汽車腐蝕皮紋加工的影響因素及常見缺陷

白哲,何凱欣,董松梅,田星

(1.廣州汽車集團(tuán)乘用車有限公司，廣東廣州 511434； 2.廣州棚澤八光模具表面加工有限公司，廣東廣州 511356)

0 引言

汽車內(nèi)外飾作為整車設(shè)計(jì)語言的載體，直接向客戶傳達(dá)著設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念和車型定位，關(guān)乎車型的營銷宣傳和企業(yè)的品牌形象，受到較大的重視。內(nèi)外飾除了造型設(shè)計(jì)之外，其表面處理有多種方式，如噴涂、電鍍、皮紋、皮革包覆和模內(nèi)轉(zhuǎn)印等，設(shè)計(jì)師結(jié)合美學(xué)和工藝可行性在車型上呈現(xiàn)出某種特定的內(nèi)外飾表面效果，帶給客戶不同的視覺和觸覺體驗(yàn)。而皮紋是內(nèi)外飾應(yīng)用較多且面積較大的表面處理方式，皮紋在汽車內(nèi)外飾的作用主要有：(1)弱化零件表面的缺陷，使帶有焊接痕或光澤不均勻的零件得到一定的瑕疵遮蔽[1-2]；(2)提高零件表面的耐刮擦性能，皮紋件相對(duì)光板件在耐刮擦方面有較大優(yōu)勢[3]；(3)提高零件商品性，使零件表面呈現(xiàn)出不同的花紋效果，幫助設(shè)計(jì)師打造特定的內(nèi)飾風(fēng)格，起到裝飾作用[4]；(4)提高駕駛安全性，相對(duì)光板件，皮紋件可有效弱化光的反射，減少反射光對(duì)駕駛員和乘客的影響，起到一定的保護(hù)作用。

1 皮紋的分類

皮紋按照花紋造型可分為：(1)動(dòng)物紋，如牛、馬、鱷魚等動(dòng)物皮的花紋，皮紋深度一般為50～200 μm(見圖1)；(2)幾何紋，可體現(xiàn)有一定規(guī)則的幾何圖案，皮紋深度一般為20～400 μm(見圖2)；(3)砂紋，為類似砂效果的花紋，皮紋深度一般為10～60 μm(見圖3)。

皮紋按照加工工藝可分為：(1)腐蝕皮紋，即采用化學(xué)方法對(duì)零件表面進(jìn)行腐蝕得到的皮紋；(2)電鑄皮紋，即在零件電鑄工序中得到的皮紋；(3)鑄造皮紋，即在零件鑄造工序中得到的皮紋；(4)采用激光雕刻等新工藝制造的皮紋[5]。在汽車皮紋加工中，目前應(yīng)用最廣泛的是腐蝕皮紋，本文作者針對(duì)腐蝕皮紋進(jìn)行分析。

圖1 動(dòng)物紋示例

圖2 幾何紋示例

2 腐蝕皮紋的加工方法

為了呈現(xiàn)不同的皮紋效果，腐蝕皮紋的加工方法主要有3種：直接法、間接法和噴砂法。

直接法采用的耐酸膜的析像能力較強(qiáng)，主要用來制作幾何紋，加工流程如圖4所示。

圖4 直接法加工流程

間接法適用于表現(xiàn)柔軟感，所以多用來制作動(dòng)物紋，加工流程如圖5所示。

圖5 間接法加工流程

噴砂法適用于制作砂紋，加工流程如圖6所示。

圖6 噴砂法加工流程

3 腐蝕皮紋加工的影響因素及常見缺陷

3.1 原材料的影響

內(nèi)外飾皮紋件一般采用注塑成型工藝，同一零件在注塑條件不變的情況下，采用不同的原材料，所生產(chǎn)的零件表面光澤度不同，一般ABS零件光澤度高于PP零件光澤度[6]。表1為不同原材料的零件光澤度差異示例。

表1 不同原材料的零件光澤度差異示例

表1示例中光澤度檢測儀器為德國BYK光澤度儀，型號(hào)為Micro-TRI-gloss，采用60°角度測量數(shù)據(jù)。

3.2 皮紋粗細(xì)的影響

皮紋顆粒的大小由設(shè)計(jì)師根據(jù)內(nèi)飾風(fēng)格決定，一般皮紋顆粒越細(xì)小，越容易出現(xiàn)刮花，影響客戶的視覺感知。圖7為皮紋粗細(xì)對(duì)比及刮花示例。

圖7 皮紋粗細(xì)對(duì)比及刮花示例

3.3 皮紋范圍的影響

內(nèi)外飾零件具有分型線，當(dāng)把皮紋范圍全部覆蓋到分型線，注塑成型時(shí)此部位就容易產(chǎn)生毛刺，建議把皮紋范圍設(shè)定到距離零件分型線約 0.5 mm處結(jié)束，可有效避免毛刺產(chǎn)生。圖8為毛刺示例。圖9為建議的皮紋范圍。

圖8 毛刺示例

圖9 建議的皮紋范圍

3.4 皮紋件結(jié)構(gòu)的影響

有些內(nèi)外飾皮紋件的部分區(qū)域拔模角較小，在脫模時(shí)容易發(fā)生擦碰，從而導(dǎo)致皮紋受損變形。圖10為皮紋脫模損傷示例。圖11為拔模角示意圖。

根據(jù)多個(gè)車型加工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)拔模角α=1°時(shí)，建議皮紋深度不大于5 μm；當(dāng)拔模角β=1°時(shí)，建議皮紋深度不大于10 μm，可有效避免脫模損傷。

圖10 皮紋脫模損傷示例

圖11 拔模角

3.5 模具鋼材的影響

內(nèi)外飾皮紋件加工廠根據(jù)不同零件的性能要求選取不同的模具鋼材，部分零件模具具有鑲件，且鑲件鋼材與主體鋼材不同，經(jīng)過皮紋加工后不同鋼材區(qū)域目視光澤度有明顯差異，見圖12。因零件在注塑過程中有復(fù)制模具的表面處理工藝，包括復(fù)制模具光澤度，導(dǎo)致該類模具所制造的零件表面容易產(chǎn)生光澤度差異,見圖13。

圖12 不同模具鋼材經(jīng)過皮紋加工后光澤度差異示例

圖13 不同模具鋼材制造的零件光澤度差異示例

3.6 前加工工序的影響

內(nèi)外飾皮紋件在進(jìn)行皮紋加工之前需完成前加工工序，如焊接、電火花加工等，部分前加工工序引起模具表面局部發(fā)生變化,見圖14—16，導(dǎo)致模具表面不同區(qū)域在皮紋加工過程中反應(yīng)不一，從而引起皮紋件紋理不均勻，見圖17。

圖14 模具焊接區(qū)域示例

圖15 電火花加工殘留示例

圖16 模具鋼材偏析示例

圖17 皮紋件紋理不均勻示例

4 結(jié)束語

(1)汽車腐蝕皮紋加工的影響因素有原材料、皮紋粗細(xì)、皮紋范圍、皮紋件結(jié)構(gòu)、模具鋼材和前加工工序；

(2)汽車腐蝕皮紋常見的缺陷有刮花、毛刺、脫模損傷、光澤度差異和紋理不均勻；

(3)采用不同原材料注塑的零件表面光澤度不同，一般ABS零件光澤度高于PP零件光澤度，建議同一車型內(nèi)外飾塑料件盡量采用同一種原材料，方便進(jìn)行整車光澤度一致性控制；

(4)皮紋顆粒越細(xì)小，越容易發(fā)生刮花不良，針對(duì)乘客接觸和操作較多的零件，建議采用顆粒稍大、不易刮花的皮紋類型；

(5)建議把皮紋范圍設(shè)定到距離皮紋件分型線約0.5 mm的位置結(jié)束，可有效避免毛刺產(chǎn)生；

(6)皮紋件拔模角較小的區(qū)域在脫模時(shí)易受損，建議在皮紋件拔模角較小的區(qū)域注意皮紋深度的控制；

(7)同一模具采用不同的模具鋼材，相應(yīng)的皮紋件表面容易產(chǎn)生光澤度差異，在模具具備鑲件的情況下，建議鑲件鋼材和模具主體采用相同的鋼材，避免因鋼材差異引起的零件光澤度差異；

(8)前加工工序(如焊接、電火花加工)可導(dǎo)致模具表面發(fā)生變化，相應(yīng)的皮紋區(qū)域容易產(chǎn)生紋理不均勻，建議盡量減少前加工工序?qū)δ＞弑砻娴挠绊?，?yōu)化加工工藝，減少腐蝕皮紋加工不良的產(chǎn)生。