CN115229456A - 一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法 - Google Patents

一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,涉及模具设计领域。该设计方法采用以下步骤:一、选择用于汽车内饰件加工的树脂原料;二、确定合模状态下模腔中的注塑温度T、注射压力P,以及动模与静模之间的锁模力F;三、将注塑温度T、注射压力P和锁模力F代入以下公式,溢边间隙Y的计算公式:Y=a×Tm+b×Pn‑c×F;四、按照溢边间隙Y的计算结果,设计加工真空针的尺寸大小,在合模后确保真空针与静模之间的间隙尺寸达到溢边间隙Y;五、注塑试验,验证真空孔是否完整成型。利用上述公式可根据注塑工艺的注塑温度T、注射压力P以及锁模力F准确地得出所需溢边间隙Y的尺寸大小,既能防止碰撞引起真空针断裂的情况,同时保证真空孔成型的完整度。

Description

一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法
技术领域
本发明涉及模具设计技术领域,特别是涉及一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法。
背景技术
目前,汽车仪表台普遍采用注塑工艺制成,而FD仪表台的表面需要粘贴皮膜,粘贴前通过真空孔抽走空气,以提高粘贴效果。注塑时,由动模的真空针与定模贴合,从而在分模后形成真空孔。
在注塑合模时,若真空针与定模发生接触碰撞,则使用一段时间会引起真空针断裂的情况,断裂后直接影响到真空孔成型的完整度,需要定期焊接修补真空针。经分析可知,在合模时,真空针主要受到模具的纵向碰合力以及树脂的横向剪切力,由于真空针承受作用力大,且应力集中在根部位置,导致较短时间便会引起断裂,频繁焊接修补影响了正常生产效率。若合模时,在真空针1与定模2之间预留出间隙3,如图1所示,可避免因接触碰撞造成的断裂问题。
但是,预留间隙的尺寸设计难以精准设计,如果预留间隙小,则在锁模时可能引起真空针1与定模2碰撞的情况,无法有效避免真空针1断裂的问题;相反,如果预留间隙大,则树脂4容易溢流至间隙3中,导致无法形成完整的真空孔。
综上所述,使用注塑工艺生产汽车内饰件时,无法准确地设计出真空针与定模之间的间隙尺寸,既能防止碰撞引起真空针断裂的情况,同时保证真空孔成型的完整度。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,以解决无法准确地设计出真空针与定模之间的间隙尺寸,既能防止碰撞引起真空针断裂的情况,同时保证真空孔成型的完整度的问题。
本发明的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法的技术方案为:
用于汽车内饰件注塑模具的设计方法包括以下步骤:
步骤一、根据工艺要求,选择用于汽车内饰件加工的树脂原料,确定树脂原料的最大熔点温度T0
步骤二、选择注塑机及其模具,确定合模状态下模腔中的注塑温度T、注射压力P,以及动模与静模之间的锁模力F,且注塑温度T小于树脂原料的最大熔点温度T0
步骤三、将注塑温度T、注射压力P和锁模力F代入以下公式,溢边间隙Y的计算公式:Y=a×Tm+b×Pn-c×F;
其中,溢边间隙Y的单位为mm,注塑温度T的单位为℃,注射压力P的单位为MPa,锁模力F的单位为t;温度指数m为-0.3,压力指数为n为-0.4;
a、b、c均为常量,a介于0.15至0.25之间的范围内,b介于0.08至0.09之间的范围内,c介于0.000015至0.000025之间的范围内;
步骤四、按照溢边间隙Y的计算结果,设计加工真空针的尺寸大小,以在合模后确保真空针与静模之间的间隙尺寸达到溢边间隙Y;
步骤五、使用注塑机进行注塑试验,验证真空孔是否完整成型。
进一步的,在步骤一中,确定汽车内饰件的壁厚为2.7mm至4mm之间的任意尺寸,选择用于汽车内饰件加工的树脂原料为改型聚丙烯,改型聚丙烯材料的最大熔点温度为290℃。
进一步的,在步骤二中,选择注塑机为三菱3000T液压注塑机,模具重量小于35t,确定合模状态下模腔中的注塑温度T为170℃至240℃之间的任意温度、注射压力P为10MPa至80MPa之间的任意压力,以及动模与静模之间的锁模力F为1871t。
进一步的,在步骤三中,对于溢边间隙Y的计算公式,选定a=0.2,b=0.0875,c=0.00002。
进一步的,在步骤四中,采用焊接工艺将真空针固定连接在动模上,真空针的轮廓形状为端部细、根部粗的锥形,且真空针的根部与动模之间设置有圆角过渡;
焊接后,对真空针的端部进行打磨处理,使真空针的高度D与溢边间隙Y之和等于合模后模腔的厚度尺寸。
进一步的,打磨处理时,先在真空针的外部安装定位套,使真空针的端部凸出于定位套的边缘外侧,对真空针的凸出端面实施打磨处理,直至真空针的端部与定位套的边缘平齐。
进一步的,打磨前,根据真空针的外轮廓设计出具有内锥扩孔的定位套,且定位套的轴向尺寸小于真空针的高度D,在定位套安装到位后,确保真空针端部与定位套边缘之间的距离等于所需的打磨量。
进一步的,分多次对真空针实施打磨处理,每次的打磨量不大于0.001mm,每次打磨后重新测定真空针的高度D,直至真空针的高度D达到要求精度。
进一步的,模具本体采用718模具钢制成,在步骤四中,真空针的焊料选用P20钢,采用激光冷焊工艺将真空针焊接在动模上,焊接完成后实施局部热处理。
进一步的,利用热源对真空针及以真空针根部为中心的圆形区域进行加热处理,在真空针及圆形区域加热至550℃后空冷1.5h,然后利用热源对真空针及圆形区域加热至485℃,最后空冷至常温,完成真空针的加工过程。
有益效果:该用于汽车内饰件注塑模具的设计方法采用以下步骤:一、选择用于汽车内饰件加工的树脂原料;二、选择注塑机及其模具,确定合模状态下模腔中的注塑温度T、注射压力P,以及动模与静模之间的锁模力F;三、将注塑温度T、注射压力P和锁模力F代入以下公式,溢边间隙Y的计算公式:Y=a×Tm+b×Pn-c×F;四、按照溢边间隙Y的计算结果,设计加工真空针的尺寸大小,在合模后确保真空针与静模之间的间隙尺寸达到溢边间隙Y;五、注塑试验,验证真空孔是否完整成型。
利用上述公式:Y=a×Tm+b×Pn-c×F,可根据注塑工艺的注塑温度T、注射压力P以及锁模力F准确地得出所需溢边间隙Y的尺寸大小,既能防止碰撞引起真空针断裂的情况,同时保证真空孔成型的完整度。
附图说明
图1为本发明的背景技术中合模时真空针所在位置的局部剖视图;
图2为用于汽车内饰件注塑模具的设计方法的具体实施例中用于汽车内饰件注塑模具的设计方法的流程示意图;
图3为用于汽车内饰件注塑模具的设计方法的具体实施例中变量Y-P-T关系的拟合曲线图。
图1中:1-真空针、2-定模、3-间隙、4-树脂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法的具体实施例1,如图2所示,该设计方法是用于设计注塑模具,以便利用注塑模具精确地加工出带有真空孔的汽车内饰件,此类汽车内饰件有PD仪表台等。用于汽车内饰件注塑模具的设计方法包括以下步骤:
步骤一、根据工艺要求,选择用于汽车内饰件加工的树脂原料,确定树脂原料的最大熔点温度T0;在步骤一中,确定汽车内饰件的壁厚范围为2.7mm至4mm之间的任意尺寸,选择用于汽车内饰件加工的树脂原料为改型聚丙烯(简称“PP”材料),改型聚丙烯材料的最大熔点温度为290℃,熔融指数MI为18g/10min。在本实施例中,确定汽车内饰件的壁厚为4mm,改型聚丙烯具有良好的尺寸稳定性和化学稳定性,满足产品所需的力学性能、耐冲击性、机械性能要求。
步骤二、选择注塑机及其模具,确定合模状态下模腔中的注塑温度T、注射压力P,以及动模与静模之间的锁模力F,且注塑温度T小于树脂原料的最大熔点温度T0;在步骤二中,选择注塑机为三菱3000T液压注塑机,模具重量小于35t,确定合模状态下模腔中的注塑温度T为170℃至240℃之间的任意温度、注射压力P为10MPa至80MPa之间的任意压力,以及动模与静模之间的锁模力F为1871t。注塑温度T介于170℃至240℃之间的范围内,既保证了树脂原料的流动性和填充性,同时避免了因温度过高而影响注塑成型质量的问题。
步骤三、将注塑温度T、注射压力P和锁模力F代入以下公式,溢边间隙Y的计算公式:Y=a×Tm+b×Pn-c×F;其中,溢边间隙Y的单位为mm,注塑温度T的单位为℃,注射压力P的单位为MPa,锁模力F的单位为t;温度指数m为-0.3,压力指数为n为-0.4。
a、b、c均为常量,a介于0.15至0.25之间的范围内,b介于0.08至0.09之间的范围内,c介于0.000015至0.000025之间的范围内;在步骤三中,对于溢边间隙Y的计算公式,选定a=0.2,b=0.0875,c=0.00002。在其他实施例中,若选用不同种类和排号的树脂原料时,常量a、b、c可在对应数值范围内相应变化。
需要说明的是,上述溢边间隙Y的计算公式是采用变量试验、结果分析、拟合曲线图以及建模经验模型所得到的,具体过程为:
(1)、使用注塑机的合模系统进行合模操作,并施加不同的锁模力,测算出模具合模时因锁模力所减少的间隙;
(2)、在模具碰合面的注射口附近开设深度不一的溢边凹槽,溢边凹槽的深度分布范围完全覆盖所需的溢边间隙的尺寸范围,即通过深度不一的溢边凹槽模拟出真空针与定模之间的间隙,以直观地反映出模腔内部的树脂溢边情况。具体的,溢边凹槽的深度范围介于0.01mm至0.05mm之间,且溢边凹槽的分度值为0.001mm。
(3)、通过注塑机的注射系统将熔融状态的树脂原料注射至模具的模腔中;
(4)、选择测试过程,测试时设置不同的注射压力、温度参数,通过注塑机的合模系统和注射系统进行加压,通过注塑机的模具热流道系统进行控制,通过注塑机的监控系统实时采集树脂的压力、温度和位移数据;
(5)、在完成注射工艺后,实施冷却、开模、顶出操作;
(6)、将顶出的测试样品称重,确认样品外观有无溢边情况,通过观察注射口附近的溢边凹槽,确认树脂正好未溢出的溢边凹槽即为所测溢边结果;
(7)使用Moldflow模流分析得出真空针位置树脂成型过程中的注射压力、模具温度、锁模力参数数据,并控制注塑机的注射系统实施分段注射,以确保分析结果与实际成型样品的流动状态基本一致。
在(4)开始测试前,使用Moldflow模流分析得到最大锁模力,控制注塑机按照最大锁模力进行合模,进一步分析树脂注塑成型过程Y-P-T关系;其中,该变量试验过程中涉及到的变量有溢边间隙Y、注塑温度T、注射压力P,分为两种测试模式:等压模式和等温模式。
在等压模式下,注射压力P保持恒定,改变注塑温度T,温度可采用加热升温或冷却降温的方式,以测定溢边间隙同注塑温度T的变化关系;测定出一组曲线后,再将注射压力P改变至另一恒定值,进行下一组曲线的测定。等温模式即采用注塑温度T保持恒定,改变注射压力P,以测定溢边间隙同注塑温度T的变化关系。
具体的,测试分析Y-P-T关系时,对模具施加的锁模力F为1871t,注塑温度T的变化范围为170℃至240℃、注射压力P变化范围为10MPa至80MPa,表1为以上测试的试验结果:
表1测试结果
Figure BDA0003734123350000061
Figure BDA0003734123350000071
续表1测试结果
Figure BDA0003734123350000072
Figure BDA0003734123350000081
根据上述测试结果绘制出Y-P-T关系的拟合曲线图,如图3所示,综合以上测试结果以及拟合曲线图建立经验模型,得到溢边间隙Y、注塑温度T、注射压力P三个变量的关系式,即为Y=a×Tm+b×Pn-c×F。
步骤四、按照溢边间隙Y的计算结果,设计加工真空针的尺寸大小,以在合模后确保真空针与静模之间的间隙尺寸达到溢边间隙Y;可根据注塑工艺的注塑温度T、注射压力P以及锁模力F准确地得出所需溢边间隙Y的尺寸大小,既能防止碰撞引起真空针断裂的情况,同时保证真空孔成型的完整度。在步骤四中,采用焊接工艺将真空针固定连接在动模上,真空针的轮廓形状为端部细、根部粗的锥形,且真空针的根部与动模之间设置有圆角过渡。
在本实施例中,模具本体采用718模具钢制成,在步骤四中,真空针的焊料选用P20钢,采用激光冷焊工艺将真空针焊接在动模上,焊接完成后实施局部热处理。利用热源对真空针及以真空针根部为中心的圆形区域进行加热处理,在真空针及圆形区域加热至550℃后空冷1.5h,然后利用热源对真空针及圆形区域加热至485℃,最后空冷至常温,完成真空针的加工过程。采用热处理工艺对真空针处理,能够有效提高真空针的力学性能,减少后续可能发生断裂损坏的情况。
作为进一步的优选方案,焊接后,对真空针的端部进行打磨处理,使真空针的高度D与溢边间隙Y之和等于合模后模腔的厚度尺寸。其中,打磨处理时,先在真空针的外部安装定位套,使真空针的端部凸出于定位套的边缘外侧,对真空针的凸出端面实施打磨处理,直至真空针的端部与定位套的边缘平齐。
具体的,打磨前,根据真空针的外轮廓设计出具有内锥扩孔的定位套,且定位套的轴向尺寸小于真空针的高度D,在定位套安装到位后,确保真空针端部与定位套边缘之间的距离等于所需的打磨量。分多次对真空针实施打磨处理,每次的打磨量不大于0.001mm,每次打磨后重新测定真空针的高度D,直至真空针的高度D达到要求精度。
步骤五、使用注塑机进行注塑试验,验证真空孔是否完整成型。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤一、根据工艺要求,选择用于汽车内饰件加工的树脂原料,确定树脂原料的最大熔点温度T0
步骤二、选择注塑机及其模具,确定合模状态下模腔中的注塑温度T、注射压力P,以及动模与静模之间的锁模力F,且注塑温度T小于树脂原料的最大熔点温度T0
步骤三、将注塑温度T、注射压力P和锁模力F代入以下公式,溢边间隙Y的计算公式:Y=a×Tm+b×Pn-c×F;
其中,溢边间隙Y的单位为mm,注塑温度T的单位为℃,注射压力P的单位为MPa,锁模力F的单位为t;温度指数m为-0.3,压力指数为n为-0.4;
a、b、c均为常量,a介于0.15至0.25之间的范围内,b介于0.08至0.09之间的范围内,c介于0.000015至0.000025之间的范围内;
步骤四、按照溢边间隙Y的计算结果,设计加工真空针的尺寸大小,以在合模后确保真空针与静模之间的间隙尺寸达到溢边间隙Y;
步骤五、使用注塑机进行注塑试验,验证真空孔是否完整成型。
2.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,在步骤一中,确定汽车内饰件的壁厚为2.7mm至4mm之间的任意尺寸,选择用于汽车内饰件加工的树脂原料为改型聚丙烯,改型聚丙烯材料的最大熔点温度为290℃。
3.根据权利要求2所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,在步骤二中,选择注塑机为三菱3000T液压注塑机,模具重量小于35t,确定合模状态下模腔中的注塑温度T为170℃至240℃之间的任意温度、注射压力P为10MPa至80MPa之间的任意压力,以及动模与静模之间的锁模力F为1871t。
4.根据权利要求3所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,在步骤三中,对于溢边间隙Y的计算公式,选定a=0.2,b=0.0875,c=0.00002。
5.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,在步骤四中,采用焊接工艺将真空针固定连接在动模上,真空针的轮廓形状为端部细、根部粗的锥形,且真空针的根部与动模之间设置有圆角过渡;
焊接后,对真空针的端部进行打磨处理,使真空针的高度D与溢边间隙Y之和等于合模后模腔的厚度尺寸。
6.根据权利要求5所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,打磨处理时,先在真空针的外部安装定位套,使真空针的端部凸出于定位套的边缘外侧,对真空针的凸出端面实施打磨处理,直至真空针的端部与定位套的边缘平齐。
7.根据权利要求6所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,打磨前,根据真空针的外轮廓设计出具有内锥扩孔的定位套,且定位套的轴向尺寸小于真空针的高度D,在定位套安装到位后,确保真空针端部与定位套边缘之间的距离等于所需的打磨量。
8.根据权利要求5所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,分多次对真空针实施打磨处理,每次的打磨量不大于0.001mm,每次打磨后重新测定真空针的高度D,直至真空针的高度D达到要求精度。
9.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,模具本体采用718模具钢制成,在步骤四中,真空针的焊料选用P20钢,采用激光冷焊工艺将真空针焊接在动模上,焊接完成后实施局部热处理。
10.根据权利要求1所述的用于汽车内饰件注塑模具的设计方法,其特征是,利用热源对真空针及以真空针根部为中心的圆形区域进行加热处理,在真空针及圆形区域加热至550℃后空冷1.5h,然后利用热源对真空针及圆形区域加热至485℃,最后空冷至常温,完成真空针的加工过程。
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