气辅注塑应用实例Mazda保险杠

钢铁战士

新型的Mazda Lantis(马自达-兰迪斯)轿车的前、后保险杠的制造采用了新普雷斯气体辅助成型技术。这次采用气体辅助注塑代替传统注塑成型来制造保险杆，意味着马自达-兰迪斯公司通过四年的研究和酝酿终于有了结果。马自达公司的气体辅助注塑专利使用权，是从新普雷斯在日本的主要专利授权公司 — Mitsubishi（三菱）获得的。

汽车行业早就意识到了采用气体辅助注塑技术能释放塑件内部的巨大内应力。如果能应用于汽车行业，将极大地促进塑料制品在汽车领域的应用。虽然距离全塑轿车还有很长的一段距离，但一直都在朝这个方向发展。

二十多年前、汽车的前、后保险杆都是采用金属制造并固定在车身上的。近几年来多采用混合型的，主要原因是车身外形的要求、空气动力学方面的原因、以及保险杆正在变大，并要求与空气吸入护栏一体化。但决定性的原因是车身尺寸和重量的增加，汽车制造商要求采用塑料制造，以降低成本。

在最近十年中，塑料保险杆已采用传统注塑来制造。制造程序包括通过一个简单的高压注塑模具先制成塑料框架，然后用一系列零部件来加强和支撑它。采用这种方法将使用许多配件，并要增加额外的装配费用。因此，科技人员一直致力于找到一种能一次完成以上步骤的成型方法。在五年前， Mazda公司的工程师在开始他们的研究工作之时，就已经了解到气体辅助注塑能提供这方面的帮助。主要表现在以下几个方面：
◆ 通过在交叉部位中央形成中空结构能使保险杆获得较大的强度和刚性；
◆ 局部的厚壁结构能组合到制品中而一次成型；
◆ 中空部分减少了内侧加强筋和厚壁部分所致的外侧收缩凹陷程度。

马自达工程师还发现，通过采用多个注射点和更小型的注塑机，可以制成厚壁更薄的保险杆，这样就大大减少了它的重量。在早期的实验中马自达工程师发现，如果采用2.8mm厚的加强筋，那么它的弯曲强度将比原来的弯曲强度增加60%。但是，由于加强筋太厚导致表面收缩凹陷而不能采用。直到他们应用了新普雷斯气体辅助注塑技术之后，这种限制才得以突破。同时，马自达工程师对材料的选用和成型条件之间的关系也十分感兴趣。

气体辅助注塑成型技术最先应用于一种被称为满射的方法，这种方法推出后，首先由三菱采用。在采用这种技术时，模腔被塑料填满，之后射入气体。令人瞩目的是，使用这种技术后，即使是不同的材料在不同的成型条件下，制品也能达到预定的要求。

实验是采用PP树脂在适当的条件下进行，所有的成品在中空成型时，被发现与材料的比容和流动特征有关。另外发现当一个模具中同时使用多个注射气道时，紧靠的各个气道中，某些气道先形成（容易形成），某些慢形成。同时发现，树脂压力较低的气道容易进入，而在其他气道中，较高的树脂压力随着冷却而降低，这种压力的下降程度甚至比已掏空的气道中的树脂压力下降得还多。马自达的工程师发现，纠正这种现象的方法是改变气道的设计。气道之间的差异消除了，以上的问题也得到了解决。马自达的工程师发现，纠正这种现象的方法是改变气道的设计。气道之间的差异消除了，以上的问题也得到了解决。

很显然，马自达的工程师也明白，采用气体辅助注塑可大大地降低表面收缩，从原来的300mm下降到1-2mm。但是，保险杆的外观要求是十分苛刻的，即使是如此微小变形也是不允许的。进而发现，改变材质和成型条件也不完全消除这种现象。因此，他们发现了新的交叉结构，通过改变气道的形状和避免壁厚的突然变化，来完全解决这个问题。通过测试，有增厚加强筋的保险杆的弯曲强度比没有拉厚筋的保险杆的弯曲强度提高了60%，注射压力提高了30%。这样一来，可以用2600吨的注塑机。

用单一模成型的保险杆（一体化设计）更容易安装和拆除，大大节约了制造费用，重量下降了37%（前保险杆）和24%（后保险杆）。更重要的由于采用一体化设计，只使用一种聚合物，回收更容易。

基于此因,马自达公司希望其他部件也能采用气体辅助注塑技术，用塑料件代替金属。

汽车保险杠简介
汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。20年前，轿车前后保险杠是以金属材料为主，用厚度为3毫米以上的钢板冲压成Ｕ形槽钢，表面处理镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身有一段较大的间隙，好像是一件附加上去的部件。

随着汽车工业的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路上。今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。为了达到这种目的，目前轿车的前后保险杠采用了塑料，人们称为塑料保险杠。

塑料保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成。其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为1.5毫米左右的冷轧薄板冲压而成Ｕ形槽；外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可以随时拆卸下来。这种塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料，采用注射成型法制成。例如标致405轿车的保险杠，采用了聚酯系材料并用反应注射模成型法做成。而大众的奥迪100、高尔夫、上海的桑塔纳、天津的夏利等型号轿车的保险杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。国外还有一种称为聚碳酯系的塑料，渗进合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出来的保险杠不但具有高强度的刚性，还具有可以焊接的优点，而且涂装性能好，在轿车上的用量越来越多。

塑料保险杠具有强度、刚性和装饰性，从安全上看，汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后车体；从外观上看，可以很自然的与车体结合在一块，浑然成一体，具有很好的装饰性，成为装饰轿车外型的重要部件。

另外，为了减少轿车在发生侧撞事故时对乘员的伤害，在轿车上通常安装有车门保险杠，以增强车门的防撞冲击力。这种方法实用、简单，对车身结构的改动不大，已经普遍推广使用。

安装车门保险杠就是在每扇车门的门板内横置或斜置数条高强度的钢梁，起到车前车后保险杠的作用，做到整部轿车前后左右都有保险杠 “护驾”，形成一个“铜墙铁壁”，使得轿车乘员有一个最大限度的安全区域。当然，安装这种车门保险杠对于汽车制造商来讲，无疑会增加一些成本，但对于轿车的乘员来讲，安全性和安全感都会增加了许多。

气体辅助注塑技术简介
气体辅助注塑又称为中空注塑，是近十几年内发展起来的革新性成型技术。这项技术被称为注塑的第二次革命。目前在全球塑胶行业正在积极推广应用这项技术。

此项技术的主要原理是，先在模具内注入一定量的熔融塑胶，然后在熔融塑胶中央注入高压氮气，高压主氮气沿着预选先设定的路径形成气道，使塑胶充满模腔，此后进入保压阶段，同时冷却，最后排气、脱模。高压氮气进入塑料后自然会穿越粘度低（温度高）和低压的部位，并可在冷却过程中利用气体高压来保压而使塑料紧贴模具壁上。此项技术除需传统注塑设备外，还需气体辅助注塑控制系统。

与传统的注塑成型相比，气体辅助注塑成型有下列优点：
◆ 减少内部的残留应力，从而减弱甚至完全消除翘曲变形状况，同时增加其机械强度和刚性；
◆ 成品壁厚部分的中央是中空的，可以减少原料，特别是短射和中空型的模具，塑料最多可以节约达30%。
◆ 减少或消除加强筋造成的表面收缩凹陷现象；
◆ 降低制品的收缩不均匀性，提高制品的精密度；
◆ 大量减少锁模力，可以用小吨位的注塑机替代大吨的注塑机；
◆ 利用气道来形成加强结构，提高成品的强度；
◆ 减少射入点；
◆ 缩短成型周期；
◆ 厚薄比大的制品也能通过气辅技术一次成型；
◆ 改变传统成品设计观念，能使用一体化设计来减少附属的零组件。

由于气体具有压缩特征而不容易作精确控制，加上对周围操作环境敏感，因此工艺的重复性与稳定性比传统工艺差。

苦海1986

这种工艺能提高弯曲强度，但是拉伸强度大大降低，保险杠不破裂即可，一旦破裂就是稀碎。
优点：省料是必须的。
          缩短周期是因为充气会对塑件的收缩有补偿作用，所以基本不需要保压，缩短的是保压的时间。
         对避免缩水、曲翘的作用非常明显，产品尺寸精度很高。
         由于气体压力，熔体的流动性会有较明显的改善，缺料等缺陷大大较少。
         设备可以很方便的在气辅与传统工艺间切换。
缺点：拉伸强度差。
         设备投入大，一台塑机顶过去两到三台。
         工艺复杂。

目前还有一种工艺和这个相似，叫MUCELL，物理发泡，是气体和料在料筒里就混合形成高压后注入模具，塑件断面为蜂窝状，中间气泡多，外侧气泡少，缺点是产品表面有气痕。

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一句话，成本高，没得出路

chengweiwei

学习了，这种工艺还有待开发，有很大应用前景。