以某型号的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8996 mm×522.2 mm×271.0毫米，由聚氨酯高回弹软质泡沫制成，采用36工位和4组泡沫分配生产线实现冷模高压铸造，泡沫是全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ZL104铝合金制成的三板模具设计，壁厚为15毫米。 模具结构包括上模、中模、下模，如图2（a）（c）所示，处于模具状态的产品如图2（d）所示。 
图2 模具结构。
一体式前靠背模具清洗并喷涂脱模剂，并放置横向钢丝等嵌件。 钢丝的放置位置由突出的钢丝预埋板定位，钢丝预埋板由凸起的钢筋结构组成，在钢筋表面埋设圆柱形磁块，其尺寸为5毫米20毫米，2个磁块在模具上形成钢丝吸附点， 吸附点的数量取决于钢丝的长度，一般每10厘米设计1个吸附点，通过磁块的吸力将钢丝固定在模具中。为了防止钢丝在模具内移动，在模具钢丝的预埋板加固端部设计了限位块，尺寸为8 mm 25 mm，如图3（a）所示。 钢丝放置后，夹紧模具，将化学材料倒入浇注系统，化学材料在型腔内发生化学反应形成泡沫，模具内的泡沫状态如图3（b）所示。 然后打开模具，泡沫在中间模具的带动下模中脱离下模，分离过程如图3（c）所示。 
图3 开模过程
一体式泡沫浇注成熟后，由于其整体尺寸较大，当开模时，泡沫会因脱模力的影响而产生两种撕裂缺陷，分别是泡沫横向钢丝撕裂和泡沫肩边缘撕裂， 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。
根据泡沫撕裂缺陷统计，每周产量为4 000件，缺陷率如图5所示。 计算了一体式前靠背泡沫在 10 周内的平均撕裂率2%，泡沫的合格率低，影响泡沫的外观质量。 
图5 一体式前靠背泡沫的撕裂缺陷率 在生产过程中，由于模具横向钢丝嵌入板增强的高度、分型结构、脱模剂喷涂的均匀性等因素，会发生泡沫横向钢丝边缘和肩部边缘的撕裂。 开模时，在泡沫离开型腔的过程中，横向钢丝与横向钢丝埋板增强件在相应位置发生摩擦，直到泡沫与下模分离，摩擦距离定义为钢丝埋板增强件的高度。 在此过程中，钢丝预埋板增强层的高度越高，与泡沫摩擦的行程越大，对开模的阻力越大[3]，造成的泡沫撕裂程度越深。 目前，钢丝预埋板增强的高度为30毫米，如图6所示，横向钢丝相应位置的泡沫撕裂严重。 
图6 在分析产品建模后，结合模具中的反应原理，充分考虑反应排气效果和操作的合理性，确定一体式前靠背泡沫的分型结构，如图7所示，虚线上方部分为模具下模，虚线下方部分为模具中模， 虚线是模具下模和中模的分型面。
图7 如图8所示，在发泡成型过程中，B面将中间模具包裹在中间模具的背面，泡沫通过摩擦整体被带起，与中间模具同步打开，达到脱模效果。 在分型结构中，B面表面积的比例影响发泡模具开模的后续。 B面表面积比例越小，发泡与中模之间的摩擦越小，发泡与中模的跟进越差，容易造成肩部边缘撕裂。 
图8 一体式前靠背的泡沫表面。
测量一体式前靠背B面的表面积为0157 m，表面积为 0885 m²。直接影响模具后续的B面表面积仅占整个泡沫的151%，比例小，所以在开模过程中，一体式前靠背的泡沫与模具之间的跟进减少，导致泡沫肩部边缘频繁撕裂。 脱模剂是多种物质的乳化混合物，主要成分是微晶蜡及其有机载体，其作用是通过雾化喷涂，蜡组分在模具零件表面和产品表面之间形成离型层，可以更有效地帮助产品与模具分离。 目前，脱模剂通过重力和自流进料，并用人工静电喷枪喷涂，如图9所示。 
图9 这种喷涂方式的缺点如下：重力自流法不能保证静电喷枪的喷涂量，当重力较大时，即使使用同一支喷枪，喷涂量也会增加; 当比重较小时，喷洒量会较小，在这种模式下喷洒流量波动较大，喷涂一致性不可靠虽然手工喷涂可以实现对喷涂轨迹的灵活控制，但由于速度不可控，会导致模具零件表面局部位置的附着过多或过少，无法保证模具脱模剂喷涂在模具零件表面的均匀性。 综上所述，即使不考虑模具造型和设计因素，当脱模剂喷涂均匀性差或喷涂量过少时，也会在开模过程中造成横向钢丝和肩缘撕裂。 但是，当喷洒过多的脱模剂时，会导致泡沫表面出现蜂窝状泡沫。 从上面的分析可以看出，模具横向钢丝的预埋板的加固高度越高，模具与泡沫之间的摩擦引起的泡沫撕裂程度越深。 因此，在模具设计中，模具钢丝在两根横向钢丝处的预埋板加固高度应尽可能降低，以减轻开模时泡沫与模具钢丝预埋板加固之间的摩擦干扰， 并降低开模阻力。经验证，横向钢丝预埋板加固的合理高度应由目前的30mm改为24 27mm，如图10所示，模具优化后。 
图10 横向钢丝预埋板增强的优化状态由于一体式前靠背泡沫B面表面积比例较小，不利于开模和跟进。 为了提高开模的后续性，减轻泡沫肩部的撕裂，在原有介质模具的基础上增加了短柱、魔术贴等开模辅助机构。 3.2.1、在开模过程中，由于泡沫B面预留不足，与中间模具的跟进性差，容易因位移不同步而造成肩部撕裂。 在模具下头枕的左右两侧增加了两个8 mm的辅助存根，存根柱的外露长度为20 mm。 在发泡过程中，短柱被泡沫包裹。 在开模过程中，可以更好地带动泡沫随中模移动，避免异步开模造成肩撕裂。 短列结构如方框11所示。
图11 在中间模具3上增加了模具开口的辅助短柱2.2 在中模中加入魔术贴并添加辅助短柱后，虽然泡沫肩部的撕裂已经缓解，但仍有撕裂的几率。 为了增加开模的跟进性，在中间模具上粘贴了一条长20厘米的单面胶魔术贴。 魔术贴的钩面可以与正面发泡B面无纺布粘接，这样可以增加开模时产品与模具之间的跟进，更好地带动泡沫随模具移动，降低肩部撕裂率。 魔术贴和粘附位置如图 12 所示。
图12 魔术贴 （a） 魔术贴 （b） 魔术贴在模具中的粘附位置。
为避免脱模剂喷涂不均匀，设计安装自动喷涂设备，其原理是采用恒压恒液位储罐装置实现恒流输出，并针对不同模具编辑固定喷涂轨迹，实现自动喷涂。 上下模上设置4支喷枪，喷枪口径为1支5 mm，喷涂流量在（35 40）g min处进行数字控制，并编辑轨迹。 以上措施可以保证脱模剂可以均匀喷洒泡沫的所有空腔，脱模剂的自动喷涂系统如图13所示。
图13 脱模剂自动喷涂系统通过模丝预埋板加固高度优化后，加入开模辅助机构，加上脱模剂自动喷涂系统，一体式前靠背发泡产品的外观质量明显提高，生产的实物产品如图14所示， 改进后在模具中形成的产品状态更加饱满，生产线操作人员更容易将产品从模具中取出，泡沫表面更加圆润完整，撕裂缺陷率大大降低。泡沫撕裂缺陷统计显示，每周产量为4 000件，缺陷率如图15所示。 计算出集成式前靠背在 10 周内起泡的平均撕裂率为 20%及以下，平均不良率低于行业水平的10%。
图14 一体式前靠背泡沫撕裂缺陷优化状态：（a）在泡沫的横向钢丝处（b）在泡沫肩部边缘。
图15 优化后一体式前靠背泡沫撕裂缺陷率 原作者：王兆强马 传奇。
作者单位：一汽-大众青岛分公司