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PC/ABS气辅成型车门把手常见缺陷浅析

作者:admin    添加时间:2012-12-3 12:39:48    浏览量:5714

随着汽车以塑代钢的不断推进,工程塑料设计生产的汽车零部件在整车中所占比例也不断提高。在汽车门锁系统中,车门把手一直是影响汽车使用体验,突出汽车外观的重要组成部件。相对于传统的金属合金类车门把手,工程塑料成型的车门把手具有重量轻,成本低,设计灵活,生产周期短等诸多优点。


在设计上,车门把手通常采用电镀、喷车身漆或无表面处理等设计方式。由于大部分主机厂对于汽车外饰都有非常苛刻的耐环境要求,所以在车门把手上进行电镀或喷漆等处理有助于提高零部件的耐热、耐紫外、耐盐雾等性能。


由于PC/ABS材料具有力学性能高、尺寸稳定、抗蠕变、耐环境应力开裂、可以电镀、喷漆等优点,该材料正越来越多的被使用在汽车外门把手的设计上,其中以握把型的最为常见。气辅成型的握把型车门把手有强度高、重量轻、尺寸精度高等特点[1],但是对于成型精度和材料的要求也更高,在实际生产中会产生外观缺陷或性能缺陷。通过对常见缺陷的研究,将有助于今后的设计和生产。


 
图1 握把型气辅成型车门把手


气辅成型GIM(Gas-Assisted Injection Molding)是指在塑胶充填到型腔适当的时候(90%~99%)注入高压惰性气体,气体推动融熔塑胶继续充填满型腔,用气体保压来代替塑胶保压过程的一种成型技术[2]。


在汽车门把手的生产中,常见的缺陷有:


<1>素材表面凹点:

在成型后的制件表面上可以观察到肉眼可见的针眼,使用显微镜放大后,可以看到环状坑洞。通常较浅的针眼可以通过抛光等手段进行后处理,而较大的则不行。该缺陷会导致后续的电镀或喷漆后表面出现麻点,从而影响成品率。



图2 凹点显微镜照片


这种针眼通常是由于在充模时熔融胶体和模腔贴合不紧密,有气体包覆在两者之间照成的。通过提高成型时的注塑温度和模温,有助于降低针眼发生的频率。但是,要从根本上解决这个问题,还是需要从材料和模具两方面着手进行改进。首先,可以提高PC/ABS材料的流动性,使之可以更好的复制模具;其次,可以加强模具的排气,并在生产中定期清理排气槽。


<2>素材表面凸点:



图3 凸点显微镜照片


制件表面的凸点在用肉眼观察时和凹点非常接近,但使用放大镜观察后可以发现在缺陷位置出现的一般是直径在100至300um的未熔杂质。一旦未能及时发现素材表面凸点的存在,在电镀喷漆后就会出现严重的外观不良。在生产中引入杂质的可能性非常多,因此必须加强生产中各个环节的环境管理。



图4 凸点在电镀后介于镀层和素材之间


<3>素材表面气泡:

在制件表面的未破裂气泡通常出现在近浇口处,气泡的直径在200um以上。气泡和凸点的主要区别在于气泡的边缘更光滑,常表现为平滑的圆弧。



图5 素材表面起泡显微镜照片


气泡产生的原因比较复杂,成型时的困气和材料降解均有可能导致制件的表面出现不规则的气泡。适当的降低注塑温度,和注塑速度可以缓解气泡的发生。但注塑温度降低又可能导致其他缺陷的产生,如欠料、产品吹通等。从根本上解决问题需要提高材料的流动性,并采用热稳定性更好的PC/ABS产品。通过TGA(热失重)分析可以发现,上海锦湖日丽的气辅成型专用PC/ABS材料HAC8244GM在高温下的热稳定性更好,更适合气辅成型使用。


 
图6 PC/ABS的TGA图谱


<4>气指:
气指缺陷是指在吹气过程中,气泡穿过制品预定的气道之外的薄壁区域,形成指状分支。严重的气指会降低塑料制品的强度,造成气辅成型技术的失败,或者不能发挥气辅成型技术的优势[3]。


吹气延迟时间是影响气指缺陷最重要的工艺条件,由于延迟时间的增加,靠近模腔内壁表面的塑料熔体更能冷却固化,固体层厚度增加,从而横向充填阻力变大,气体遵循阻力最小原则沿气道中央纵向延伸,使气道的长度加深,直径变细,气泡穿过制品气道之外的薄壁区域形成气指缺陷的程度减小[4]。但是吹气延时过长容易导致吹气不顺畅等问题。在设计上,将注塑方向和吹气方向保持一致可以有效缓解吹气延迟过长引起的缺陷。



图7 气辅成型注塑吹气示意图


<5>注塑末端流痕:
当熔料将产品充填到划线部位后,其余部分由氮气辅助打饱,由于氮气滞后势必造成以划线为分界线的温度差,再加上注塑压力和氮气压力对模具的复制不同,当两者之间的差异大时就产生明显的分界线即流痕。



图8 注塑末端流痕位置


适当提高注塑温度,调整吹气时间可以有效减轻该位置的流痕。但是无法做到完全消除流痕。


<6>喷漆后开裂
喷漆是汽车外饰零件常见的后处理方式。失光、流挂、颗粒、针孔及喷漆后开裂是较为常见的喷漆不良,其中,和素材关系比较紧密的是喷漆后制件开裂。车身漆、底漆及其稀释剂是一种较强的腐蚀性材料,对素材有很强的侵蚀作用。一旦油漆的配方不能适合PC/ABS材料,就有可能导致塑件在应力集中处开裂。表现为制件上的龟裂纹,极端情况下甚至会出现爆漆的情况。


解决喷漆开裂的问题,要从PC/ABS原材料和油漆两方面同时着手。一方面要提高PC/ABS材料的耐腐蚀性能,降低材料在腐蚀性溶剂中的应力开裂风险;同时要提高材料的流动性,降低材料在成型时的应力残留,并在制件成型后静置48小时以上释放应力。另一方面,可以调整油漆的配方,更改配方中稀释剂的类型和比例,在生产中通过调整喷枪距离等方式达到预期的油漆流平性,而不是一味增加稀释剂的比例[5]。


<7>电镀漏镀

PC/ABS材料由于其材料中丁二烯的含量相对ABS更低,所以较ABS更难电镀。由于化学镀的工艺特点,会在粗化的环节在塑料表面进行刻蚀,形成分布均匀、大小均匀的凹坑,使镀层和塑料材料结合的更紧密,镀层牢度更高[6]。被刻蚀掉的部分就是材料中的丁二烯组分。PC/ABS中丁二烯的组分含量通常只有ABS的一半左右,必然会使得电镀的良品率下降。表现出的不良通常有:漏镀、镀层结合力差等。



图9 PC/ABS粗化刻蚀5000倍扫描电镜照片


在实际生产中,漏镀的解决方式要根据情况进行调整。如果沉积的镀层很光亮,但是塑件局部未能覆盖,则表明表面粗化不够。应进一步加强粗化处理,并适当提高粗化温度。如果出现镀层不连续或者完全不能电镀等情况,则需要调整镀液、活化液及敏化液的配方,甚至换用更适合电镀的材料。


并不是所有的PC/ABS材料都适用于电镀加工。在同样的粗化工艺下,丁二烯的粒径大小及分散情况会在很大程度上影响最终电镀的结果。目前汽车行业常见的电镀级PC/ABS材料有:拜耳的T45PG、SABIC(原GE)的MC1300及锦湖日丽的HAC8244等。


<8>电镀后开裂
PC/ABS材料电镀后开裂的原因和喷漆开裂的原因比较类似,电镀的粗化环节中加热的铬酸会对素材进行侵蚀。一旦侵蚀过度就有可能导致电镀后素材的开裂,裂纹延伸至镀层表面则会造成电镀开裂的不良。在生产中应使用低应力溶液,沉积微裂纹铬或微孔铬等,屏蔽车门把手件的棱边和转角部位。


但并不是所有的镀层开裂都是和素材有关的。在汽车零部件的标准中,各大主机厂都有电镀件的冷热循环和热存放实验标准。以通用汽车为例,所有部件都要通过90±3℃,6小时的热存放实验。


在试验过后,部分制件有可能出现镀层开裂的情况。通过显微镜照片可以看出开裂仅出现在镀层位置,并没有延伸进塑件中。



图10 电镀PC/ABS镀层开裂100倍放大照片


这种情况表明镀层的抗环境变化的能力较差,需要改变电镀工艺,特别是增加铜层的沉积厚度,提高镀层的延展性;同时,更改夹具的设计,使镀层厚度更均匀。这些都有利于提高制件的耐热及冷热循环实验成果率。在图10的案例中,开裂是由于铜层过薄导致,没有达到通用汽车40μm总镀层厚度,20μm的铜层厚度的标准。工厂通过更改挂架位置,调整夹具方向等方式提高了镀层的均匀性;并延迟了铜层的沉积时间,增加镀层厚度,最终达到了主机厂标准的要求。

 

在汽车门把手的实际生产中,还有可能出现拉力试验不过、气辅成型时制件吹通等问题,这里限于篇幅就不一一介绍了。


在气辅成型车门把手的缺陷中,有些是注塑成型中可能出现的共性问题,而有些如气指、制件吹通等问题则是这种成型方式所特有的问题。为尽量降低这些缺陷的出现概率,在设计前期,借助CAE技术进行模流分析,优化模具及气道的设计,可以有效降低生产过程中的不良品率。目前,较成熟的商业气辅成型CAE软件有以下几种:Moldflow公司的Moldflow Plastics Insight(MPI)、德国IKV研究所的CAD/CAE软件CADMOULD以及HSC系统等;在生产前,结合主机厂的设计标准,选择合适气辅成型车门把手的原材料,提高成型和电镀的良品率,可以有效的降低材料成本;在生产过程中,及时分析不良制件的产生原因,通过成型工艺、电镀工艺的调整,原材料的变化等方式降低不良率,尽可能提高生产效率,实现综合成本的最优化选择。

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