薄壁化注塑技术在汽车零件上的应用

孙伟

摘 要：本文主要是对薄壁化技术和其优势进行了一定的分析，将薄壁化技术在汽车零件上的应用进行一定的分析，希望能够促进汽车零部件生产的发展和进步。

关键词：薄壁化技术;汽车零件;流长比;表面气辅

1 引言

对于当前的汽车行业来说，安全、环保和节能是当下的三个关键性的话题，因此汽车轻量化就成了重要的策略。薄壁化技术是进行汽车减重的重要方案之一，可以在满足汽车性能的同时对汽车的壁厚进行合理的减薄，同时也能实现减轻重量和降低成本的目的。

2 薄壁注塑成型技术

对于薄壁注塑成型技术来说虽然在业界还没有对其形成一个较为统一定义，但是整体来说，成型塑件的厚度小于1mm，并且塑件的投影面积超过50平方厘米的注塑成型，都可以被称为是薄壁注塑。但是对于汽车行业来说，所谓的薄壁成型技术只要是对材料和工艺进行了改进，并对传统的壁厚进行了打破，又能满足相应的性能，就将其认为是薄壁注塑。欧美等发达国家对于汽车薄壁化技术的应用起步是比较早的，在很多汽车零件上都有对其的应用，尤其是保险杠、门板上，對于薄壁技术的应用最具有广泛性。

塑料件薄壁技术主要分为两种：缩短流长、表面气辅。

2.1 缩短流长

首先我们要知道什么是流长比，流长比是指塑料熔体在型腔内流动的最大长度与相应的塑件壁厚之比值，设为K。充模流程过长，熔体压力损失增大，流动前沿压力不足，温度降低过多，导致塑件密度低，收缩率大，甚至填充不满，塑件壁厚越大，熔体所能达到的最大流动距离也增大，反之，塑件壁厚越小，熔体所能达到的最大流动距离也越短。

该种技术目前仍然存在不足，适用于产品薄壁处无筋和无卡口的设计。随着现在汽车零部件产品精细化的提升，产品的外观质量也越来越受到重视，而薄壁处筋和卡扣对表面的缩痕完全是靠注塑过程保压来完成，因薄壁产品压力传递本身就收到限制，致使产品表面质量不能到达理想的效果。

2.2 表面气辅

普通气体辅助注塑成型技术是近几年一项新兴的塑料注塑注射成型技术，其原理是利用高压气体在塑料内部产生中空截面，利于气体保压代替塑料注射保压，消除制品缩痕，完成注射成型的过程。

表面气辅要求更高，是在模腔内，产品充满后，在制品冷却凝结的过程中由模具型芯侧向产品反面吹气，气体推动熔融塑胶继续充填满型腔，用气体保压代替塑胶保压，高压惰性气体存在于产品反面和模具后模钢材表面。为了保证气体在恒定压力的条件下对产品施压，在产品冷却成型后，得到我们所需得制品，因此模具不能漏气，对模具制造和设计要求也就更高了。同时产品反面由于气压的作用，最后冷却成型形成水纹状，但对表面质量无影响。

（1）模具分型面要做密封处理。（2）模具所有的顶出系统包括顶针、斜顶杆、直顶杆、司筒针等都要做密封处理，保证注入的高压惰性气体不泄露。（3）为了保证模腔内惰性气体压力恒定，在顶针下设计压力传感器，模具外接压力表，来调整注入的高压惰性气体的压力。（4）因为产品壁厚较薄，便于熔胶填充，模具后模增加吸真空设计，在模具合模后，由于分型面的密封结构，使模具达到吸真空效果，再进行注射填充。

气辅技术原理-通过气辅减低压力落差。

完整的气辅注塑系统，应由空气压缩机、氮气发生器、高压蒸汽压缩机、高压管道、高压气体控制器。

3 薄壁注塑成型技术的优势

3.1 产品轻量化

将保险杠和汽车门饰板作为是主要的例子进行分析可以看出。汽车门饰板的传统厚度为2.5mm-3.0mm，使用的薄壁化技术之后可以将其降低到2.0mm甚至1.5mm，通过对材料配方进行合理的调整，还能在保证材料密度不变的基础上，将整车的质量进行一定的降低。传统汽车保险杆的厚度一般在3.0mm，使用薄壁化技术可以降低降低到2.5mm甚至2mm，节省原材料的40%。除此之外，不管是在何种汽车零件上使用薄壁化计划，如果对材料成本进行合理的利用，还会因为壁厚的减少而出现材料质量的减少，能够对汽车生产的成本进行有效的降低。

3.2 成本周期缩短

注塑成型可以说是一个循环的过程，它的成型周期主要由储料时间、冷却时间、开合模时间以及顶出取件的时间共同组成的内容，其中的冷却时间在整个生产周期中都占据着非常大内容，而且冷却时间与壁厚有着非常密切的关系，可以通过减少产品壁厚的方式来对成型周期进行有效的缩短。

3.3 降低产品的残余应力，降低翘曲问题

传统注塑成型，需要足够的高压以推动塑料由主流道至最外围区域，此高压会造成高流动剪应力，残存应力则会造成产品变形。可以降低注塑压力和速度，增加了模具寿命。减少温度损失，减少了产品翘曲变形。。防止射嘴温度过高，烧焦材料或材料分解，降低了产品出现气痕、局部、困气、烧焦等表面问题。

3.4 消除产品表面缩痕

缩短流长，有助于熔融胶料的流动，因熔融胶料于模具前后模表面接触，表层冷却较快，表层局部于模具表面，对熔融胶料产生流动阻力，同时liujing表面气辅解决和消除产品表面缩痕问题，对于有加强筋位处，不能满足正常注塑的缩痕比值时，仍能保证表面不缩水。

3.5 提升了注塑机的使用寿命

所需注射压力和锁模力小，可大幅度降低对注塑机的要求。

4 薄壁化技术在汽车零件中的应用

4.1 对材料的要求

4.1.1 高流动性

高流动性的材料能够对产品成型需求进行有效的满足的，目前市场上熔融指数已经有了商业化的趋向，能够对流动性问题进行有效的解决。

4.1.2 高韧性

壁厚的减薄在一定程度上也会让产品的冲击强度出现一定的降低，因此需要对薄壁材料进行增韧处理。就目前市场上已经出现的多种增韧改性剂来说，已经可以很好的实现对其进行增韧处理。

4.1.3 高强度和高刚性

壁厚减薄在一定程度上也会给的零件的强度和刚性造成一定的影响，因为需要对材料的强度和刚性进行重视，进行合理的材料选择。一般来说，需要对材料的屈服强度和弯曲模量进行一定的弥补，最重要达到与传统材料同样的刚性要求。

4.2 零部件的性能要求

为了对汽车零部件的强度进行有效的保证，需要对零部件的材料厚度进行合理的控制，要均匀的增加重要部位的材料厚度，就拿保险杆来说，要对上下翻边和钣金的连接安装点进行重视，做成截面结构的形式来对其强度进行保证;另外，有些零部件材料具有比较高的流动性，因此要保证外观不能具有太多复杂的结构，在进行造型设计的时候需要多加注意;总体来说，在使用新型薄壁化材料的时候，一定要与汽车零部件的特点进行结合，要在满足产品性能的前提下进行轻量化的设计。

4.3 薄壁化模具开发要点

對于薄壁注塑成型技术来说，模具设计是非常重要的一个环节，与传统的模具设计相比。薄壁制品模具有了很大的变化。

4.3.1 模具材料

制品主要需要参照薄壁方案来进行，因此注塑的压力会相应的出现一定的增加，会对模具加工的精度和强度有一定的要求。因此在对模具材料进行处理的时候，需要采用热处理方式对材料的硬度进行保证，通过这样的方式来对薄壁高速注塑模具的寿命和精度进行有效的保证。

4.3.2 模具结构

为了更好地承受薄壁成型时的注塑压力，需要选用的强度高和刚度大的模具。因此在对模具结构进行设计的过程中，需要将模具的动、定模板和其支撑板的厚度进行合理的设置，一定要比常规模具要厚，支撑柱也数量也要多，通过这样的方式来对定位的准确性进行保证。

4.3.3 浇注系统

当成型薄壁塑件的厚度比较小的时候，要使用片状浇口或增加热流道进胶点数。因为冷流道增加进胶点，只能增加更多的分流道，这样一来熔融塑胶在流动填充过程种压力、温度、速度都有一定损失。为了保证产品末端的填充效果，势必要继续增大注塑压力。而压力超过一定值时，对模具是有很大损伤的。想要对的填充型腔的压力进行保证，在流道系统中就需要做好减少压降的处理，因此需要对流道界面设计的大小进行重视，要确保注塑压力保持在材料推荐的压力范围之内。

4.3.4 冷却系统

薄壁塑件比常规件更容易出现应力翘曲的现象，想要对薄壁塑件的尺寸稳定性进行保证，就需要将翘曲控制在可以接受的范围之内，对模具的冷却进行强化，并且对其均衡性进行保证。最理性的是用模流分析（moldflow），将模具设计好的水路一起导入，分析产品局部热点或温度不均衡处，便于进行模具结构优化，是温度趋于稳定一致，产品变形最小同时生产周期也将缩短。

4.3.5 顶出系统

薄壁制品的壁和筋都比较薄，因此比较容易出现损坏的现象，再加上高保压压力会让收缩更小，会让塑料件出现顶出困难的现象，容易出现顶穿、顶白和顶变形的问题，因此需要顶出系统进行的布置尽可能的均匀或采用顶块形式。

5 薄壁化技术在汽车行业的经济效益

以门板为例，目前，市场上塑料门板普遍重量在1.6～2.0Kg，壁厚为2.5mm，如果将壁厚减至1.5mm，相当于重量减少了40%。如果每个注塑件车门本体按1.8kg算，减重40%就是0.72kg，按一车四门算就是2.88kg。

据中国汽车消费网2020年01月15日数据公布，2019年全年汽车市场份额占比最高的15家车厂，年销量近1600万辆。如果每辆车减少2.88Kg，共减轻约4608万Kg。目前市场上 PP改性料在12000元/吨左右。节省成本约5.53亿元。如果将该技术在整车其它塑料件上推广应用，可以为国家和社会节省一笔非常大的费用，为积极响应国家打赢“蓝天保卫战”也提供了非常大的助力。

6 结语

总之，在汽车设计能力和制造能力的不断发展之下，薄壁化技术在汽车零部件制造上应用也有了一定的进步。这种轻量化技术不仅可以对汽车零部件的原有性能进行保证，还能在减轻重量的同时降低能耗和成本，对提高汽车运行效益具有重要意义。

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