汽車塑料零件孔隙率的檢測及控制方法黃春田【摘要】鋁合金材料代替鋼材、塑料代替鋼材是新的常用輕量化方法.采用注塑加工的塑料零件,零件內(nèi)部易出現(xiàn)孔隙，這些孔隙會影響零件的機(jī)械強(qiáng)度.通過幾個汽車玻璃升降器塑料零件的開發(fā)，介紹塑料零件孔隙率的檢測方法及控制方法，為以塑代鋼的輕量化零件的開發(fā)應(yīng)用提供參考.【期刊名稱】《汽車零部件》【年(卷)，期】2017(000)009【總頁數(shù)】3頁(P54-56)【關(guān)鍵詞】塑料零件;孔隙率;檢測方法;控制方法;汽車輕量化【作者】黃春田【作者單位】上海實(shí)業(yè)交通電器有限公司，上海200030【正文語種】中文【中圖分類】U465.4+1隨著汽車零件的輕量化應(yīng)用，許多零件材料由原來的鋼材改為塑料。為了達(dá)到原來零件所需要承擔(dān)的負(fù)載和功能，在塑料零件的受力主體部位，勢必需要增加零件的壁厚或增加加強(qiáng)筋。塑料零件壁厚如果過大，在注塑加工過程中，受材料特性的影響，零件內(nèi)部容易出現(xiàn)孔隙。有些產(chǎn)品的試驗(yàn)和售后出現(xiàn)了塑料零件斷裂的現(xiàn)象，特別是高低溫環(huán)境使用后，塑料件出現(xiàn)斷裂失效的故障。通過對斷裂故障件進(jìn)行失效分析時發(fā)現(xiàn)，斷裂面有不同程度的孔隙存在。塑料件內(nèi)部的孔隙，如果出現(xiàn)在關(guān)鍵受力部位并且體積過大，勢必會減小該部位的機(jī)械強(qiáng)度，所以需要檢測零件的孔隙和控制孔隙的大小。在設(shè)計中有一款汽車零件，因?yàn)檩p量化設(shè)計和快速安裝的新技術(shù)要求，由原來的鋼板和塑料件復(fù)合結(jié)構(gòu)改為全塑料結(jié)構(gòu)，材料為均聚POM,這樣零件質(zhì)量減小了1/2，零件成本和裝配成本也有20%以上的減少。該零件屬于功能件，承擔(dān)著較大的負(fù)載，如果因?yàn)閺?qiáng)度不足而變形或斷裂，那么就會影響產(chǎn)品的功能和壽命，所以需要對零件進(jìn)行孔隙檢測，控制零件關(guān)鍵部位的孔隙率。按照客戶的標(biāo)準(zhǔn)，孔隙率要求為：D1/5%。這個要求按孔隙的面積占比和最大尺寸來定義的，D1表示孔隙的最大允許尺寸為1mm，孔隙截面積占所在面的評估面積比例最大允許5%。零件的受力部位大多是孔隙檢測的重要部位，也通常是零件壁厚較厚的部位。孔隙率的檢測方法經(jīng)歷了幾個階段：早期的是X光攝片檢測，這種方法對于孔隙的具體幾何尺寸分析不詳細(xì)，只能作一個孔隙分布的定性分析；后來根據(jù)X射線的檢查結(jié)果再對孔隙部位進(jìn)行分層切割，通過軟件分析計算孔隙的占比及尺寸，這種方法現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于壓鑄件的孔隙率檢測中；最新的是CT逐層掃描分析，檢測精度提高了很多。通過逐層掃描分析，可以還原零件內(nèi)部孔隙的形狀結(jié)構(gòu)及分布位置，對孔隙的最大尺寸定義也是按其空間體積最大處來測量的，與前面兩種檢測方法的結(jié)果有差別，因?yàn)楹芏嗫紫兜姆植际遣灰?guī)則的，最大尺寸處不與外形平面呈平行，這種檢測方法相對要嚴(yán)格很多。圖1所示為某一塑料零件^掃描的影像及多個角度截面孔隙的分析。孔隙的形狀有縮孔和縮松兩種?？s孔切開后，有明顯的空腔，孔壁較為光滑，在POM材料中形成的就是縮孔；縮松切開后，有時看不到明顯的空腔，而是內(nèi)部材料形成密度不足的絮狀腔，但經(jīng)CT掃描檢測可以判定為孔隙，縮松一般在加玻纖的材料中較多見。按照實(shí)際檢測中孔隙產(chǎn)生的部位及結(jié)構(gòu)，對塑料零件進(jìn)行分析，可以總結(jié)一下孔隙產(chǎn)生部位及機(jī)制：零件壁厚不均勻，局部壁厚過厚，注塑加工時形成不均勻收縮，零件壁薄部分先冷卻結(jié)晶，壁厚部分在繼續(xù)結(jié)晶過程中，沒有新的材料補(bǔ)充，在厚壁處形成縮孔，這是出現(xiàn)孔隙的最主要原因；零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，例如方形孔洞過多(模具上的鑲件過多)，注塑加工過程中，膠流在鑲件處形成合流困氣，如果排氣不順暢及保壓效果不良，就會形成孔隙；模具制作缺陷。膠口大小及位置設(shè)置不合理，排氣設(shè)計不足，冷卻水路不合理坐-■等;⑷注塑工藝不良。壓力、保壓時間、熱流道及料筒溫度等設(shè)置不合理。根據(jù)孔隙產(chǎn)生的原因，結(jié)合幾款設(shè)計的實(shí)際產(chǎn)品，介紹在零件設(shè)計中減少孔隙的幾個應(yīng)用方法。壁厚不均是產(chǎn)生氣孔的首要原因。通過修改零件的設(shè)計，使壁厚盡量均勻，可以減少孔隙現(xiàn)象產(chǎn)生，如圖2所示為某零件局部壁厚修改前后Moldflow對比；但塑料零件主要受力部位一般需要通過增加壁厚來提高強(qiáng)度(如圖3—4所示)，因此不能單純地用減少壁厚的方法消除孔隙。零件的注塑模具設(shè)計中，膠口一般設(shè)置在壁厚最厚的部位，如果因?yàn)槭芙Y(jié)構(gòu)約束膠口不能設(shè)置在厚壁處，也要盡量靠近厚壁部位，并且通過Moldflow分析軟件進(jìn)行分析對比，找到最優(yōu)的設(shè)計方案，有效減小孔隙率。當(dāng)膠口必須遠(yuǎn)離厚壁位時，可以在模具的進(jìn)膠口到零件壁厚較大部位之間增加一條壁厚較厚的通道，加寬后的壁厚大于或等于零件最大壁厚，保證注塑過程中，膠流能夠很容易到達(dá)厚壁位，并且在注塑保壓過程中，流動的塑料可以充分保壓到厚壁位，達(dá)到改善孔隙的效果。在零件厚壁處到進(jìn)膠口間增加膠道示意圖如圖5所示。模具內(nèi)的鑲件是一些零件結(jié)構(gòu)需要，不可能隨意改變位置及尺寸，但鑲件的銳角部分盡量采用圓角過渡，減小注塑加工過程中膠流阻力，同時保證鑲件處的排氣效果，如圖6所示。對于零件面積較大者，模具各個部位溫度均勻，對于零件成型后的翹曲變形和內(nèi)部孔隙都有較大影響，需要在模擬分析和實(shí)際加工試制過程進(jìn)行重點(diǎn)檢查，保證模具各個部位溫差盡量小，以保證注塑加工質(zhì)量。對于注塑工藝以及注塑設(shè)備方面的問題，則較容易發(fā)現(xiàn)和實(shí)施。零件試制過程中，調(diào)整不同的工藝參數(shù)，主要提高注塑壓力、降低進(jìn)膠速度、調(diào)整保壓等。通過對比孔隙的改善效果，反復(fù)校正，還可以用不同的設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，找到最優(yōu)的工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，可以有效減少孔隙率?，F(xiàn)在有的體積較厚塑料零件采用微孔注塑的工藝，特別在零件內(nèi)部形成均勻的微孔，在保證零件強(qiáng)度及功能的情況下，進(jìn)行零件輕量化。但作者主要是從非主觀的設(shè)計缺陷方面著手來闡述塑料零件孔隙成因和控制方法。針對不同的產(chǎn)品，可能還會有更多的孔隙現(xiàn)象，但成因大多屬于上面分析的原因。參考文中給出的控制方法，孔隙現(xiàn)象應(yīng)該都可以得到有效改善。【相關(guān)文獻(xiàn)】[1]何方成，史亦韋.樹脂基復(fù)合材料孔隙率超聲表征技術(shù)研究[J].航空材料學(xué)報,2006,26(3):355-356.HEFC,SHI