以某车型一体式前靠背泡沫为研究对象，结构如图1所示，外形尺寸为899.6 mm×522.2 mm×271.0 mm，材质为聚氨酯高回弹软泡，采用36个工位4组分发泡生产线实现冷模高压浇注，泡沫为全MDI体系（二苯基甲烷二异氰酸酯）。

图1 一体式前靠背泡沫结构

一体式前靠背泡沫模具采用三板模设计，材质为ZL104铝合金，壁厚为15 mm。
模具结构包括上模、中模、下模，如图2（a）~（c）所示，产品在模内状态如图2（d）所示。

图2 模具结构

一体式前靠背模具在清理后喷涂脱模剂，并摆放横向钢丝等内嵌件。
钢丝的摆放位置通过突起的钢丝预埋板进行定位，钢丝预埋板由突起的板筋结构组成，并在板筋表面镶嵌了圆柱形磁块，其尺寸为5 mm×20 mm，2个磁块在模具上组成1个钢丝吸附点，吸附点的数量取决于钢丝的长度，一般每10 cm设计1个吸附点，钢丝通过磁块的吸力固定在模具中。
为防止钢丝在模具中窜动，在模具钢丝预埋板板筋端点设计了限位块，尺寸为8 mm×25 mm，如图3（a）所示。
钢丝摆放完成后模具合模，通过浇注系统进行化料浇注，化料在型腔内进行化学反应形成泡沫，泡沫在模具中状态如图3（b）所示。
随后模具打开，泡沫在中模带动下与下模脱离，脱离过程如图3（c）所示。

图3 模具打开过程

一体式泡沫浇注、合模熟化完成后，由于其整体尺寸较大，模具打开时，受脱模力影响，泡沫会产生2种撕裂缺陷，分别为泡沫横向钢丝处撕裂和泡沫肩部边缘处撕裂，撕裂状态如图4所示。

图4 一体式前靠背泡沫撕裂缺陷

（a）泡沫横向钢丝处 （b）泡沫肩部边缘处

对泡沫撕裂缺陷进行统计，每周产量为4 000件，缺陷率如图5所示。
经计算，10周内一体式前靠背发泡的平均撕裂率为10.2%，泡沫的一次下线合格率较低，影响泡沫外观质量。

图5 一体式前靠背泡沫撕裂缺陷率

2原因分析

一体式前靠背泡沫在生产过程中，受模具横向钢丝预埋板板筋高度、分型结构、脱模剂喷涂均匀性等因素影响，会产生泡沫横向钢丝处和肩部边缘处撕裂。

2.1 钢丝预埋板板筋高度对泡沫横向钢丝处撕裂 的影响

模具打开时，泡沫脱离型腔的过程中，横向钢丝与其对应位置的横向钢丝预埋板板筋存在摩擦，直至泡沫脱离下模为止，摩擦距离定义为钢丝预埋板板筋高度。
在此过程中，钢丝预埋板板筋高度越高，其与泡沫摩擦的行程越大，开模阻力就越大[3]，造成的泡沫撕裂程度越深。
目前钢丝预埋板板筋高度是30 mm，如图6所示，其相应位置处的横向钢丝处泡沫撕裂严重。

图6 钢丝预埋板板筋高度

2.2 模具分型结构对泡沫肩部边缘处撕裂的影响

经对产品造型分析，并结合模内反应原理，充分考虑反应排气效果、操作合理性后，确定一体式前靠背泡沫的分型结构如图7所示，虚线以上部分为模具下模，虚线以下部分为模具中模，虚线为模具下模和中模的分型面。

图7 泡沫分型结构

一体式前靠背泡沫A、B面如图8所示，在泡沫成型过程中，B面会在中模背面包裹中模，依靠摩擦力将泡沫整体带起，并随中模同步打开，达到脱模效果。
在分型结构中，B面表面积占比影响泡沫开模随动性。
B面表面积占比越小，泡沫与中模包裹摩擦力越小，其与中模随动性越差，易造成肩部边缘位置的撕裂。

图8 一体式前靠背泡沫表面

经测量，一体式前靠背B面表面积为0.157 m²，A面表面积为0.885 m²。
对开模随动性有直接影响的B面表面积占整体泡沫比例仅为15.1%，占比偏小，所以在模具打开过程中，一体式前靠背泡沫与模具的随动性降低，导致泡沫肩部边缘处撕裂频发。

2.3 脱模剂喷涂均匀性对撕裂的影响

脱模剂是多种物质乳化调配而成的混合物，主要成分是微晶蜡及其有机载体，其作用是通过雾化喷涂，蜡质成分在模具零件表面与产品表面之间形成脱模层，能更有效地帮助产品与模具脱离。
目前脱模剂通过重力自流方式供料，采用人工静电喷枪喷涂，喷涂方式如图9所示。

图9 脱模剂喷涂

该喷涂方式的缺点如下：①重力自流方式无法保证静电喷枪的喷涂量，重力较大时，即使采用同一喷枪，喷涂量也会增加；重力较小时喷涂量会变小，此模式下喷涂流量波动大，喷涂一致性不可靠；②人工喷涂虽然可实现喷涂轨迹灵活控制，但由于速度无法控制，会导致模具零件表面局部位置附着过多或过少，无法保证模具零件表面脱模剂喷涂的均匀性。

综上所述，即使不考虑模具造型及设计因素，脱模剂喷涂均匀性不佳或喷涂量过少时，在开模过程中也会造成横向钢丝处、肩部边缘处撕裂。
但当脱模剂喷涂量过多时，会造成泡沫表面产生蜂窝状烧泡。

3优化措施

3.1 模具横向钢丝处预埋板板筋高度优化

由以上分析可知，模具横向钢丝预埋板板筋高度越高，其与泡沫摩擦造成的泡沫撕裂程度越深。
因此，在模具设计时应尽量降低内部2根横向钢丝处的模具钢丝预埋板板筋高度，以便缓解开模时泡沫与模具钢丝预埋板板筋的摩擦干涉，降低开模阻力。
经验证，合理的横向钢丝预埋板板筋高度应该由目前30 mm更改为24~27 mm，模具优化后如图10所示。

图10 横向钢丝预埋板板筋高度优化后状态

3.2 模具增加开模辅助机构

由于一体式前靠背泡沫B面表面积占比小，不利于开模随动。
为改善开模随动性，缓解泡沫肩部处撕裂，在原有中模的基础上增加开模短柱和魔术贴等开模辅助机构。

3.2.1 中模增加开模短柱

在模具打开过程中，由于泡沫B面预留不足，导致其与中模随动性差，易产生因位移不同步而造成肩部撕裂。
在中模头枕下方左右侧增加2个φ8 mm的开模辅助短柱，短柱外露长度为20 mm。
短柱在发泡过程中，被泡沫包裹。
在开模过程中可更好带动泡沫随中模移动，避免开模不同步造成的肩部撕裂。
短柱结构如图11方框所示。

图11 中模增加开模辅助短柱

3.2.2 中模增加魔术贴

增加辅助短柱后，泡沫肩部撕裂虽有缓解，但仍有撕裂几率。
为增加开模随动性，在中模上粘贴一种长条形、单面贴胶的魔术贴，长度为20 cm。
魔术贴的勾面能与前靠泡沫B面无纺布粘合，增加模具打开时产品与中模的随动性，更好地带动泡沫随中模移动，降低了肩部撕裂率。
魔术贴及粘贴位置如图12所示。

图12 中模粘贴魔术贴

（a）魔术贴 （b）魔术贴粘贴位置

3.3 新增脱模剂自动喷涂设备

为避免脱模剂喷涂不均匀，设计安装了自动喷涂设备，其原理是使用恒压、恒液位储罐装置，实现恒定流量输出，针对不同模具编辑固定喷涂轨迹，实现自动喷涂。
模具上、下模各设置4把喷枪，喷枪口径为φ1.5 mm，喷涂流量数显控制在（35~40） g/min，编辑适应轨迹。
以上措施可保证发泡各型腔均能被脱模剂均匀喷涂，脱模剂自动喷涂系统如图13所示。

图13 脱模剂自动喷涂系统

4措施验证

经模具钢丝预埋板板筋高度优化、增加开模辅助机构、增加脱模剂自动喷涂系统等措施后，一体式前靠背泡沫产品外观质量改善显著，生产的实物如图14所示，改善后在模具内成型的产品状态更加饱满，生产线操作工更容易从模具内取出产品，泡沫表面更圆顺完整，撕裂缺陷率大幅降低。
对泡沫撕裂缺陷进行统计，每周产量为4 000件，缺陷率如图15所示。
经计算，10周内一体式前靠背发泡的平均撕裂率在2.0%及以下，平均缺陷率低于10%的行业水平。

图14 一体式前靠背泡沫撕裂缺陷优化后状态

（a）泡沫横向钢丝处 （b）泡沫肩部边缘处

图15 优化后一体式前靠背泡沫撕裂缺陷率

▍原文作者：马兆强王传奇

▍作者单位：一汽-大众汽车有限公司 青岛分公司