汽車內(nèi)飾薄壁密封技術(shù)的研究與應(yīng)用

張勝鋒 鄭鵬 孫珍金 余力

摘 ?要：隨著新能源汽車的快速發(fā)展，汽車內(nèi)飾更新?lián)Q代周期變短，傳統(tǒng)制造業(yè)面臨的成本壓力變大。因而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，推動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量、工藝技術(shù)創(chuàng)新，是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要舉措。

聚氨酯發(fā)泡儀表板，在發(fā)泡前需要通過粘貼牛皮紙、美紋紙對匹配縫和其它開口位置進(jìn)行發(fā)泡密封;儀表板前除霜蓋板與除霜風(fēng)道之間通過泡棉進(jìn)行密封。這種密封形式，耗費(fèi)大量輔料、人工粘貼工時(shí)，還存在操作失誤風(fēng)險(xiǎn)。

本文提出了一種汽車內(nèi)飾的薄壁密封技術(shù)，該密封技術(shù)主要是通過軟質(zhì)TPO氣囊框薄壁結(jié)構(gòu)的裝配干涉量進(jìn)行密封，儀表板薄壁注塑封孔技術(shù)進(jìn)行安裝孔位的自密封。通過項(xiàng)目驗(yàn)證，該技術(shù)應(yīng)用性良好、經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得廣泛推廣。

關(guān)鍵詞：聚氨酯發(fā)泡儀表板;發(fā)泡密封;薄壁密封結(jié)構(gòu);風(fēng)道密封

中圖分類號(hào)：U463.8 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2022）02-0037-05

Research and Application of Thin-walled Sealing

Technology for Automotive Interiors

ZHANG Sheng-feng， ZHENG Peng， SUN Zhen-jin， Yu Li

（ Dongfeng Yanfeng Automotive Trim Systems Co.， LTD， Wuhan 430056， China）

Abstract： With the rapid development of new energy vehicles， the replacement cycle of automobile interiors has become shorter， and the cost pressure faced by traditional manufacturing industries has become greater. Therefore， improving labor productivity and promoting product quality processing technology innovation are important measures for enterprises to improve economic efficiency.

The polyurethane foaming instrument panels currently produced need to be sealed by kraft papers and masking papers before foaming; the front defrosting covers and the defrosting air ducts are sealed by foam. This type of sealing not only consumes a large amount of accessories， but also has high labor cost for manual pasting， and there are risks of operation errors.

This paper proposes a thin-walled sealing technology for automotive interiors， using the assembly interference of the thin-walled structure of the soft TPO airbag frame for sealing， and the thin-wall injection sealing technology of the instrument panel for self-sealing of the installation holes . Through project verification， the technology has good applicability and is worthy of widespread promotion.

Key Words： Polyurethane Foaming Instrument Panel; Foaming Seal; Thin -Walled Sealing Structure; Air Duct Seal

1 ? ?聚氨酯發(fā)泡儀表板的發(fā)泡原理與工藝流程

為了創(chuàng)造更舒適、更安全豪華的車內(nèi)乘坐空間，人們一直追求高檔次、高質(zhì)量的汽車內(nèi)飾。因此，內(nèi)裝飾多趨向于采用軟質(zhì)化來提升用戶體驗(yàn)?，F(xiàn)市場上高端儀表板大多數(shù)都是采用的聚氨酯發(fā)泡軟質(zhì)儀表板。

聚氨酯發(fā)泡工藝原理介紹：工業(yè)發(fā)泡一般都是采用聚醚多元醇（POLY部分）與多異氰酸酯（簡稱：ISO部分）為主要原料，再添加發(fā)泡劑、催化劑、穩(wěn)定劑等以一定比例混合后進(jìn)行反應(yīng)形成軟質(zhì)的聚氨酯材料（含有-NHCOO-基團(tuán)長鏈高分子材料，可簡稱PU）。反應(yīng)過程主要分為交聯(lián)反應(yīng)與放氣反應(yīng)。

聚氨酯發(fā)泡儀表板是通過聚氨酯發(fā)泡材料填充在儀表板表皮和儀表板骨架之間，使表皮與骨架連接在一起;發(fā)泡過程是聚氨酯發(fā)泡材料填充過程，在此填充過程中澆注-膨脹-排氣-保壓-熟化-脫模等動(dòng)作。其中澆注-膨脹中儀表板骨架不能破損，不能空洞，否則發(fā)泡過程中漏料，漏料會(huì)造成產(chǎn)品外觀缺陷。

儀表板本體總成的發(fā)泡工藝流程圖：

1.1 ? 傳統(tǒng)儀表板與嵌入式氣囊框的發(fā)泡密封

聚氨酯發(fā)泡的儀表板，在乘客側(cè)區(qū)域一般會(huì)裝配一個(gè)嵌入式TPO材料的氣囊框，這種軟質(zhì)材料的氣囊門更利于展開。而這種嵌入式裝配的氣囊框與儀表板骨架之間存在匹配縫，在發(fā)泡過程中，如果該類型的匹配縫無有效密封，則迅速發(fā)泡膨脹的聚氨酯材料從氣囊框與儀表板骨架的匹配縫隙中滲漏。而滲漏造成生產(chǎn)的中斷，清理這類設(shè)備故障問題至少需要4-8個(gè)小時(shí)的工作時(shí)間。

嵌入式氣囊框與儀表板骨架匹配方式如圖1：

現(xiàn)在內(nèi)飾行業(yè)中，采用美紋紙、牛皮紙對氣囊框的裝配邊緣區(qū)域進(jìn)行密封以防止發(fā)泡料滲漏，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了。在美紋紙和牛皮紙的應(yīng)用中存在有局限性：

1）該類密封性材料受價(jià)格的影響，與PU材料的附著力有高低的區(qū)別。低附著力的密封材料會(huì)對安全性能產(chǎn)生重大影響：氣囊爆破飛濺物超標(biāo)（某主機(jī)廠要求飛濺物總質(zhì)量≤2g）如圖3：

1.2 ? 傳統(tǒng)儀表板上卡扣安裝孔的發(fā)泡密封

儀表板裝飾面板通過卡扣安裝在儀表板的卡扣安裝孔中，受銑切設(shè)備精度的限制，如果儀表板發(fā)泡區(qū)域的卡扣安裝孔由銑切形成的話，孔的精度在±1.5mm公差范圍內(nèi)，故而銑切孔不能滿足卡扣的安裝需求。

現(xiàn)在內(nèi)飾行業(yè)中儀表板骨架上的卡扣安裝孔都是注塑形成的，在發(fā)泡過程中，采用美紋紙、牛皮紙對氣囊框的裝配邊緣區(qū)域進(jìn)行密封以防止發(fā)泡料滲漏，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)了。在美紋紙和牛皮紙的應(yīng)用中存在有局限性：

1）受限制于結(jié)構(gòu)環(huán)境：轉(zhuǎn)角、孔離側(cè)墻距離<6mm的圓角、凹陷孔處，手工粘貼操作困難導(dǎo)致牛皮紙無法很好貼合在儀表板骨架孔位上，牛皮紙與儀表板骨架之間存在有夾角縫隙，造成發(fā)泡料虛。

2）孔的面積較大時(shí)，單層美紋紙無法承受發(fā)泡膨脹時(shí)的內(nèi)壓，導(dǎo)致美紋紙破損而漏料，所以往往美紋紙粘貼兩層，甚至三層以上，造成粘貼工時(shí)長，美紋紙耗量大?？壮叽绱笥诿兰y紙幅寬的情況下，需要沖裁符合孔位大小的牛皮紙。如圖4：

1.3 ? 傳統(tǒng)儀表板發(fā)泡密封技術(shù)應(yīng)用的成本

以公司某車型發(fā)泡密封工序?yàn)槔?，見圖5，需要兩個(gè)工位粘貼按板型沖裁好的牛皮紙，某些大孔處還需額外粘貼美紋紙以保證密封效果，兩張沖裁好的牛皮紙價(jià)格在9.65元/輛，每工位粘貼時(shí)長150～160s/人，公司人力成本為182元/小時(shí)，該車型生產(chǎn)量約為3000輛/月，則該車型的工時(shí)及耗材成本為77，483元/月。

2 ? ?儀表板薄壁發(fā)泡密封形式

在傳統(tǒng)的發(fā)泡密封措施下，多增加了物料消耗（密封用的牛皮紙等）以及人工工時(shí)（額外消耗工時(shí)來進(jìn)行粘貼牛皮紙）。并且，密封材料的材質(zhì)選擇上容易造成性能或外觀上的缺陷。比如密封的牛皮紙與發(fā)泡料粘接力不夠，在后期使用中可能會(huì)造成發(fā)泡層的脫離的性能缺陷;因而研究開發(fā)出一種薄壁化的密封技術(shù)，對儀表板骨架上的安裝件之間的縫或其他類型的開孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行自密封，使生產(chǎn)更高效、更可控。

2.1 ? 儀表板與嵌入式氣囊框的薄壁發(fā)泡密封

該薄壁化密封技術(shù)是氣囊框直接自動(dòng)對匹配邊緣區(qū)域進(jìn)行自密封。該自密封結(jié)構(gòu)的原理主要是通過注塑工藝，讓TPO材質(zhì)的氣囊框的邊緣注塑成型出0.8mm的薄壁結(jié)構(gòu)。該薄壁結(jié)構(gòu)通過自身局部變形來貼合匹配縫進(jìn)行密封。

氣囊框周圈薄壁密封結(jié)構(gòu)主要特征，如圖6：

1）嵌入式氣囊框材質(zhì)為TPO，該氣囊框周圈有一圈薄壁結(jié)構(gòu)，該薄壁結(jié)構(gòu)厚0.8mm，寬度為3mm。

2）氣囊框裝配在儀表板上，氣囊框周邊的薄壁結(jié)構(gòu)與儀表板骨架有1mm的干涉量。

氣囊框處的薄壁密封技術(shù)已在我司多個(gè)產(chǎn)品上得以應(yīng)用和推廣，密封效果滿足工藝需求。發(fā)泡后實(shí)物零件剖面如圖7：

2.2 ? 儀表板卡扣安裝孔的薄壁密封與應(yīng)用

2.2.1 卡扣安裝孔的薄壁密封結(jié)構(gòu)

該薄壁化密封技術(shù)是通過在儀表板骨架孔位上注塑額外的薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行密封，該薄壁結(jié)構(gòu)與儀表板骨架孔位一體注塑成型，在儀表板骨架孔位上形成一種薄薄的密封層，保證密封性。取消了現(xiàn)有技術(shù)中需要人工在儀表板骨架孔位上進(jìn)行粘貼牛皮紙&美紋紙的密封工序。該薄壁密封結(jié)構(gòu)會(huì)在后面的銑切工序中被切掉，但受銑切設(shè)備精度的影響，該薄壁結(jié)構(gòu)在孔的周圈會(huì)有一圈殘留，該殘留料厚比較薄，對卡扣的安裝不糊產(chǎn)生影響。

該孔位薄壁密封結(jié)構(gòu)的主要特征，如圖8：

1）儀表板骨架孔位上注塑形成0.3-0.7mm的薄壁結(jié)構(gòu)。

2）該薄壁結(jié)構(gòu)在后續(xù)的銑切工序中被切除，但受銑切設(shè)備精度的限制，該薄壁結(jié)構(gòu)有部分殘留在孔位上。該殘留結(jié)構(gòu)不影響卡扣的裝配效果，但該密封形式不能應(yīng)用于有定位要求的孔位。

卡扣孔的薄壁密封技術(shù)已在我司多個(gè)產(chǎn)品上得以應(yīng)用和推廣，密封效果滿足工藝需求，發(fā)泡合格率從92%提升至99.94%?？ㄗ涌ń觾x表板骨架在銑切后的的孔中，銑切殘厚邊與卡扣卡接處示意圖和實(shí)物效果圖，如圖9：

2.2.2 卡扣安裝孔薄壁密封結(jié)構(gòu)的應(yīng)用條件

假設(shè)澆口位置是確定的，那么距離澆口越遠(yuǎn)的地方方盲孔底部壁厚就需要越厚來滿足填充需求，如圖10：

厚度分析可顯示方孔區(qū)域填充壁厚均為：藍(lán)色區(qū)域0.3mm、綠色區(qū)域0.6mm、橙色區(qū)域0.9mm;

據(jù)上邊的圖CAE分析實(shí)例可以得出，如圖11：

1）PP材料在距離澆口200mm左右的位置，盲孔底部厚度可以設(shè)計(jì)為0.3mm基本上可以滿足填充需求;

2）距離澆口400mm左右的位置，盲孔底部厚度需要設(shè)計(jì)在0.5-0.6mm左右就可以滿足填充需求;

3）距離澆口550mm左右的位置，盲孔底部厚度在0.9mm依然無法填充完整，這說明底部厚度的增加并不能彌補(bǔ)遠(yuǎn)距離注射導(dǎo)致的溫度損失，只能在盲孔近距離內(nèi)增加澆口填充，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)盲孔底部壁厚減薄且填充完整;

3 ? ?傳統(tǒng)的前除霜風(fēng)道蓋板與前除霜風(fēng)道的密封

在整個(gè)汽車空調(diào)系統(tǒng)中，風(fēng)道和出風(fēng)口組成空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)，將用戶需要（溫度調(diào)節(jié)，適度調(diào)節(jié)，凈化）的氣流送到汽車駕駛艙內(nèi)，來實(shí)現(xiàn)駕駛艙內(nèi)通風(fēng)，制冷，加熱，除霜除霧，凈化空氣等的功能。為了保證最終出風(fēng)口的出風(fēng)量，于是對風(fēng)道系統(tǒng)的密封性就會(huì)產(chǎn)生要求，以某主機(jī)廠為例說明除霜風(fēng)道的密封要求：

1）除霜：當(dāng)靜壓達(dá)到250Pa時(shí)，前除霜口出允許的泄漏量為35kg/h。

為了滿足要求，現(xiàn)在內(nèi)飾行業(yè)中一般都在除霜管與儀表板本體貼合之間增加泡棉，防止出現(xiàn)漏風(fēng)導(dǎo)致前擋玻璃除霜除霧功能降低。風(fēng)道泡棉一般采用PU+FOAM+帶背膠的泡棉，該P(yáng)U發(fā)泡密封條半開半閉密封孔，密度要求為50Kg/m3，厚度5-10mm。它們的配合關(guān)系如圖12：

現(xiàn)有粘貼泡棉存在的局限性：

1）因前除霜蓋板裝配角度或者是前期人機(jī)校核不到位等問題，容易出現(xiàn)密封條外露的現(xiàn)象，讓內(nèi)飾精致工藝體驗(yàn)度降低，如圖13。

2）以公司某車型為例，前除霜格柵處粘貼的密封條1.4m，密封條價(jià)格為2.5元/輛，該車型生產(chǎn)量約為3000輛/月，則該車型的工時(shí)及耗材成本為7，500元/月（不考慮人工粘貼工時(shí)）。

4 ? ?前除霜風(fēng)道蓋板與前除霜風(fēng)道的薄壁密封結(jié)構(gòu)

該薄壁化密封技術(shù)是通過在除霜風(fēng)道上注塑額外的薄壁筋，在除霜格柵裝配時(shí)通過卡扣的卡接力將兩零件拉緊進(jìn)行密封。該薄壁筋的主要特征，如圖14：

1）除霜風(fēng)道上的薄壁筋位，筋高度為0.7mm，頂端寬度為為0.5mm。

2）除霜風(fēng)道與儀表板之間通過該薄壁筋進(jìn)行密封，筋位干涉量為0.2mm。

前除霜風(fēng)道的薄壁密封技術(shù)已在我司的產(chǎn)品上得以應(yīng)用，對前除霜蓋板在風(fēng)道接口處的卡扣點(diǎn)布置及卡接力有一定的要求，密封效果能滿足泄露性試驗(yàn)要求。如表1測試報(bào)告。

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張勝鋒

畢業(yè)于湖北汽車工業(yè)學(xué)院，機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化專業(yè)， 本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)延鋒汽車飾件系統(tǒng)有限公司，任高級工程師，主要從事汽車內(nèi)飾結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化與低成本材料供應(yīng)的應(yīng)用，以及輕量化技術(shù)的研究與應(yīng)用推廣。

專家推薦語

皮玉梅

東風(fēng)延鋒汽車飾件系統(tǒng)有限公司

車身技術(shù)委員會(huì)委員

本文針對汽車內(nèi)飾儀表板密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)了聚氨酯發(fā)泡儀表板與嵌入式氣囊框之間的薄壁發(fā)泡密封的結(jié)構(gòu)，以及免銑切的薄壁密封發(fā)泡安裝孔的結(jié)構(gòu)，前除霜風(fēng)道蓋板與前除霜風(fēng)道的薄壁密封的結(jié)構(gòu)，替代了傳統(tǒng)的美紋紙、牛皮紙、密封條的密封形式。有效的減少了生產(chǎn)輔料的使用，提高了生產(chǎn)效率，帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

該薄壁密封技術(shù)在生產(chǎn)中應(yīng)用性良好、經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得廣泛推廣！