获得形状复杂和美观的车体零件。旋塑成型技术是实现车身塑化的新加工工艺，旋塑成型具有成型设备简单、模具制作成本低、成型制品具有壁厚均匀、尺寸稳定、无熔接痕等诸多优点。本研究以车体零件的旋塑成型制造为研究对象，针对车身零件旋塑成型工艺、成型缺陷及应对策略等问题展开研究。

關键词：旋塑成型；缺陷；因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.044

随着汽车轻量化的需求日益迫切，对汽车车身覆盖件的性能要求也在不断提高，对成型加工技术也随之不断升级。对零件的要求是性能越来越高、质量越轻和易于回收等，制造过程要高效、节能和易于控制。旋塑成型也被称作滚塑成型、旋转成型，主要应用于中空制件的加工成型，也可制造尺寸多样、形状结构复杂的塑料制品，是全球发展迅速的塑料模具成型工艺之一。塑化汽车车身零件加工常常选用旋塑成型，旋塑成型的制件可适应车身零件要求，形状结构设计自由大的中大型件。由于成型过程中塑料熔融体靠重力流动贴合模具型腔，成型过程无压力，制件容易产生包覆不良、壁厚不均、内外表面粗糙、气泡气孔等质量缺陷。实时的了解产生质量缺陷的原因，控制好整个成型工艺过程，对提高产品质量非常必要。

1 原料性能对制件成型质量的影响

注塑和吹塑模具可以直接加热原料，而旋塑成型工艺特殊，对原料温度、流动性等方面控制较难，所以成型对原材料的依赖性很高，对原料的要求很严格，尤其是原料的导热性。市场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，由于聚乙烯材料的综合性能优势，聚乙烯使用率占90%以上，线性低密度聚乙烯占到80%以上。旋塑成型的材料必须具有热稳定性、低熔体粘度、良好的传热性和流动性、足够的抗冲击强度、抗弯曲强度、拉伸强度。对原料严格的选用及制备改性改良原料，对获得良好的成型产品质量至关重要。树脂粉料的熔融指数、流动性、密度、颗粒均匀度、颗粒直径分布均对制品成型有影响。如聚乙烯，旋塑聚乙烯粉料具有熔融指数高、熔体流动性好、熔体内的残存气体易于逸出，从而获得紧实的塑料制件，防止了产品产生气孔气泡等质量缺陷。原料如若流动性差，会造成熔融体覆盖模具不足，造成产品缺料或尺寸不足的缺陷。通过实验分析得知：原料粒径分布峰值位置越高，粒径越小，粒子越细，产品综合性能越好，但基于成本和生产效率的因素，生产实际一般将原料粒径分布峰值控制在60—80之间为最好。虽然原料的制备依然是成型工艺的难点，随着技术的发展，制备技术的提高，复合新材料将越来越能适应旋塑成型工艺的要求。

2 工艺参数温度对旋塑成型的影响

材料、模具和制品是影响熔体温度加热和加热效率的主要因素。如PE，成型加热炉温通常在 250℃ ～400℃ ，传统温度控制方法可以通过试模试制，从而选取合适的成型温度，初始试模温度取220℃，加热时间10分钟。试制品若塑化不良、有气孔气泡等，应适当提高加热温度或延长加热的时间；制品若颜色发黄，则是加热过度产生了热氧化老化所致，应适当降低加热温度或缩短加热时间。随着CAE模拟仿真技术的发展，模流分析软件的温度分析可以协助发现与修正加热温度和时间中存在的若干问题，同时无线测温技术也能较好的提高成型温度控制的精确性。

3 模具旋转速度对制品质量的影响

在旋塑成型过程中，若模具的旋转速度控制不当，容易造成制品壁厚不均匀等质量缺陷问题。通常情况下，把模具的线速度控制为6-35rpm。若制品形状为圆柱类、轴套类，结构较为简单的，可以选取较高的线速度；若制品的形状是有转角、棱角、加强筋等非规则性的结构，线速度要降低，这样可以避免由旋转离心力引起的物料滞留，造成制品局部的壁厚不均匀。

4 冷却对旋塑成型的影响

旋塑成型中非常重要工艺参数是冷却时间，当全部物料在模腔内熔融附着型腔后就开始保温定型。影响制品冷却速率的因素有：制品壁厚，模具材料、原料性能、冷却方式与冷却时间等。制件壁厚越厚，冷却时间越长，壁厚对成型周期影响最为显著，冷却时间约与制品厚度的平方成正比。冷却的方式主要有：风冷和水雾冷。风冷效率较低，但质量稳定性较好；水雾冷效率较高，但制件易产生收缩变形。工艺设计过程中要根据制品的具体情况和要求来确定合适的冷却方式。可借助CAE模流分析软件可对成型冷却过程进行辅助分析，预估计冷却时间，模拟成型过程，及时发现问题，优化设计，缩短冷却时间，提高生产效率。通过数字化的模拟分析产品各个部分冷却是否均匀一致，避免因冷却不均造成制品的翘曲变形。

5 脱模剂对成型质量的影响

在脱模取件的过程中，采用有机硅树脂类脱模剂，使得制件易于脱模，从而获得良好的制品表面质量，避免了脱模摩擦力造成的制品外观损伤。在涂布一次后，脱模剂可以反复多次使用。在涂抹脱模剂之前需将模具型腔表面清理干净，涂抹脱模剂要均匀，涂层不宜太厚，在高温220℃～250℃加热2个小时以上，有机硅树脂产生交联反应，形成具有良好机械强度的脱模层。

虽然，我国的旋塑成型技术还在研发试验阶段，与国外先进技术还有较大差距，但随着汽车轻量化研发进程的推进，研究者们将不断的精进探索，加快解决汽车车身覆盖件使用旋塑成型的技术的难点，促进我国旋塑行业的自动化水平的提高，加快实现车身旋塑成型工业化。

参考文献：

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