淺談儀表板陰模真空成型制造工藝

唐林通　黃啟銘

摘要：汽車儀表板作為汽車重要零部件之一，除了在功能性上對安全氣囊有極為嚴格的性能要求，而且儀表板作為高感知區(qū)域面向客戶，造型及手感也變的更加重要。先對儀表板的大體結(jié)構(gòu)組成和現(xiàn)今流行的制造工藝進行介紹，接著著重討論儀表板陰模真空成型制造工藝及模具設(shè)計與制造的流程及要點。

關(guān)鍵詞：儀表板；陰模真空成型；真空成型

隨著汽車工業(yè)不斷發(fā)展，汽車保有量也在逐年遞增。汽車儀表板作為汽車重要的組成部分之一，它承載著儀表臺、中控屏幕、空調(diào)等功能需求，同時也需要肩負起駕駛員與乘員的安全問題。儀表板制造工藝發(fā)展至今，除了基礎(chǔ)的安全性能要求外，也需要迎合市場的裝飾性及審美要求，儀表板的強客戶感知性更推動著制造工藝的不斷更新?lián)Q代。

現(xiàn)今流行儀表板工藝種類

根據(jù)儀表板表面軟硬度可以將主流的工藝類型分為硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板兩大類。

1）硬質(zhì)儀表板主要應(yīng)用于定位經(jīng)濟實用型車型，一般是由一體化注塑成型完成，其優(yōu)勢在于注塑成型產(chǎn)品品質(zhì)較穩(wěn)定，產(chǎn)品設(shè)計較為簡單，注塑成型工藝總體模具投資較低；相反儀表臺的強客戶感知區(qū)域的觸感較硬，商品性較差。

2）軟質(zhì)儀表板就有幾種不同的工藝選擇，其中日系、韓系合資企業(yè)大多采用真空成型+發(fā)泡成型工藝，歐系企業(yè)大多采用搪塑成型+發(fā)泡成型工藝，部分定位高端車型則采用真皮包覆工藝。除此之外，PU表皮模塑成型也是近幾年興起的儀表板制造工藝選擇。

本文旨在針對IMG陰模真空成型工藝產(chǎn)品設(shè)計要點及模具制造流程展開討論。

儀表板上本體基本結(jié)構(gòu)

如圖1所示，軟質(zhì)儀表板上本體一般由表層、軟質(zhì)層和骨架三部分組成。從上往下是表皮層（0.8mm～1.3mm，TPO表皮、PVC表皮或PU表皮）軟質(zhì)層（4～8mm，發(fā)泡料或泡棉層）和骨架層（一般2.8～3.5mm，PP材料注塑而成）。

對于IMG陰模真空成型工藝來說，儀表板上本體的結(jié)構(gòu)組成為真空成型表皮+發(fā)泡料+注塑骨架。

IMG陰模真空成型工藝流程

IMG陰模真空成型的全稱為In-Mold-Graining，也稱為模內(nèi)成型工藝。它的基本原理就是將不帶皮紋的表皮進行加熱，然后將表皮拖入成型區(qū)域通過抽真空使表皮正面吸附到有皮紋的模具上，形成帶有皮紋和形狀的表皮。

根據(jù)成型產(chǎn)品不同，它可以分為兩種陰模真空成型工藝：IMG-L和IMG-S。

其中，IMG-L工藝是可以將表皮直接復(fù)合到骨架上，先將注塑骨架吸附在下模，表皮放在上模，合模后通過抽真空及推塊運動等動作，一次性將表皮和骨架粘接形成儀表板上本體產(chǎn)品。此工藝采用的表皮需采用帶背泡層的表皮，表皮與骨架的粘接也需要由背泡層和膠水完成。此工藝的優(yōu)點在于加工工藝流程簡單，連續(xù)生產(chǎn)穩(wěn)定性較好，模具壽命長，設(shè)備及模具投資比搪塑工藝少；缺點是對產(chǎn)品設(shè)計有一定約束要求，倒扣不能太深，模具一旦損壞后修復(fù)成本較高。

而本文主要探討的是另一種IMG-S工藝，IMG-S陰模真空成型工藝流程是將開卷后的TPO材質(zhì)表皮在裁剪區(qū)按產(chǎn)品尺寸進行裁切；裁切完成后，由夾緊框?qū)⒈砥A緊拖入加熱區(qū)域進行表皮加熱；加熱完成，將表皮拖入成型區(qū)域，上下模進行合模。最終在模具內(nèi)通過抽真空的方式生產(chǎn)出有紋理及形狀的表皮，具體工藝流程如圖2所示。

IMG-S模具產(chǎn)品設(shè)計及制造要點

1. IMG-S真空成型產(chǎn)品設(shè)計要點

IMG-S陰模真空成型工藝由于其成型工藝及模具的特殊性，對于儀表板的產(chǎn)品設(shè)計也會有一定的約束要求，否則表皮在成型時會產(chǎn)生褶皺、尖角過薄、紋理不清晰等品質(zhì)問題。本文基于過往實操經(jīng)驗，針對IMG-S陰模真空成型工藝的產(chǎn)品設(shè)計提出了以下幾項建議：

1）產(chǎn)品設(shè)計需將產(chǎn)品（見圖3）脫模斜度設(shè)計＞5°，當H＜10mm，需要C≥5°；當10＜H＜50mm，需要C≥7°；當50＜H＜80mm，需要C≥9°；當H＞80mm，需要C≥12°。隨著產(chǎn)品落差H增大，脫模斜度C也會增大，更有利于產(chǎn)品脫模成型。

2）產(chǎn)品R角（見圖4）設(shè)計半徑：外角建議R2.5，內(nèi)角R1，端頭三面相交處R角＞R5。

（3）表皮拉伸率是指表皮在成型時被拉伸后的長度與原表皮長度的比例。產(chǎn)品大面平均拉伸率（見圖5）建議130%～140%，局部端頭拉伸較大區(qū)域建議＜180%。

（4）骨架翻邊尺寸會影響產(chǎn)品拉伸成型，需將寬度控制在合理范圍（見圖6）內(nèi)：建議將A面窄邊寬度a＞10mm，側(cè)邊翻邊深度b在10～15mm，凹槽底部寬度c≥15mm。

（5）真空成型可以做出假縫線，但縫線直徑過小，會導(dǎo)致縫線處紋理不清晰，建議縫線（見圖7）直徑≥0.8mm（12股）。

以上是經(jīng)過IMG-S陰模真空成型實操得出的產(chǎn)品設(shè)計建議，可在儀表板上本體產(chǎn)品設(shè)計階段進行參考。

2. IMG-S真空成型模具制造流程

IMG-S陰模真空成型工藝關(guān)鍵點也在真空成型模具的設(shè)計和制造上，IMG-S真空成型的模具制造也對最終表皮成型品質(zhì)起到了至關(guān)重要的作用。

本文主要簡述傳統(tǒng)IMG-S真空成型模具的制造流程及要點。首先簡述IMG-S真空成型模具的結(jié)構(gòu)組成（見圖8）。

IMG-S真空成型模具由上下模具組成，其中上模主要由溫控系統(tǒng)、水路及滑塊組成，上模主要起到的作用為吹氣輔助成型、個別位置倒扣輔助成型及模具腔內(nèi)溫度控制等。下模主要由鎳殼、溫控系統(tǒng)及主框架組成，下模主要輔助表皮成型紋理的吸附成型。其中最為關(guān)鍵的核心是鎳殼的加工制造，鎳殼的設(shè)計和制造精度都最終決定了表皮最終的紋理效果。

傳統(tǒng)的真空成型模具制造流程主要為備料銑削后，先進行木模加工。木模是為了將產(chǎn)品形狀做出大致形狀，為后續(xù)主模型做參考。木模的加工需選擇受外界溫度影響較小的代木材料，如5120聚氨酯代木。當模具廠家擁有自身成熟代木材料時，應(yīng)保證其代木材料性能不低于5120，并保證木模加工精度達成公差±0.2mm，木模如圖9所示。

木模加工完成，確認各位置形狀結(jié)構(gòu)完整后，開始進行包覆模的加工。包覆模的加工主要是對已選定好紋理的表皮母皮進行提取復(fù)制。包覆模主要的兩個關(guān)鍵點在于包覆方向和拼接縫位置的紋理效果確認。通常包覆方向是選擇從主駕駛位置或副駕駛位置的目視效果，包覆方向要直接確認后方可開始后續(xù)加工。另外對于包覆模的加工中，需要根據(jù)包覆卷材幅寬的大小判斷，盡可能減少拼接縫的產(chǎn)生。包覆模的拼接縫位置的效果也需要著重確認。拉伸會導(dǎo)致母皮的厚度變化以及紋理顆粒變形，因此包覆模很難完全消除拼接縫。因此拼接縫的位置必須避開大面目視區(qū)域，盡量布置在R角下沿位置。拼接縫兩側(cè)的母皮必須銜接平順、無斷差。拼接的紋理顆粒形狀、大小、密集程度等與母皮紋理單元基本一致。

包覆模完成后，開始主模型的制作。主模型的設(shè)計加工是真空成型模具的最重要環(huán)節(jié)之一。主模型直接決定了鎳殼硬模的紋理及尺寸精度。主模型是以包覆模為基礎(chǔ)，采用環(huán)氧樹脂制作的凸模。針對主模型進行全區(qū)域的紋理評審，重點確認大面目視區(qū)域以及拼接縫位置；對紋理顆粒有瑕疵部分，在主模型上進行修復(fù)并再次評審。

主模型確認無誤后，就到了真空成型模具技術(shù)含量最高的鎳殼的制作（見圖10）。鎳殼的制作是以主模型復(fù)制出電鑄型芯模（俗稱：淋模），然后以電鑄型芯模入槽電鑄加工。利用金屬離子陰極點沉積原理，電鑄溶液中的鎳離子在陰極導(dǎo)電的芯模上還原成鎳金屬，沉積于芯模表面。同時，陽極保持離子溶解到電鑄液中，使?jié)舛缺３植蛔儭．旊婅T層厚度達到時，與芯模分離，獲得鎳殼。為保證鎳殼品質(zhì)，電鑄加工時間不得少于30天。

鎳殼一般為厚度2.5～4mm，洛氏硬度≥40HRC，且紋理完整，無針刺、沙眼等不良問題。真空成型模具的技術(shù)難點在于讓電鑄鎳殼保留真空微孔。一般情況下，紋理區(qū)域：真空孔直徑為0.10～0.14mm，要求每平方厘米4～6個；非紋理區(qū)域：真空孔直徑為0.18～0.20mm，要求每平方厘米1～2個；在凹形面需多增加真空孔設(shè)計。

為保證鎳殼表面溫度均勻，對鎳殼水路也需要提出設(shè)計要求，水管直徑16mm，材質(zhì)采用銅管，銅管間距按30～40mm進行布置；鎳殼不同區(qū)域的溫度應(yīng)控制在±2℃；每個腔體均需配置PT100溫度傳感器。

由于鎳殼厚度較薄，下框架（見圖11）的材料也需要采用S45C進行支撐及定位作用。

以上制造流程完成后，最后進行整體模具的裝配工作。由此可見，IMG-S陰模真空成型模具的技術(shù)難點在于鎳殼的制作，在日常生產(chǎn)工作中，也需要對鎳殼進行定時清理及保養(yǎng)維護，方能穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)出高品質(zhì)的表皮。

結(jié)語

本文主要講述了儀表板上本體IMG-S陰模真空成型的產(chǎn)品設(shè)計及模具制造工藝流程。由于IMG陰模真空成型工藝所需的設(shè)備、模具及材料等核心技術(shù)大部分均由國外供應(yīng)商掌握，所以關(guān)于IMG陰模成型的相關(guān)文獻資料較少。本文僅根據(jù)實操經(jīng)驗對儀表板采用IMG-S真空成型工藝時的產(chǎn)品設(shè)計及模具制造流程進行要點總結(jié)。軟質(zhì)儀表板作為儀表板行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，IMG-S真空成型工藝帶來的軟質(zhì)觸感、真縫線設(shè)計及豐富的紋理選擇都給汽車制造帶來了更多選擇。我們未來應(yīng)當加強對IMG真空成型工藝的研究，進一步提升軟質(zhì)儀表板的品質(zhì)。