安全氣囊撕裂盒的注射模塑

  
　　1 概述　　

　　撕裂盒塑料制品里存放了安全氣囊，是轎車方向盤的安全防護系統(tǒng)的結構件。它由撕裂蓋和盒座兩個注射件裝配而成。它們的塑料材料選擇、相互間的聯(lián)接設計及撕裂溝的布置和結構，都要確保在高壓脹大時撕裂盒開裂，氣囊彈出。制品的結構復雜，要求功能和性能可靠。因此，注射模設計必須采用熱流道技術，并進行充模流動分析，保證注射成型的制品質(zhì)量。

　　2 安全氣囊防護

　　各國生產(chǎn)的中轎車大多數(shù)都裝有安全氣囊。駕駛員處的安全氣囊是存放在方向盤的襯架內(nèi)，方向盤撕裂盒上標有“SRS”或“Airbag”。安全氣囊防護系統(tǒng)（Supplemental Inflatable Restraint System，SRS）主要由傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等部件組成。傳感器和微處理器判斷撞車程度，傳遞及發(fā)送信號。氣體發(fā)生器根據(jù)信號產(chǎn)生點火動作。點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹，其容量約50至90升不等。氣囊膨脹力脹破撕裂蓋。將撞擊力均勻地分布在駕駛員頭部和胸部。

　　安全氣囊的傳感器必須有足夠的撞擊力才能啟動開關。這個撞擊力約等于以時速25～50km碰撞固定物所產(chǎn)生的結果。當汽車高速碰撞時，傳感器就可檢測到車速突然減速，并將這一信號迅速傳遞給控制電腦確認后，才會引爆安全氣囊包內(nèi)的電熱點火器，使氣囊發(fā)生迅速膨脹。氣囊還設有安全閥，當充氣過量或內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分氣體，避免將乘客擠壓受傷。還必須在發(fā)生汽車碰撞后的0.01s內(nèi)微處理器工作，0.03s內(nèi)點火裝置啟動，0.05s內(nèi)高壓氣體進入氣囊，0.08s內(nèi)氣囊向外膨脹，突破撕裂蓋。0.11s內(nèi)氣囊*脹大，貼護在人體上。這樣，駕車者才會被氣囊保護。

　　2.1 安全氣囊盒設計

　　見圖1所示，方向盤安全氣囊盒由撕裂蓋和盒座聯(lián)接而成。安全氣囊盒安裝在駕駛員的方向盤中央的支架內(nèi)。高壓氣體進入氣囊到*脹大只有0.06s。必須保證安全氣囊盒上的撕裂蓋，被充氣氣囊頂破，并讓其彈出脹大。而盒座不能有破潰。撕裂蓋與盒座的彈性卡夾聯(lián)接必須牢固。在氣囊膨脹時，不能有撕裂蓋與盒座塑料破碎飛出，導致駕駛員受到意外的傷害。而且，撕裂盒與方向盤的襯架也必須牢固聯(lián)接，不能讓氣囊與撕裂盒一起飛出，擊傷駕駛員。

圖1 方向盤安全氣囊盒

　　盒內(nèi)氣囊高壓膨脹時，蓋塑件破潰口的形狀取決于撕裂蓋里壁的撕裂溝分布和結構，如圖2所示。撕裂溝總長達540mm，中央有周角270°的圓周溝槽，又有四條長50mm溝槽徑向輻射分布，還有四段相互不連續(xù)的外周邊溝槽。氣囊充氣沿溝撕裂時，蓋塑件像花瓣一樣開放，開裂片與蓋連在一起，無破碎的塑料片。

　　為讓氣囊彈出，撕裂蓋壁厚3mm。撕裂溝寬度控制在0.4mm。撕裂溝底壁厚0.5mm，并要求底壁厚在全長上誤差小于±0.05mm。高精度的撕裂厚度才能保證開裂快速反應。撕裂溝的斜錐角度控制在32°±2°。

　　2.2 撕裂蓋和盒座的材料

　　撕裂蓋采用聚烯烴系熱塑性彈性體TPO新材料。利用它的彈性模量低、易撕裂，又有良好彈性，當氣囊在膨脹的時候不會損壞氣囊。撕裂蓋彈性體邵氏硬度D37。23℃下，斷裂伸長率560%;彎曲彈性模量205MPa;剪切強度14MPa。盒座用PA66+40%GF。經(jīng)玻璃纖維增強后的聚酰胺，彈性模量高達6340～11400MPa，是撕裂蓋材料的幾十倍。剛硬的盒座壁厚平均3.2mm。在高壓充氣時，確保不會破碎。

　　2.3 彈性卡夾聯(lián)接

　　如圖1和圖2所示，為適應轎車裝配流水線的快裝要求，撕裂蓋與盒座裝配，及撕裂盒與方向盤襯架裝配，均采用懸臂彈性卡夾。利用懸臂柱條的凸起產(chǎn)生的彎曲彈性變形，使一個塑料件上彈性柱條卡入另一個塑件的方孔槽內(nèi)。

圖2 撕裂蓋里壁的撕裂溝分布

　　為確保氣囊充氣時柱條不被拉斷，懸臂彈性柱條設計在高強度的盒座上。盒座與撕裂蓋之間彈性卡夾聯(lián)接有13條之多。蓋座與方向盤襯架之間，彈性卡夾的聯(lián)接方孔槽設計在玻纖增強的盒座上。并在兩個方孔中放置1mm厚的金屬嵌件。為保證給彈性柱條在快裝中引導和定位，還設計了定位銷，導向的邊槽。這使模具結構上既有外滑塊側抽，見圖3所示，又有對內(nèi)孔的滑尺里側抽，見圖4所示。

圖3 盒座動模的外側抽滑快機構

圖4 盒座動模的滑尺里側抽機構

　　3 注射模設計

　　考慮注塑件有快裝要求，尺寸精度高，撕裂蓋和盒座都是一模一件的注塑模。這兩副模具的成型零件，都用德國1.2738預硬化鋼制造。即德國牌號40CrMnNiMo8 6 4，相當于P20+Ni。成型零件表面硬度HRC30～34，以達到使用壽命50萬次。撕裂蓋又稱方向盤的裝飾蓋。其模具的型腔面皮紋腐蝕后，氮化處理。

　　3.1 采用熱流道技術

　　撕裂蓋和盒座兩副注射模，都采用單點的熱流道噴嘴。撕裂蓋的型腔充填體積155cm3，盒座的型腔體積187cm3，流程比都較小。因此按慣例，這兩副模具不使用熱流道技術。應用熱流道噴嘴能減少塑料熔體在流程中的壓力損失，有利于注射和保壓壓力的傳遞。使冷卻固化后塑料制品的密度均勻。這對于提高塑件尺寸精度有益。對撕裂溝底的破裂;懸臂彈性柱條的拉伸強度有利。

　　圖5上撕裂蓋注塑模，采用KLN本公司生產(chǎn)的BS25070單噴嘴。頂針式澆口的直徑1.6mm，澆口孔設置在模板上。留下澆口痕跡很小。噴嘴長83mm，節(jié)省了不少主流道內(nèi)TPO塑料凝料。

圖5 撕裂蓋注塑模的熱流道主噴嘴

　　圖6上盒座注塑模的澆注系統(tǒng)，采用KLN本公司生產(chǎn)的SP25135單噴嘴。此熱流道噴嘴有球凹坑與注塑機的噴嘴頭貼合。單噴嘴的流道直徑6mm，長122mm。單噴嘴用主流道型的大澆口。倒錐的小端澆口直徑3mm，長22mm，大端直徑6mm，澆口套在噴嘴上。下游為三個冷流道和澆口。流道凝料僅2cm3。采用這種主流道熱噴嘴，與冷流道混合的澆注系統(tǒng)，節(jié)省了許多流道凝料。熱流道和大澆口減小了熔料流程的壓力損失。改善了注射和保壓壓力向型腔內(nèi)的傳遞。還避免在注塑件上，由大澆口造成真空泡、縮凹和流動痕等缺陷。

圖6 盒座的流動分析的注射壓力分布

　　3.2 采用計算機模擬的模流分析技術

　　盒座的Moldflow分析，熱流道噴嘴及其主流道型澆口，連接三個徑向的冷流道和側澆口，見圖6所示。熱流道保持了塑料處于熔融狀態(tài)，對型腔的壓力傳遞良好。在1.615s熔體充填完成時，盒座型腔的壓力如圖6。澆口附近有zui高壓力23.6MPa。zui遠料流末端壓力11.4～16.3MPa，其它料流末端壓力20.3～22.3MPa，壓力降都較小。再經(jīng)保壓和冷卻后，盒座的材料密度均勻。

　　撕裂蓋的Moldflow分析，用軟件貯有的熱塑性塑料彈性體TPO的性能數(shù)據(jù)運行。圖7所示為在0.851s熔體充模結束時，注塑件的溫度分布。塑件各處只有2～3℃的溫差。因為彈性體的斷裂伸長率很大，澆口中料頭不容易拉斷?？蛻艚ㄗh澆口置于撕裂蓋的側壁，利用脫模頂出將澆口剪斷。經(jīng)Moldflow分析，澆口置于中央，型腔內(nèi)的溫度和壓力分布均勻。而且型腔中的空氣被壓縮至分型面和頂桿位置，有利排氣，見圖8所示。采用噴嘴是有頂針的小澆口，只要澆口區(qū)溫度恰當，澆口料頭拉斷順利。又由于澆口孔設在型腔的模板上，塑件表面留下痕跡很小。也沒有肉眼可見的流動痕和起層等不良現(xiàn)象。

圖7 撕裂蓋的流動分析的溫度分布

圖8 撕裂蓋的流動分析的氣囊位置

　　參考文獻

　　1.[德]彼得•翁格爾著.熱流道技術.楊衛(wèi)民、丁玉梅等譯.北京：化學工業(yè)出版社， 2008.

　　2.[瑞典]丹尼爾•弗倫克勒.[波蘭]亨里克•扎維斯托夫斯基著.注射模具的熱流道.[英國]羅伯特•沃克登英譯.徐佩弦譯. 北京：化學工業(yè)出版社，2005.

　　3.單巖、王蓓、王剛編著.Moldfiow模具分析技術基礎.北京：清華大學出版社，2004.

　　4.王剛、單巖編著.Moldfiow分析實例.北京：清華大學出版社，2005.