浅谈仪表板制造工艺

浅谈仪表板制造工艺作者:浙江众泰汽车技术中心王智仪表板简称“IP（Instrumentpanel）”,是汽车内饰的重要组成部分。由于具有得天独厚的空间位置，使得仪表板成为诸多操作功能的载体：驾驶者不仅可通过仪表板了解车辆的基本行驶状态，而且可对风口、音响、空调和灯光等进行控制，从而在确保安全的同时，享受到更多的驾乘乐趣。近年来，随着技术的不断进步，更多的操作功能被集成到了仪表板中。显然，为了确保所支撑的各种仪表和零件能够在高速行驶及振动状态下正常工作，仪表板必须具有足够的刚性，而为了减少发生意外时外力对正、副驾驶的冲击，还要求仪表板具有良好的吸能性。与此同时，出于舒适和审美的要求，仪表板的手感、皮纹、色泽和色调等也日益受到人们的重视。总之，作为一种独特的内饰部件，仪表板集安全性、功能性、舒适性和装饰性于一身，这些性能的好坏已成为评判整车等级的重要标准之一。一般，不同的车型所配备的仪表板等级是完全不同的。根据车型的配置要求，可选择适合的仪表板生产工艺，以达到降低生产成本的目的。仪表板种类及生产工艺目前，常使用的仪表板主要包括：硬质仪表板、半硬质仪表板、搪塑发泡仪表板、阴模成型仪表板和聚氨酯喷涂仪表板等几种类型。不同的仪表板，其生产工艺也不尽相同。一般，硬质仪表板（注塑件）的工艺流程为：注塑成型仪表板本体零件→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件；半硬质仪表板(阳模吸塑件)的工艺流程为：注塑/压制仪表板骨架→吸塑成型表皮与骨架→切割孔和边→组装相关零件；搪塑发泡仪表板的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→真空成型/搪塑表皮→泡沬层的发泡处理→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→装配相关零件；阴模成型仪表板（阴模成型及表皮压纹）的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→真空成型/吸塑表面压纹→泡沬层的发泡→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件；聚氨酯喷涂仪表板的工艺流程为：注塑成型仪表板骨架→PU喷涂→发泡层发泡→切割孔和边→焊接主要零件（如需要）→组装相关零件。仪表板的注塑成型对于全塑的硬质仪表板和发泡仪表板而言，其骨架的注塑成型一般需要使用锁模力为2000～3000T的注塑机，骨架材料可以采用PC/ABS、SMA或PP+GF，表1对这3种材料的成型性、成本和使用性能做了比较。表1注塑成型骨架材料的比较仪表板的注塑工艺可分为高压注塑和低压注塑两种方式。高压注塑的特点是：材料在经螺杆加热后被注入到闭模中成型。一般，经高压注塑成型的部件易出现缩印、变形和熔接痕等质量问题，这通常是由加强筋和/或浇口位置设计不当引起的，此外，材料或产品结构的不合理也会对此有所影响。低压注塑的主要特点是：经螺杆加热后的材料被注入到微闭合的模具中，模具在二次闭合后加压，产品经冷却定型后，开模将其取出。一般，低压成型工艺主要用于生产表面有装饰面料（织物或表皮）的产品，如A、B、C柱，门板上饰板以及仪表板上饰板等。该工艺的优点是：成型效率高、产品变形小，面料与骨架之间不需要使用粘接剂。但其缺点是成本高，特别是相对于高压注塑而言，模具工装成本较高。此外，相对于二次复合工艺所使用的材料（即包覆成型）而言，工艺面料较昂贵。仪表板表皮的阳模吸塑成型阳模真空吸塑是生产仪表板表皮的一种工艺方法，其特点是：对表面带有花纹的片材进行加热，当达到拉伸成型温度时，提升阳模，使加热表皮与阳模之间形成真空腔。开启阳模真空抽吸系统，使表皮紧贴在阳模的型腔表面上，冷却后脱模。经定型后的表皮即可转入下一道的发泡成型工序中。该工艺的优点是：模具投资少且使用寿命长，生产效率高，设备成本只有搪塑设备的1/3～1/4。但其缺点是：由于表面花纹是预制的，因此随着表皮拉伸度的增大，花纹损失也随之增大，从而导致细皮纹消失、粗皮纹淡化并形成明显的视觉差，影响美观。由于阳模真空成型的工艺特征，使得产品阴阳尺寸受到局限，通常要求R角在1.5mm以上，从而对产品的外观设计带来一定的束缚。仪表板表皮的搪塑成型搪塑表皮的制造过程是：首先将带有表面花纹的搪塑模具加热到搪塑表皮的成型温度，然后将粉箱与搪塑模扣合，使之按设定的程序旋转。当粉料熔化并粘附于模具表面达到一定厚度后，脱开粉箱。接着，继续加热模具外表面，以使模具内表面的搪塑表皮得到塑化烧结。最后，快速冷却模具外表面（不喷淋），使表皮冷却成型。搪塑表皮一般具有如下优点：由于搪塑表皮的表面花纹是在表皮成型过程中形成的，因此花纹表面的一致性好；在产品设计上，只要照顾到模具的局部加热性，即可将模具做成较深的凹陷，甚至做成一定的负角，以加大产品造型设计的裕度；材料成本相对较低。其缺点是：模具投资大，寿命短（一般模具的质量保证只有20000次表皮寿命）；设备投资大；需要不断地清理模具，导致辅助工时较长。按照搪塑表皮的外观质量要求，其表面必须清洁、完整、无流痕且皮纹要均匀一致，同时表皮颜色与标准色板比对时无明显差异，表皮重量应控制在标准值的±5%范围内。此外，必须在规定位置上做标识，标识内容应包括：日期、班次和张数，并且标识要清晰可见，有可追溯性。为了确保成型后的表皮不变形受损，一般应将其存放在本体骨架上，表皮叠放不超过4张，放有表皮的骨架则应存放到周转车上。表2和表3对搪塑表皮和阳模吸塑表皮的特点和性能做了比较。表2搪塑表皮和阳模吸塑表皮比较表3搪塑表皮与阳模吸塑表皮的性能比较仪表板表皮的阴模吸塑成型阴模吸塑成型技术是阳模真空吸塑与搪塑技术的有机结合，它是一种热模成型技术，即将不带皮纹的热片材（0.8mmTPO表皮+2.0mm泡沬）放置在发泡层与阴模的型腔之间，通过真空吸附使片材与模具型腔（模具型腔已做出了皮纹）接触成型。冷却时片材收缩，并与发泡层吸附贴合成型。与传统的成型和复合工艺相比，该工艺不会出现皮纹拉伸现象，而且可以在一个零件上实现不同的皮纹形式，皮纹均匀、清晰且手感好，与搪塑效果相当。阴模吸塑成型表皮的主要优点是：表面花纹效果接近搪塑表皮，模具寿命比搪塑模具提高了3～6倍，生产效率高。其缺点是：材料利用率低，对设备要求高，模具的一次性投入高。在设计阴模吸塑成型表皮时，应注意以下几方面的问题：1.小于1mm的R角没有办法加工；2.设计自由度不高；3.多种颜色的使用受到限制；4.皮纹制作时间长。一般，阴模成型仪表板需要投入模具、检具和周边辅助台架工装（总体费用大约为1000万人民币），而目前国内没有成熟的阴模和发泡模具设计制造能力，因此工装费用相对较高；5.注意表皮与出风口及其他部件间的装配结构、顺序和间隙；6.注意骨架与发泡层的脱模，以及骨架与空调风道的装配和焊接方式。仪表板表皮的聚氨酯喷涂工艺聚氨酯（PU）喷涂工艺是近年来迅速发展起来的一种新工艺，相对搪塑工艺而言，它具有许多优点，如：可形成双色仪表板表面，使得造型设计更灵活；设备相对简单，能源消耗大大减少。特别是近几年来，随着PU粉状原材料的降价，使得可回收利用的PU表皮与传统的PVC搪塑表皮之间的竞争日趋激烈。PU喷涂仪表板表皮的主要工艺流程为：在模具上喷脱模剂→喷漆（颜色）→喷PU原料以形成表皮（由机械手控制不同部位的厚薄）→冷却→取出表皮。发泡工艺一般，采用搪塑成型、阴模成型和PU喷涂技术生产的仪表板，其后续工艺（如发泡等）基本上都是相同的。发泡是将聚醚和异氰酸酯等充分混合后，注入模具中的表皮与骨架之间，经交联固化后，在表皮和骨架之间形成泡沬结构。该泡沬不仅将表皮与骨架连接在一起，而且大大改善了零件的手感。它是生产软质仪表板的必须工艺。总之，仪表板设计与制造工艺的发展是密不可分的，不同的加工工艺要求设计者在设计时需要采取相应的结构处理方式。在制造工艺不断进步的今天，设计者只有不断地了解、熟悉先进的制造工艺，并在设计当中妥善处理，才能使其所设计的产品满足不同工艺的要求。