摘要: 为了研究微孔发泡在大型塑件中的应用问题，以汽车仪表板骨架塑件为例，利用Moldflow 软件模拟分析微孔发泡注塑和传统注塑成型。结果表明，微孔发泡注射成型在注塑时间、注塑压力、体积收缩和翘曲变形等方面均好于传统注塑成型。通过对塑件泡孔形貌、密度、孔隙率、力学强度、表面粗糙度等性能的检测，研究微孔发泡实际应用问题。检测结果表明，微孔发泡能够有效实现产品减重，且产品力学性能优于传统注塑，但表面粗糙度较传统注塑差，汽车外观零件如采用微孔发泡成型须经过表面处理来改善表面缺陷。
与传统注塑塑件相比，微孔发泡塑件具有成型压力小、密度小、隔音隔热效果佳等优点，被广泛应用于新能源汽车、航空航天、医疗设备等领域[1–3]。统计显示，当现代汽车总质量每降低10%，燃油率提高约7%；车重每减少100 kg，百公里油耗可降低约0.5 L[4]。目前，随着社会的发展和环保节能的需要，汽车的轻量化已经成为时代潮流。随着汽车行业的快速发展，汽车零部件的产品日新月异，为了发展汽车轻量化，目前可符合轻量化的绿色射出成型工艺有薄壳射出成型[5]、碳纤维射出成型[6]、气体(液体)辅助射出成型[7]、超临界微细发泡成型[8]展台设计。
其中超临界微细发泡的优点有：(1)节省制造成本，减重超过10%；与传统注塑相比料温和模温均可降低，从而减少成型周期20%；另外较少射出量和采用低黏度熔融塑料，可以选择小吨位注塑机，这样发挥小机型可以制造大产品的工艺。
(2)有利于改善塑件质量，如改善平整度，减少翘曲、产品尺寸稳定性好、内应力小。
(3)微孔发泡塑件设计更有发挥余地，与传统注塑相比无须担心凹痕，可以设计薄壁和厚加强筋
诸多优点导致超临界微细发泡成型在汽车轻量化领域中具有非常重要的应用价值。
微孔发泡在大型塑件上运用较少，为了发挥微孔发泡注射的产业化优势[10–12]，笔者以汽车仪表板骨架塑件为例，利用Moldflow 软件模拟分析微孔发泡注塑存在的流动问题并进行工艺调式，通过对塑件泡孔形貌、孔隙度、力学强度、表面粗糙度等性能的检测，研究微孔发泡实际应用问题。
1 塑件结构和技术要求
材料为20%玻纤增强聚丙烯，塑件最大尺寸为1 217.00 mm×436.50 mm×323.00 mm，最 大 投影面积为4 541 cm2，体积为2 822 cm3，壁厚为2.5 mm。该塑件尺寸大，壁较薄，属于大型薄壁塑件，塑件在各向异性的作用下体积收缩不均匀，导致产品翘曲变形较难达到技术要求。为了改善塑件翘曲变形又适应汽车轻量化的要求，可采用微孔发泡注塑成型技术。产品一模一腔，采用13 点顺序阀点浇口进浇形式展台设计。
塑件要求的各项技术指标如下：
(1)表面无涡流痕、银纹、微泡及开孔，无缩痕、熔接痕、应力痕、冷料斑、飞边、毛刺等缺陷，MT3 精度等级。
(2)相对常规注射，模具锁模力减少10%，注塑压力<50 MPa，成型周期减少15%，模具制品减重10%，改善制品变形>30%，增强产品力学性能15%。
(3)模具各运动部件滑配间隙，生产时动定模各处冷却温差在10℃范围内展台设计。
2 微孔发泡与传统注塑对比分析
利用Moldflow 软件对比分析了微孔发泡与传统注塑的注塑压力、充填时间、体积收缩和翘曲变形。
微孔发泡产品充填更加均匀，而传统注塑在产品充填末端时充填较为困难，导致注塑时间增加，生产周期延长。
与传统注塑塑件相比，微孔发泡塑件具有成型压力小、密度小、隔音隔热效果佳等优点，被广泛应用于新能源汽车、航空航天、医疗设备等领域[1–3]。统计显示，当现代汽车总质量每降低10%，燃油率提高约7%；车重每减少100 kg，百公里油耗可降低约0.5 L[4]。目前，随着社会的发展和环保节能的需要，汽车的轻量化已经成为时代潮流。随着汽车行业的快速发展，汽车零部件的产品日新月异，为了发展汽车轻量化，目前可符合轻量化的绿色射出成型工艺有薄壳射出成型[5]、碳纤维射出成型[6]、气体(液体)辅助射出成型[7]、超临界微细发泡成型[8]展台设计。
其中超临界微细发泡的优点有：(1)节省制造成本，减重超过10%；与传统注塑相比料温和模温均可降低，从而减少成型周期20%；另外较少射出量和采用低黏度熔融塑料，可以选择小吨位注塑机，这样发挥小机型可以制造大产品的工艺。
(2)有利于改善塑件质量，如改善平整度，减少翘曲、产品尺寸稳定性好、内应力小。
(3)微孔发泡塑件设计更有发挥余地，与传统注塑相比无须担心凹痕，可以设计薄壁和厚加强筋
诸多优点导致超临界微细发泡成型在汽车轻量化领域中具有非常重要的应用价值。
微孔发泡在大型塑件上运用较少，为了发挥微孔发泡注射的产业化优势[10–12]，笔者以汽车仪表板骨架塑件为例，利用Moldflow 软件模拟分析微孔发泡注塑存在的流动问题并进行工艺调式，通过对塑件泡孔形貌、孔隙度、力学强度、表面粗糙度等性能的检测，研究微孔发泡实际应用问题。
1 塑件结构和技术要求
材料为20%玻纤增强聚丙烯，塑件最大尺寸为1 217.00 mm×436.50 mm×323.00 mm，最 大 投影面积为4 541 cm2，体积为2 822 cm3，壁厚为2.5 mm。该塑件尺寸大，壁较薄，属于大型薄壁塑件，塑件在各向异性的作用下体积收缩不均匀，导致产品翘曲变形较难达到技术要求。为了改善塑件翘曲变形又适应汽车轻量化的要求，可采用微孔发泡注塑成型技术。产品一模一腔，采用13 点顺序阀点浇口进浇形式展台设计。
塑件要求的各项技术指标如下：
(1)表面无涡流痕、银纹、微泡及开孔，无缩痕、熔接痕、应力痕、冷料斑、飞边、毛刺等缺陷，MT3 精度等级。
(2)相对常规注射，模具锁模力减少10%，注塑压力<50 MPa，成型周期减少15%，模具制品减重10%，改善制品变形>30%，增强产品力学性能15%。
(3)模具各运动部件滑配间隙，生产时动定模各处冷却温差在10℃范围内展台设计。
2 微孔发泡与传统注塑对比分析
利用Moldflow 软件对比分析了微孔发泡与传统注塑的注塑压力、充填时间、体积收缩和翘曲变形。
微孔发泡产品充填更加均匀，而传统注塑在产品充填末端时充填较为困难，导致注塑时间增加，生产周期延长。
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