汽車內(nèi)飾塑件外觀色差問題解決方案研究

李明， 李仁勇， 趙良軍， 蘇童

（重慶長安汽車股份有限公司， 重慶 401120）

0 引 言

隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，可以選擇的車型越來越多，消費者不再滿足于基本的出行功能，對汽車內(nèi)飾品質(zhì)的要求也越來越高。PC+ABS塑料的力學(xué)性能和耐候性優(yōu)良，大量運用在汽車內(nèi)飾的外觀件上，但該塑料成型的塑件易出現(xiàn)外觀色差問題，降低了內(nèi)飾的品質(zhì)?，F(xiàn)以汽車組合儀表罩為例，介紹解決PC+ABS塑件色差問題的方案。

1 組合儀表罩結(jié)構(gòu)及色差問題

圖1所示為組合儀表罩結(jié)構(gòu)，整體為橢圓筒狀，外側(cè)有不均勻的翻邊，外形尺寸為370 mm × 170 mm × 130 mm，基本壁厚為2.5 mm，表面處理為細(xì)皮紋。塑件內(nèi)側(cè)為高可視區(qū)域，背面有卡扣、加強筋等特征，材料選用PC+ABS，收縮率為0.5%，推薦加工工藝參數(shù)如表1所示。

表1 推薦加工工藝參數(shù)

圖1 組合儀表罩結(jié)構(gòu)

圖2方框所示為組合儀表罩色差問題，局部區(qū)域的顏色與周圍不一致。

圖2 色差問題

2 色差問題影響因素分析

塑件A面（外觀面）的一部分色差形狀和其上加強筋所處的位置基本一致，塑件結(jié)構(gòu)可能是影響因素之一，如圖3所示。

圖3 色差缺陷1處塑件局部結(jié)構(gòu)

塑件A面的一部分色差形狀和模具上的滑塊成型處形狀一致[1]，如圖4所示，成型塑件此處并無其他特征，此處滑塊是成型塑件的安裝點，不能取消。模具上將斜導(dǎo)柱拆除，滑塊變成鑲件，此處色差問題無變化，說明色差和滑塊運動無關(guān)[2]。由于滑塊尺寸較小，未設(shè)計冷卻水路，成型塑件時滑塊溫度與周邊區(qū)域不一致，局部溫度差異可能是影響因素之一[3]。在實際成型塑件過程中還發(fā)現(xiàn)保壓壓力、保壓時間及模具溫度對色差問題也有影響[4]。

圖4 色差缺陷2處模具局部結(jié)構(gòu)

3 試驗設(shè)計分析

經(jīng)初步分析，確定影響成型塑件色差問題的關(guān)鍵因素有5項，分別為塑件結(jié)構(gòu)（A）、局部溫度差異（B）、保壓壓力（C）、保壓時間（D）及模具溫度（E）。根據(jù)推薦的成型工藝參數(shù)及實際生產(chǎn)情況，定義關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)的高低水平如表2所示。

表2 工藝參數(shù)的高低水平

在Minitab軟件中創(chuàng)建5因子2水平的試驗設(shè)計（design of experiment，DOE）分析，試驗得出結(jié)果如表3所示。圖5所示為試驗過程的照片，評分值為主觀評價，10分制，1分為最佳，該試驗僅關(guān)注色差問題，熔接痕等缺陷不在評價范圍，實際生產(chǎn)時需綜合考慮。

表3 試驗結(jié)果

圖5 試樣照片及評價結(jié)果

對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)圖6得出結(jié)論：塑件結(jié)構(gòu)對色差問題無影響，局部溫度差異、保壓壓力、保壓時間及模具溫度為顯著因子，影響力排序為局部溫度差異＞保壓壓力＞保壓時間＞模具溫度。

圖6 Pareto圖

試驗得出的回歸方程如式（1）所示，根據(jù)回歸方程可知色差與4個因子的函數(shù)關(guān)系，將已知各因子數(shù)值代入函數(shù)可以得出色差值，運用回歸方程可以在不進(jìn)行實際操作的情況下，根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)色差值反推因子最優(yōu)解，節(jié)省制造成本。

用響應(yīng)優(yōu)化器進(jìn)一步分析得到最優(yōu)解如圖7所示。根據(jù)圖7最優(yōu)解可知：在材料物性、模具結(jié)構(gòu)及實際生產(chǎn)允許的前提下，局部溫度差異越小越好，保壓壓力越小越好，保壓時間越短越好，模具溫度越高越好。

圖7 最優(yōu)解

4 解決方案

4.1 局部溫度差異優(yōu)化

局部溫度差異優(yōu)化是靠冷卻系統(tǒng)優(yōu)化實現(xiàn)，為了保證模具各個區(qū)域溫度均勻，動、定模的冷卻水路排布要充分[5]，重點是滑塊的冷卻水路設(shè)計，小滑塊冷卻水路設(shè)計容易被忽略，可視區(qū)域的滑塊必須設(shè)計冷卻水路，滑塊空間不足可以采用“水井”形式的冷卻水路[6]，如圖8所示。

圖8 滑塊冷卻水路

4.2 保壓壓力及保壓時間優(yōu)化

如果只調(diào)整注射工藝參數(shù)而保持其他參數(shù)不變，降低保壓壓力及縮短保壓時間會產(chǎn)生熔接痕等其他缺陷，導(dǎo)致成型塑件不合格。最終優(yōu)化的方向是在低保壓的情況下達(dá)到高保壓的效果，同時不產(chǎn)生其他缺陷，這就需要從塑件壁厚和進(jìn)澆方案兩方面同時進(jìn)行優(yōu)化。

4.2.1 塑件壁厚優(yōu)化

塑件壁厚優(yōu)化的重點是防止產(chǎn)生熔接痕，主體壁厚需均勻一致，避免突變，加強筋位厚度小于0.4倍主體壁厚，重要的安裝結(jié)構(gòu)考慮根部厚度減薄，通過抽芯機構(gòu)脫模，如圖9所示。

圖9 塑件壁厚優(yōu)化

4.2.2 進(jìn)澆方案優(yōu)化

進(jìn)澆方案優(yōu)化的重點是減少澆注系統(tǒng)的壓力損失，縮短流道長度[7]，同時避免流道內(nèi)熔體過早凝固影響補縮，因此熱流道澆口數(shù)量要充足[8]，澆口尺寸要盡量設(shè)計大些，普通流道截面積也要盡量設(shè)計大些，流道長度盡量縮短。優(yōu)化后的進(jìn)澆方案如圖10所示，為了規(guī)避傳統(tǒng)方案的缺點，優(yōu)化方案增加了1個熱流道，普通流道長度縮短至50 mm，澆口深度增加為0.5倍主體壁厚，總體流道長度縮短至250 mm以內(nèi)。

圖10 進(jìn)澆方案優(yōu)化

4.3 模具溫度優(yōu)化

模具溫度優(yōu)化的重點是提升模具溫度，故用熱水來冷卻，不能使用常溫水（25 ℃左右）冷卻。模具水管需更換為耐高溫水管，生產(chǎn)時接模溫機，按實際需求設(shè)置模具溫度。

5 優(yōu)化后效果

按上述方案優(yōu)化后的塑件外觀品質(zhì)有大幅提升，無明顯色差缺陷，滿足質(zhì)量要求，如圖11所示。實際生產(chǎn)中，模具溫度設(shè)置為75 ℃，滑塊通冷卻水，保壓壓力設(shè)置為50 MPa，保壓時間設(shè)置為3 s，與DOE試驗分析結(jié)果相符。

圖11 優(yōu)化后效果

6 結(jié)束語

綜上所述，PC+ABS塑料的塑件外觀色差問題由多種因素共同作用產(chǎn)生，通過DOE試驗進(jìn)行分析，找出關(guān)鍵影響因素：局部溫度差異、保壓壓力、保壓時間及模具溫度，并找到解決方案。為保證成型塑件的品質(zhì)，在設(shè)計塑件結(jié)構(gòu)時需要規(guī)避設(shè)計缺陷，在設(shè)計模具時需要優(yōu)化進(jìn)澆方案并提升冷卻效果，在注射工藝參數(shù)調(diào)試環(huán)節(jié)需要遵循“一高兩低”的原則。