以某型號的一體式前靠背泡沫為研究物件，結構如圖1所示，外形尺寸為8996 mm×522.2 mm×271.0公釐，由聚氨酯高回彈軟質泡沫製成，採用36工位和4組泡沫分配生產線實現冷模高壓鑄造，泡沫是全MDI體系（二苯基甲烷二異氰酸酯）。 
圖1 一體式前靠背泡沫結構。
一體式前靠背泡沫模具採用ZL104鋁合金製成的三板模具設計，壁厚為15公釐。 模具結構包括上模、中模、下模，如圖2（a）（c）所示，處於模具狀態的產品如圖2（d）所示。 
圖2 模具結構。
一體式前靠背模具清洗並噴塗脫模劑，並放置橫向鋼絲等嵌件。 鋼絲的放置位置由突出的鋼絲預埋板定位，鋼絲預埋板由凸起的鋼筋結構組成，在鋼筋表面埋設圓柱形磁塊，其尺寸為5公釐20公釐，2個磁塊在模具上形成鋼絲吸附點， 吸附點的數量取決於鋼絲的長度，一般每10厘公尺設計1個吸附點，通過磁塊的吸力將鋼絲固定在模具中。為了防止鋼絲在模具內移動，在模具鋼絲的預埋板加固端部設計了限位塊，尺寸為8 mm 25 mm，如圖3（a）所示。 鋼絲放置後，夾緊模具，將化學材料倒入澆注系統，化學材料在型腔內發生化學反應形成泡沫，模具內的泡沫狀態如圖3（b）所示。 然後開啟模具，泡沫在中間模具的帶動下模中脫離下模，分離過程如圖3（c）所示。 
圖3 開模過程
一體式泡沫澆注成熟後，由於其整體尺寸較大，當開模時，泡沫會因脫模力的影響而產生兩種撕裂缺陷，分別是泡沫橫向鋼絲撕裂和泡沫肩邊緣撕裂， 撕裂狀態如圖4所示。
圖4 一體式前靠背泡沫撕裂缺陷：（a）泡沫橫向鋼絲處（b）泡沫肩部邊緣處。
根據泡沫撕裂缺陷統計，每週產量為4 000件，缺陷率如圖5所示。 計算了一體式前靠背泡沫在 10 週內的平均撕裂率2%，泡沫的合格率低，影響泡沫的外觀質量。 
圖5 一體式前靠背泡沫的撕裂缺陷率 在生產過程中，由於模具橫向鋼絲嵌入板增強的高度、分型結構、脫模劑噴塗的均勻性等因素，會發生泡沫橫向鋼絲邊緣和肩部邊緣的撕裂。 開模時，在泡沫離開型腔的過程中，橫向鋼絲與橫向鋼絲埋板增強件在相應位置發生摩擦，直到泡沫與下模分離，摩擦距離定義為鋼絲埋板增強件的高度。 在此過程中，鋼絲預埋板增強層的高度越高，與泡沫摩擦的行程越大，對開模的阻力越大[3]，造成的泡沫撕裂程度越深。 目前，鋼絲預埋板增強的高度為30公釐，如圖6所示，橫向鋼絲相應位置的泡沫撕裂嚴重。 
圖6 在分析產品建模後，結合模具中的反應原理，充分考慮反應排氣效果和操作的合理性，確定一體式前靠背泡沫的分型結構，如圖7所示，虛線上方部分為模具下模，虛線下方部分為模具中模， 虛線是模具下模和中模的分型面。
圖7 如圖8所示，在發泡成型過程中，B面將中間模具包裹在中間模具的背面，泡沫通過摩擦整體被帶起，與中間模具同步開啟，達到脫模效果。 在分型結構中，B面表面積的比例影響發泡模具開模的後續。 B面表面積比例越小，發泡與中模之間的摩擦越小，發泡與中模的跟進越差，容易造成肩部邊緣撕裂。 
圖8 一體式前靠背的泡沫表面。
測量一體式前靠背B面的表面積為0157 m，表面積為 0885 m²。直接影響模具後續的B面表面積僅佔整個泡沫的151%，比例小，所以在開模過程中，一體式前靠背的泡沫與模具之間的跟進減少，導致泡沫肩部邊緣頻繁撕裂。 脫模劑是多種物質的乳化混合物，主要成分是微晶蠟及其有機載體，其作用是通過霧化噴塗，蠟組分在模具零件表面和產品表面之間形成離型層，可以更有效地幫助產品與模具分離。 目前，脫模劑通過重力和自流進料，並用人工靜電噴槍噴塗，如圖9所示。 
圖9 這種噴塗方式的缺點如下：重力自流法不能保證靜電噴槍的噴塗量，當重力較大時，即使使用同一支噴槍，噴塗量也會增加; 當比重較小時，噴灑量會較小，在這種模式下噴灑流量波動較大，噴塗一致性不可靠雖然手工噴塗可以實現對噴塗軌跡的靈活控制，但由於速度不可控，會導致模具零件表面區域性位置的附著過多或過少，無法保證模具脫模劑噴塗在模具零件表面的均勻性。 綜上所述，即使不考慮模具造型和設計因素，當脫模劑噴塗均勻性差或噴塗量過少時，也會在開模過程中造成橫向鋼絲和肩緣撕裂。 但是，當噴灑過多的脫模劑時，會導致泡沫表面出現蜂窩狀泡沫。 從上面的分析可以看出，模具橫向鋼絲的預埋板的加固高度越高，模具與泡沫之間的摩擦引起的泡沫撕裂程度越深。 因此，在模具設計中，模具鋼絲在兩根橫向鋼絲處的預埋板加固高度應盡可能降低，以減輕開模時泡沫與模具鋼絲預埋板加固之間的摩擦干擾， 並降低開模阻力。經驗證，橫向鋼絲預埋板加固的合理高度應由目前的30mm改為24 27mm，如圖10所示，模具優化後。 
圖10 橫向鋼絲預埋板增強的優化狀態由於一體式前靠背泡沫B面表面積比例較小，不利於開模和跟進。 為了提高開模的後續性，減輕泡沫肩部的撕裂，在原有介質模具的基礎上增加了短柱、魔術貼等開模輔助機構。 3.2.1、在開模過程中，由於泡沫B面預留不足，與中間模具的跟進性差，容易因位移不同步而造成肩部撕裂。 在模具下頭枕的左右兩側增加了兩個8 mm的輔助存根，存根柱的外露長度為20 mm。 在發泡過程中，短柱被泡沫包裹。 在開模過程中，可以更好地帶動泡沫隨中模移動，避免非同步開模造成肩撕裂。 短列結構如方框11所示。
圖11 在中間模具3上增加了模具開口的輔助短柱2.2 在中模中加入魔術貼並新增輔助短柱後，雖然泡沫肩部的撕裂已經緩解，但仍有撕裂的幾率。 為了增加開模的跟進性，在中間模具上貼上了一條長20厘公尺的單面膠魔術貼。 魔術貼的鉤面可以與正面發泡B面無紡布粘接，這樣可以增加開模時產品與模具之間的跟進，更好地帶動泡沫隨模具移動，降低肩部撕裂率。 魔術貼和粘附位置如圖 12 所示。
圖12 魔術貼 （a） 魔術貼 （b） 魔術貼在模具中的粘附位置。
為避免脫模劑噴塗不均勻，設計安裝自動噴塗裝置，其原理是採用恆壓恆液位儲罐裝置實現恆流輸出，並針對不同模具編輯固定噴塗軌跡，實現自動噴塗。 上下模上設定4支噴槍，噴槍口徑為1支5 mm，噴塗流量在（35 40）g min處進行數字控制，並編輯軌跡。 以上措施可以保證脫模劑可以均勻噴灑泡沫的所有空腔，脫模劑的自動噴塗系統如圖13所示。
圖13 脫模劑自動噴塗系統通過模絲預埋板加固高度優化後，加入開模輔助機構，加上脫模劑自動噴塗系統，一體式前靠背發泡產品的外觀質量明顯提高，生產的實物產品如圖14所示， 改進後在模具中形成的產品狀態更加飽滿，生產線操作人員更容易將產品從模具中取出，泡沫表面更加圓潤完整，撕裂缺陷率大大降低。泡沫撕裂缺陷統計顯示，每週產量為4 000件，缺陷率如圖15所示。 計算出整合式前靠背在 10 週內起泡的平均撕裂率為 20%及以下，平均不良率低於行業水平的10%。
圖14 一體式前靠背泡沫撕裂缺陷優化狀態：（a）在泡沫的橫向鋼絲處（b）在泡沫肩部邊緣。
圖15 優化後一體式前靠背泡沫撕裂缺陷率 原作者：王兆強馬 傳奇。
作者單位：一汽-大眾青島分公司