軟質(zhì)儀表板制造工藝研究

鐘國留， 薛 峰， 劉 偉

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434)

0 前言

為了創(chuàng)造舒適、安全、豪華的車內(nèi)乘坐空間，人們一直追求高檔次、高質(zhì)量的汽車內(nèi)飾。目前，內(nèi)裝飾制品采用復(fù)合材料來滿足軟飾化、纖維化、木紋化、真皮化等要求，汽車內(nèi)飾材料也更加趨于多樣化和高級化[1]。

當(dāng)前，高端汽車內(nèi)飾普遍采用軟質(zhì)儀表板，且對儀表板的軟硬程度、舒適程度關(guān)注度比較高。作為汽車內(nèi)飾最重要的部件之一，儀表板系統(tǒng)的開發(fā)成為各車企內(nèi)外飾部門重點(diǎn)關(guān)注的對象。

1 儀表板簡介

1.1 儀表板的功能

儀表板是駕駛室中安裝各種指示儀表和點(diǎn)火開關(guān)等裝置的總成,一般作為附件裝在轉(zhuǎn)向管柱上。儀表板是連接司乘人員和汽車的樞紐，隨時反映汽車內(nèi)部裝置的運(yùn)行狀態(tài)；同時，儀表板作為汽車內(nèi)部重點(diǎn)裝飾對象，是駕駛室內(nèi)最引人注目的部件。

1.2 儀表板的組成

(1) 儀表板本體。作為坐艙系統(tǒng)的載體和框架，幾乎所有的零件都安裝在儀表板本體內(nèi)。

(2) 各種電器指示儀表、開關(guān)及音響娛樂系統(tǒng)。

(3) 通風(fēng)系統(tǒng)。由空調(diào)機(jī)、空調(diào)控制器、風(fēng)道和出風(fēng)口組成，起除霜、除霧及控制溫度的作用。

(4) 副駕駛側(cè)安全氣囊。

(5) 各式儲物盒，如票據(jù)盒、手套箱等。

(6) 各式裝飾面板，常見的有嵌膜式注塑、電鍍、噴涂等裝飾件。

1.3 儀表板的分類

儀表板按照舒適度可分為硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板。

硬質(zhì)儀表板主要存在于早期的乘用車內(nèi)；近年來，由于硬質(zhì)儀表板工藝簡單、投資低,一些比較低端的車型也會采用。硬質(zhì)儀表板的主要加工工藝為注塑成型。

軟質(zhì)儀表板的主要類型為搪塑成型儀表板、真空成型儀表板、真皮包覆儀表板。搪塑成型和真空成型的儀表板是目前中端車型市場的主流。歐系車的儀表板大部分采用聚氯乙烯(PVC)搪塑成型，日系車和韓系車的儀表板多數(shù)采用真空成型，國內(nèi)自主品牌兼而有之。奔馳、路虎等大部分高端車型的儀表板主要采用真皮包覆。

2 儀表板的制造工藝

2.1 工藝流程

硬質(zhì)儀表板制造流程比較簡單，主要為:注塑成型儀表板本體零件、焊接主要零件、組裝。

軟質(zhì)儀表板制造流程為:骨架注塑成型、真空成型/搪塑成型表皮、發(fā)泡成型、切割孔和邊、焊接主要零件、組裝。

筆者選用目前軟質(zhì)儀表板制造中主流的陰模真空成型工藝(IMG)為例，介紹儀表板的制造工藝。

2.2 骨架注塑成型

儀表板骨架是汽車內(nèi)飾中比較復(fù)雜的部件，其零件尺寸大、孔位和安裝結(jié)構(gòu)多、形狀復(fù)雜，制造時需要考慮眾多因素。注塑件的質(zhì)量很大程度上取決于模具設(shè)計，而澆口數(shù)量和位置是重要的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。澆口位置的設(shè)定決定了聚合物的流動方向和流動的平衡性，產(chǎn)品表面可以通過澆口位置的優(yōu)化得到顯著提高；不合理的澆口位置常常引起熔體充填不均，從而造成高剪切應(yīng)力、明顯的熔接線、翹曲等一系列缺陷[2]。模具設(shè)計前需要利用Moldflow軟件對澆口位置和數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)注塑壓力、熔接線、縮痕情況等選出最優(yōu)方案(見圖1)。

圖1 軟質(zhì)儀表板模流

2.3 表皮真空成型

IMG又稱模內(nèi)成型皮紋工藝。與陽模工藝相比，IMG產(chǎn)品沒有皮紋拉伸，皮紋均勻。與搪塑成型工藝相比，IMG的模具壽命更高;同時，IMG使用較為環(huán)保的熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)材料，而搪塑成型工藝使用PVC材料，環(huán)保性差。

IMG模具一般采用鎳殼材料，在鎳殼上刻有皮紋圖案，見圖2。將加熱后的光滑表皮在模具上進(jìn)行模壓及真空吸附后，形成帶有紋理及形狀的表皮，見圖3。

圖2 IMG模具

圖3 IMG表皮

在開發(fā)IMG時，需要考慮表皮的倒扣量，倒扣量一般不能超過4 mm;同時,需要考慮表皮成型后的拉伸情況，一般用拉伸率來判斷，其極限需要測量具體的表皮數(shù)值。拉伸的情況也可以通過Ls-Dyna軟件進(jìn)行仿真分析，在開發(fā)前期，充分判斷哪些區(qū)域拉伸率較大，有無可能會被拉破，以及紋理是否失真。IMG拉伸率仿真見圖4，其中圓圈內(nèi)區(qū)域顏色較深，說明拉伸率較大，需要對比表皮極限拉伸率，判斷是否會被拉破。

圖4 IMG拉伸率仿真圖

2.4 發(fā)泡成型

發(fā)泡成型是指將聚醚和異氰酸酯充分混合后形成的發(fā)泡料注入模具的表皮和骨架中間，通過加熱將其交聯(lián)固化，在其間形成泡沫的加工工藝。泡沫連接了表皮和骨架，也改善了部件的手感。該工藝是軟質(zhì)儀表板制造的必要環(huán)節(jié)，分為開模澆注和閉模澆注兩種加工方式。

開模澆注是在模具打開的狀態(tài)下，將發(fā)泡料噴涂在表皮內(nèi)側(cè)，然后放置骨架，使之交聯(lián)固化。開模澆注工藝生產(chǎn)窗口大、設(shè)計自由度大。

閉模澆注是在模具中將放好的表皮和骨架之間注入發(fā)泡料，使之交聯(lián)固化。閉模澆注工藝穩(wěn)定性好且環(huán)保，但設(shè)計自由度小。

在發(fā)泡開發(fā)前需要對產(chǎn)品進(jìn)行工藝邊補(bǔ)充，工藝邊用于發(fā)泡密封。密封分為軟密封(充氣密封條方式)和硬密封(硬密封筋方式)，加工時需要充分考慮注塑可行性、裝配可行性、發(fā)泡密封可行性。

兩種密封方式的工藝邊制作方法見圖5。軟密封方式是利用充氣密封條進(jìn)行發(fā)泡料的密封;而硬密封方式則是利用直接在骨架上長出硬密封筋進(jìn)行發(fā)泡料的密封。硬密封筋可保留在骨架上，也可以通過后期銑削去除。

圖5 兩種密封方式的工藝邊制作

發(fā)泡產(chǎn)品也需要通過仿真軟件進(jìn)行模擬，充分考慮發(fā)泡可行性，特別是模擬出需要預(yù)留排氣孔的位置，在模具上設(shè)計出氣缸排氣機(jī)構(gòu)。圖6是發(fā)泡仿真軟件模擬的結(jié)果。由圖6可以明顯看出發(fā)泡填充末端。

圖6 發(fā)泡仿真軟件模擬結(jié)果

2.5 軟質(zhì)儀表板的銑削

由于發(fā)泡成型的工藝邊設(shè)計存在多余的邊線，需要通過銑削去除;但在銑削之前需要先模擬(見圖7)，防止表皮外觀面被誤銑削。

圖7 銑削模擬

目前銑削工藝主要分為冷沖、熱刀切割、冷刀切割，以及近年來的水刀切割和激光切割，可根據(jù)不同的產(chǎn)速、成本選用不同的工藝。

2.6 軟質(zhì)儀表板的其他工藝

除了以上關(guān)鍵的工藝之外，一般還進(jìn)行表皮弱化工藝、焊接工藝、裝配工藝等。

表皮弱化工藝主要是針對近年無縫安全氣囊要求，有銑刀弱化、超聲波冷刀弱化、熱刀弱化等工藝。因?yàn)楸砥と趸に嚺c氣囊爆破能否成功息息相關(guān)，所以弱化線的形式、表皮殘留厚度等需要嚴(yán)格管控。

焊接工藝將兩個相同或不同的熱塑性材料部件，通過一定方式在其連接處熔融后重新交聯(lián)形成一體。儀表板上需要焊接的產(chǎn)品一般有手套箱、風(fēng)道等。采用的焊接方式一般有超聲波焊接、振動摩擦焊接、熱風(fēng)焊接等。

裝配工藝是儀表板組裝不可少的環(huán)節(jié)，通過卡接、螺接、粘接、焊接等方式將各個部件組合一起。

3 結(jié)語

隨著人們對汽車內(nèi)飾要求越來越高，軟質(zhì)儀表板將會取代傳統(tǒng)硬質(zhì)儀表板。表皮、發(fā)泡、弱化等外觀質(zhì)量值得關(guān)注，在設(shè)計過程中需要憑借傳統(tǒng)生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，同時也需要利用計算機(jī)輔助工程仿真軟件進(jìn)行輔助設(shè)計。