汽车保险杠注射工艺分析及注射模设计

汽车保险杠注射工艺分析及注射模设计

崔鸽白音苏都

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司浙江宁波315000）

摘要：随着经济的快速发展，人们生活水平得到提高，物质生活越来越好，汽车几乎成为了人们出行必备的交通工具。汽车后保险杠是汽车最重要的外观件之一，早期的汽车后保险杠采用金属制造，但现代的汽车后保险杠都采用塑料，由模具注射成型。塑料保险杠不但成本大大降低，缓冲性能好，比金属更具有弹性，更能吸收撞击力，而且可以自动回弹和自动修复。后保险杠外形尺寸大，结构复杂，外观要求很高，所以模具设计难度也非常高。

关键词：汽车保险杠；注射工艺；注射模设计

汽车保险杠的质量是汽车安全问题中重要的一环。汽车在发生轻微碰撞后，保险杠可以吸收碰撞能量，即使汽车发生严重碰撞，冲击力也会通过保险杠系统合理地分配给整个车身，避免造成过大的局部变形，从而保护乘客的安全，因此，汽车保险杠对于材料的要求十分严格。

1汽车保险杆的发展情况

1896年卡尔本茨发明了第一辆汽车(三轮汽车)，当时的汽车没有保险杠，只有一个安装喇叭和车灯用的金属横梁，后来为了达到美观的效果，增加了装饰用的前盖板，这就是最初的保险杆原型。随着交通事故的频繁发生，人们逐渐意识到保险杠对车辆及行人的保护作用，有人考虑在前盖板上增加保护功能，具体采用与前横梁留有一定间隙的保险杠盖板，后来进一步发展成在保险杠盖板与横梁之间增加能吸能缓冲的橡胶构件，这样做能够很大程度降低汽车对行人的冲击，这种结构最终演变成后来的金属保险杠总成。随后汽车保险杠又出现了由外板、缓冲材料和横梁三部分组成的保险杠结构。近些年随着各行各业技术的大力发展，新型的保险杠结构也不断涌现，如液压吸能式、带气腔式等。另外，出于保护行人的要求，现在国外也在研究安全气囊式保险杠。

2成型保险杠模具结构介绍

以普通整车车身作为参考，保险杠长1.5~2.5m，宽0.5~1m，纵深深度0.5~1m。假设某一保险杠外形尺寸为1720mm×940mm×540mm，按此塑件外形尺寸设计的注射模尺寸大概在2500mm×1200mm×2000mm。

对于保险杠，通常在两侧轮毂区域都有装配挡泥板用的翻边，此翻边倒扣量大，在注射模上需要设置斜顶块进行脱模。按常规的设计方法，由于保险杠呈U型，在斜顶块的前端会出现锐角，为了避免在注射模零件上出现锐角，会在斜顶块的前端设置一个直顶结构。直顶结构的作用既要能将塑件均匀地顶出，又要能避免斜顶块前端出现锐角。由于保险杠左右两端呈对称结构，可以把注射模中两侧斜顶块前端的直顶结构连接成一体，尽管保险杠造型千差万别，但其成型注射模的基本结构都是类似的大直顶块与大斜顶块形式。

3汽车保险杠注射模设计

3.1动模

动模型芯采用五片相拼，其中单数型芯共(三块)为固定型芯，固定在动模板上。双数型芯(两块)则为活动型芯，做成型和顶出用，通过推杆固定在推板上。每个活动型芯用三个推杆，推杆与动模板之间由于滑动连接增加了导套，回程时由定模在分型面上推动活动型芯使其复位。为使其复位对正另外两边亦增加了斜面，对单数型芯，利用键将其定位，防止其左右移动而卡住活动型芯，上下则由动模板的周边定位。

3.2侧模

侧模每个零件有两处，为局部侧孔，在模具的上下方向利用斜导柱进行侧抽，其中左件有一避让排汽管的内凹也需侧抽，故侧抽滑块比右件大。考虑安装和调试的方便性，将斜导柱装在锁紧块上再固定于定模板上，侧抽斜角16°、22°各一处。由于侧抽行程小，故其复位弹簧设计在模具内。

3.3塑件顶出

除成型型芯的顶出外每个塑件还加了五个推杆一并顶出

3.4模具冷却

由于塑件大且注射温度较高，需进行强制冷却。本模具在定模，动模固定型芯上都加设了水道，不仅如此，还在顶出型芯上加了冷却水道，水从一顶杆中进，在型芯内循环后从另一顶杆中出。

4模具制造

由于产品的三维曲面特征，故模具加工难度大，主要是模具加工面复杂，包括成型型面(三维)和分型型面(两维半)，模具尺寸大(1500mm×750mm)，尽管采用了5轴数控铣床，但有些零件在加工过程中还是需多次装夹。模具设计采用了二维和三维相结合的方式，在二维用AutoCAD软件，三维用UG软件，先将塑件产品设计的数模转入UG，在UG中进行动、定模、侧滑块的三维设计，其中一些分型面也借助了UG软件的相应功能将其找出，自动编程也是在UG中进行的。其模具加工过程如下:

(1)模架制造，包括四周边的锁紧扣。

(2)定模加工，由UG软件编程加工，先加工型腔，后加工侧滑块斜楔安装处等。

(3)动模板加工，即加工动模型芯的安装沉池，侧滑块安装处等。

(4)动模型芯部分(除型面)加工，加工各动模型芯的周边斜面。

(5)将动模型芯装配入动模板，进行紧固(活动型芯需另加装备)后，加工动模型面和分型面，并与定模研配好后，加工出塑件壁厚5mm。

(6)拆开动模型芯对8、9、11、12四型芯之未加工型面进行再加工。

(7)侧滑块的加工与研配，在加工过程中应尽量减少零件的安装次数，因为多次定位会降低模具精度。

5模具工作过程

模具开启时，动、定模分开，浇注系统凝料由拉料杆拉住，与塑件一起随动模移动，开模一段距离后，动模停止运动，注塑机顶杆推动推板，推板带动斜顶、推杆推出塑件，合模时推出机构在氮气弹簧和复位杆强制复位作用下复位。

6模具设计、制造中的重点和难点

（1）保险杠模具属于大型模具，制造周期基本上在3个月，必须提前完成模具结构的设计和模具动定模、板类材料的订购工作。这给设计定购带来压力，必须具有丰富的经验累积，将采购工作提前。

（2）由于保险杠属于外观件，所以对塑件质量要求很严格，对加工精度提出了很高的要求。

（3）熔结线的消除。模具试作后，发现熔结线明显，通过改善浇口位置、加强排气、调整注射工艺等措施予以解决。

（4）两侧外拉滑块处表面飞边和断差不好保证，设计滑块时，滑块上分型面宽度要保证不小于15mm，要在滑块上设计与定模配合的定位凸台，便于后期抛光接顺滑块与定模的断差；塑件安装孔拉伤问题严重，通过增大脱模角度和侧壁抛光，拉伤问题消除。

（5）动模板斜顶孔深孔加工偏差较大，加工工艺有带改善，以保证装配同心度。

（6）模具比较重，易造成搬运及周转不便，故设计过程中要注意减重设计，例如可适当将垫脚设计避空孔。

结语

目前国内外汽车市场竞争激烈，各大车企都需要保持塑件快速的更新换代，来维持其自有车型的销售热度，对于汽车生产商来说时间就是金钱，所以要求模具制造周期和单件生产节拍越来越短，无论是在技术水平还是塑件质量方面对模具设计和制造都提出了越来越高的要求，在整车开发中，保险杠模具机构最复杂，设计和制造周期最长，保险杠模具要求设计者具备更高的注射工艺排布、模具设计和制造经验，尽量保证模具各部件一次设计到位，并且部件具备可加工性。

参考文献

[1]张维合.汽车后保险杠大型薄壁注射模设计[J].模具工业，2016，42（7）：43~49

[2]宦宇峰，姜勇，罗军平.汽车保险杠注射模轻量化结构设计方法研究[J].模具工业，2016，42（6）：52~54

[3]吴跃坚.汽车保险杠注射模内分型结构分析[J].模具工业，2010，36（7）：59~61

[4]陈爱平.汽车保险杠注塑模的开发[J].工程塑料应用，2012，40（8）：59~63

[5]刘奇才，郑利文.汽车内分型模具设计分析[J].模具工业，2012，38（3）：50~53

[6]王彬，黄俊.汽车后保险杠内分型注射模设计[J].模具工业，2013，39（3）：49~51