淺談嵌件注塑技術及其自動化生產(chǎn)在汽車內(nèi)飾零件中的發(fā)展趨勢

胡銘

摘 要：隨著各行各業(yè)快速發(fā)展的塑膠產(chǎn)品類型與技術需求，注塑技術工藝由以往的傳統(tǒng)注塑工藝往多元化方向進行轉變，衍生出較多類型的特殊注塑工藝，如氣輔注塑工藝，低壓注塑工藝，多色注塑工藝，嵌件注塑工藝，IMD/INS注塑工藝等等，以滿足各產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的腳步，實現(xiàn)增效降本，提高市場大環(huán)境中的核心競爭力。

關鍵詞：汽車內(nèi)飾;嵌件注塑;自動化生產(chǎn);儀表板氣囊區(qū)域

本文主要針對嵌件注塑工藝來展開技術交流，首先簡要介紹下嵌件注塑工藝的基本原理， 嵌件注塑工藝是指在注塑成型前，預先放入異材質(zhì)嵌件，待其放置到位后注塑模具開始合模，繼續(xù)成型，期間使熔融狀態(tài)的注塑材料與嵌件相結合，成為一體化產(chǎn)品的特殊注塑工藝。以往行業(yè)中應用比較多的嵌件注塑都是嵌套金屬件，但隨著應用產(chǎn)品種類的增加，產(chǎn)品功能性的需求，嵌件種類也逐步擴展開來，如網(wǎng)布，玻璃，木材，線圈等等。

1 嵌件注塑工藝的主要特點

不同材質(zhì)各有的特性可以在同一個產(chǎn)品上充分結合并展現(xiàn);

不同材質(zhì)的物理性能優(yōu)勢能夠滿足一些新產(chǎn)品設計的特殊性能需求;

縮短產(chǎn)品制造生產(chǎn)工序，避免大量的且復雜的裝配作業(yè);

相對于幾道直接裝配生產(chǎn)模式，嵌件注塑使得復合產(chǎn)品的可靠性更加高;

2 嵌件注塑工藝的嵌入方式

純?nèi)斯し胖茫喝斯し胖媚Ｊ骄窒扌暂^大，不適合大型噸位注塑機（一般超過350噸以上），僅限一些簡單且結構較小的嵌件產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)效率相對較低，且安全性不足，隨著人工成本的不斷增加以及生產(chǎn)安全的必要性，這種模式逐步被淘汰。

機器人自動放置：目前生產(chǎn)企業(yè)主流模式，越來越多的企業(yè)采用的是六軸機器人加載機械抓手進行全自動放置嵌件，生產(chǎn)節(jié)拍效率高，對員工人身安全保障高，機械擺放的重復穩(wěn)定性與精度都非常高，從而確保了批量產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

3 嵌件注塑工藝在汽車內(nèi)飾領域的應用及實例介紹

本人所處汽車內(nèi)飾行業(yè)，嵌件注塑工藝在汽車內(nèi)飾領域比較常見，特別在儀表板氣囊區(qū)域應用較為廣泛，較多車型的儀表板氣囊區(qū)域應用了嵌件注塑工藝，故本文以具體實例細節(jié)進行介紹，使讀者可更加實體化的理解該特殊注塑工藝類型的實際應用。眾所周知，汽車內(nèi)飾產(chǎn)品設計必須滿足國家法律法規(guī)的各項規(guī)定，同時也必須滿足主機廠對于產(chǎn)品功能的設計定義。儀表板氣囊區(qū)域的強制性安全性能要求尤其重要，故應用在儀表板氣囊區(qū)域的嵌件注塑工藝往往對于技術要求會更加高，要確保發(fā)生意外時儀表板區(qū)域氣囊點爆時的正常開啟。儀表板氣囊區(qū)域嵌件注塑工藝的應用主要類型，目前主要分為兩類，一體化嵌件注塑與分體式嵌件注塑。

一體化嵌件注塑：

基本介紹：由于網(wǎng)布，螺母嵌件注塑技術的日趨成熟，氣囊框與儀表板一體化嵌件注塑成為儀表板類產(chǎn)品設計的一種趨勢。某德系品牌汽車，其儀表板經(jīng)常用到這類設計，該工藝的最大難點與最大挑戰(zhàn)就在于儀表板氣囊門總成（見圖1，金屬螺釘與網(wǎng)布的焊接集成體）在全自動嵌件注塑生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性與精確性。

機械抓手（嵌件部分）吸取嵌件，抵達等待位置→注塑模開模到位，頂出成品→機械抓手（產(chǎn)品部分）進入設備內(nèi)部，采用吸盤取件→真空信號滿足后，機械手整體上升，抵達模具內(nèi)放嵌件位置→機械抓手（嵌件部分）放置已吸取的嵌件到模具抽芯處→模具抽芯動作，夾緊嵌件→機械抓手退回安全位置→注塑模合模注射→機械抓手放產(chǎn)品→重復循環(huán)。

為了實現(xiàn)上述所說的全自動化生產(chǎn)的穩(wěn)定性與精確性， 以下三點技術細節(jié)問題需特別關注;

（1）機械抓手設計復雜性：由于嵌件注塑工藝相對傳統(tǒng)注塑工藝增加了一步嵌件放置環(huán)節(jié)，對于機械抓手的設計需要兼?zhèn)淝都约白⑺艹善啡〖膬蓚€部分，注塑成品的取件部分，設計與應用已非常成熟，沒什么特殊，一般都是吸盤吸取，夾具夾取或兩者結合形式為主;其復雜性在于嵌件部分，由于嵌物有些是單一材料簡單構造（見圖3），也有些是多種材質(zhì)復合型的復雜構造（見圖4）。

為了確保嵌物放入模具型腔時就能精確放置，在抓取時就需要精確抓取定位，故導向，限位與感應判斷是該部分必不可少的三大設計要素，之前做過的一個實例項目，其嵌件抓取要求特別高，主要分成了兩塊細節(jié)，一是應用插片機構來定位氣囊門總成中網(wǎng)布折疊槽，保證該產(chǎn)品結構功能性（氣囊爆破時網(wǎng)布該折疊部分拉住氣囊門總成），二是應用了三個直徑10mm的吸盤來真空吸附金屬螺釘，在此項目開發(fā)初期，最不穩(wěn)定的就是插片機構，由于插片機構是由齒牙排布而成，開發(fā)初期經(jīng)常性的出現(xiàn)部分齒牙未插入，或者齒牙插入后又松開，或者齒牙偏移角度過大將網(wǎng)布沖破等等異常情況，也是通過不斷的調(diào)整，優(yōu)化設計構造，固化設計數(shù)據(jù)，將所有齒牙的寬度，長度，間隔及偏移角度等等要素都完全與網(wǎng)布折疊槽匹配好，最終確定了最優(yōu)方案，實現(xiàn)了穩(wěn)定且精確的連續(xù)抓取要求。

（2）對于注塑設備的重復開模精度穩(wěn)定性：如之前介紹，嵌件注塑放置精度具有高要求的特性，機械手一般選用的都是六軸機器人為主流，可以確保實現(xiàn)各方向的翻轉與柔性動作實現(xiàn)，在注塑設備選型上，對于嵌件注塑工藝，必須關注該設備開模穩(wěn)定性的驗證研究，有過對液壓機型的具體量化數(shù)據(jù)對比，在同一開合模的設備工藝參數(shù)下，連續(xù)生產(chǎn)過程中，國產(chǎn)設備比進口設備重復開模波動大3%左右，由于儀表板類產(chǎn)品的噸位使用較大，一般都要2200噸～2800噸左右，進口設備（德國KM注塑機）一般都是較為推薦的設備機型，經(jīng)過跟蹤研究，KM設備可以保證開模階段最終實際距離波動值處于±1mm（如上述第一點舉例說的問題，嵌件網(wǎng)布折疊槽在模具型腔內(nèi)的放置卡槽寬度也就在4mm， 為了避免嵌件放置位置的偏差問題，如果設備開模位置波動>±2mm，機械抓手上網(wǎng)布齒牙部分基本上也非常容易就會撞模損壞，無法正常連續(xù)生產(chǎn)）。另外除了合適機型的選擇，我們也要在盡可能不影響生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，設置最優(yōu)的開合模設備參考，既確保了重復開模精度，又不影響到整體的生產(chǎn)效率。

（3）實際調(diào)試過程中軌跡優(yōu)化：除了上面說的兩個關鍵細節(jié)以外，在整個機器人編程調(diào)試階段，也是需要通過一次次不斷的嘗試，才能確定最優(yōu)的軌跡編程，因為有些細微調(diào)整，無法在機械抓手機構上或者開模距離調(diào)整上完全解決，只能通過程序軌跡的精細化參數(shù)設置，如0.5°或1°的傾斜角度，抽芯設置的等待時間等等。

分體式嵌件注塑：

這種類型是將氣囊區(qū)域的嵌件設計獨立出來，后續(xù)再通過焊接工藝，將其焊接在儀表板本體上的一種工藝設計類型，此類也應用的比較廣泛（如圖5）。

分體式嵌件注塑工藝特點：

相對于一體化嵌件注塑設計，獨立式氣囊框嵌件注塑，設備噸位會相對小很多，同時也容易應用自動化程度更高的流水線形式，比如說在嵌物供料機構，儀表板一體化嵌件注塑涉及的嵌件由不同材質(zhì)組成（網(wǎng)布，金屬鉚釘?shù)龋┑漠愋谓Y構，這種不容易堆疊，從而導致其不太容易實現(xiàn)批量供料，只能通過人工擺放方式，一個一個的放置到定位胎具上，因為網(wǎng)布，金屬鉚釘都需要精確定位，但獨立式的氣囊嵌件注塑，一般只用了純網(wǎng)布進行嵌入，其定位精度的保證只要通過兩至三個定位孔導向進入即可實現(xiàn)，再加上批量堆疊也可以實現(xiàn)，從而便于了工程設計人員對于這部分的供料機構的自動化應用進行開發(fā)，目前國外較為先進的就是全自動化嵌件注塑工藝流程，應用的就是這種獨立式氣囊嵌件注塑產(chǎn)品，批量網(wǎng)布嵌物自動上料，通過六軸機器人的抓取，放入模具型腔，取出上一模注塑成品，合模繼續(xù)生產(chǎn)，一氣呵成，生產(chǎn)效率極高（如圖6所示）。

除了儀表板氣囊框產(chǎn)品多類型的嵌件注塑，汽車其他零部件上的嵌件注塑應用現(xiàn)在也是越來越多的實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，如開發(fā)過的某款電動汽車上應用的一個箱體結構產(chǎn)品，需嵌件金屬螺釘，也是通過振動盤排序自動供料上線，來滿足機械抓手精確抓取，實現(xiàn)注塑自動化生產(chǎn)（如圖7所示）。

4 嵌件注塑工藝的推廣應用

出于對某些產(chǎn)品性能或功能上面的設計特殊要求考慮，嵌件注塑還會伴隨著其他特殊工藝的復合應用。比如說嵌件注塑的同時，還應用了多色注塑工藝，即嵌件+多色復合工藝類型，在實際新項目中也有類似案例出現(xiàn)。

5 結語

通過以上幾個方面的基礎介紹，大家可以看出，嵌件注塑工藝除了對產(chǎn)品本身的設計結構有一定要求外，注塑機，注塑模具，及輔助設備工裝等實現(xiàn)相輔相成的有效組合，才能建立一套穩(wěn)定的全自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，如此可以大大降低產(chǎn)品的日常廢損，提升企業(yè)生產(chǎn)效率，減少故障停機率，同時在人力成本不斷上升的大環(huán)境下，企業(yè)也會更加傾向于嵌件注塑的全自動化生產(chǎn)模式。