基于TPO表皮的IMGL工藝流程優(yōu)化與應(yīng)用

胡學(xué)川 李又兵 張繼祥 楊瑤

作者簡介：胡學(xué)川（1972—），男，正高級工程師，碩士學(xué)位，研究方向為汽車內(nèi)外飾新技術(shù)新工藝研發(fā)。

基金項目：重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展專項重點項目（cstc2020jscx-lyggX0007）。

參考文獻(xiàn)引用格式：

胡學(xué)川， 李又兵， 張繼祥， 等. 基于TPO表皮的IMGL工藝流程優(yōu)化與應(yīng)用[J]. 汽車工藝與材料， 2024（5）： 14-17.

HU X C， LI Y B， ZHANG J X， et al. Optimization & Application of IMGL Process Based on TPO Skin[J]. Automobile Technology & Material， 2024（5）： 14-17.

摘要：為解決現(xiàn)有陰模真空覆合成形工序過多的問題，對熱塑性聚烯烴彈性體（TPO）表皮的陰模真空覆合成形（IMGL）工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化與應(yīng)用，通過對比分析現(xiàn)有工序，提出了減少工序流程同時優(yōu)化成形工藝設(shè)備及模具等新方案并實施應(yīng)用。與現(xiàn)有的陰模真空覆合成形工藝流程相比，工序減少6道、生產(chǎn)場地節(jié)省35 m2，成形周期縮短15 s，膠水用量減少且膠水利用率提升至90%。

關(guān)鍵詞：TPO表皮 陰模真空覆合成形 工藝流程 優(yōu)化方案 實施應(yīng)用

中圖分類號：U466? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ?DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20230278

Optimization & Application of IMGL Process Based on TPO Skin

Hu Xuechuan1， Li Youbing2， Zhang Jixiang3， Yang Yao1

（1. Chongqing Pingwei Auto Parts Co.， Ltd.， Chongqing 401133; 2. College of Materials Science and Engineer， Chongqing University of Technology， Chongqing 400054; 3. College of Mechanic & Electronic Automobile Chongqing Jiaotong University， Chongqing 400074）

Abstract： In order to solve the existing problems of too many processes in the In-Mold Graining Lamination （IMGL） process， the IMGL process based on Thermoplastic Olefin （TPO） skin was optimized and applied in practice. Compared with the existing problem of too long processes， this paper proposed the reduction of some processes and optimization of the forming equipment and mold， which were put in production. Compared with the existing IMGL process flow chart， the new flow reduced 6 processes， saved 35 m2 production site， shortened the IMGL forming cycle by 15 s， reduced glue usage， and improved the utilization rate of glue by 90%.

Key words： TPO Skin， IMGL， Process flow， Optimization plan， Implementation and application

1 前言

隨著汽車行業(yè)對外觀設(shè)計和品質(zhì)要求的不斷提高，陰模真空覆合成形（In-Mold Graining Lamination，IMGL）工藝技術(shù)作為一種先進(jìn)的汽車內(nèi)飾生產(chǎn)工藝，關(guān)注度越來越高。IMGL通過在成形工序中鎳殼模真空吸附實現(xiàn)表面紋理和熱塑性聚烯烴彈性體（Thermoplastic Olefin，TPO）表皮背面膠水激活與骨架覆合，可以使汽車內(nèi)飾更具質(zhì)感。由于TPO表皮為環(huán)保型材料，具有耐候性、耐化學(xué)品、抗沖擊性、柔韌性、防水性和環(huán)保性的特性，已成為汽車門板或儀表板等部位的理想用料。

目前，國內(nèi)研究者就TPO表皮的IMGL工藝在汽車內(nèi)門板和儀表板等應(yīng)用，圍繞材料、成形參數(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用等方面開展了一系列研究。王志兵等[1]著重研究了IMGL真空包覆儀表板高溫起泡的原因，并說明了改善方向和改善后的效果，為起泡問題的解決提供了思路；潘琦等[2]提出了采用IMG工藝的儀表板出現(xiàn)的缺陷以及解決措施；徐鈞等[3]著重分析了IMGL工藝在成形過程中皮紋失真、厚度不均問題，通過仿真和試驗，結(jié)合六西格瑪方法提出了合理的表皮參數(shù)并進(jìn)行了可行性驗證。國外對IMGL的研究主要集中在IMGL的鎳殼模成形技術(shù)、IMGL設(shè)備和粘接工藝等方面。目前在材料選擇、成形參數(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用等方面的研究較為完善，但在IMGL工藝流程上的研究較少。在實際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的IMGL工藝流程存在生產(chǎn)工序長、占地面積大、成形周期長、膠水用量大的問題，限制了IMGL技術(shù)的發(fā)展和推廣。為此，急需尋求一種高效的基于TPO表皮IMGL的制造工藝路線。

2 現(xiàn)有工藝流程及其存在的問題

通常情況下，汽車內(nèi)門板上裝骨架、嵌飾件或儀表板上的裝飾件等包覆件大多采用陰模真空吸附覆合成形，一般采用玻纖增強(qiáng)改性聚丙烯（Glass Fiber reinforced Polypropylene，PP-GF）骨架材料、TPO表皮及水性膠覆合，現(xiàn)有的陰模真空覆合成形工藝流程如圖1所示。

由圖1可知，現(xiàn)有的陰模真空覆合成形工藝流程存在工序流程長、占地場地大、成形周期長、膠水用量大、效率低的問題。

3 工藝流程方案設(shè)計優(yōu)化

為解決以上問題，對現(xiàn)有陰模真空覆合成形的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，形成一種高效的上裝骨架或嵌飾板陰模真空覆合成形的制造工藝。

3.1 工藝流程設(shè)計優(yōu)化

以某車型上裝骨架為例，材料由玻纖增強(qiáng)改性聚丙烯PP-GF改為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer，ABS），TPO光表皮材料為0.6 mm厚的TPO表皮帶背泡2.5 mm厚的聚丙烯泡沫（PP Foam），膠水由水性膠改為聚氨酯（Polyurethane，PUR）熱溶膠，優(yōu)化后的真空吸附覆合成形工藝流程如圖2所示。

與現(xiàn)有的陰模真空覆合成形工藝流程（圖1）相比，優(yōu)化后的工藝流程優(yōu)點如下：

a. TPO表皮卷材無需裁剪，直接在TPO表皮背面刮膠完成后收卷，送到陰模成形入口處；

b. 取消了打孔工序，該產(chǎn)品上的真空孔通過模具機(jī)構(gòu)實現(xiàn)；

c. 取消了火焰處理，因產(chǎn)品骨架本身采用ABS極性材料，滿足達(dá)因值要求；

d. 由2次烘烤改為1次烘烤，2條烘烤線改為1條烘烤線；

e. 陰模成形后不再需要單獨的切邊工序?qū)⒈砥げ眉舫伤璧男螤?，而是直接在陰模成形后滑動上刀模到成形工位，上下合模裁剪成后續(xù)包覆所需的形狀；

f. 由熱熔膠刮膠工藝取代水性膠噴膠工藝，由2次噴水性膠（第1次為骨架噴膠，第2次為陰模成形及切邊后表皮周邊背面噴水性膠，以便包覆）改為1次刮涂熱熔膠（即熱熔膠刮涂在TPO表皮背面）。

3.2 優(yōu)化后的成形工藝設(shè)備及模具

以上述某車型上裝骨架為例，工藝設(shè)計優(yōu)化后的陰模真空覆合成形工藝設(shè)備如下：

3.2.1 熱溶膠刮涂設(shè)備

對TPO表皮卷材涂覆熱熔膠，采用熱熔膠刮涂設(shè)備，工藝如圖3所示，工藝流程為卷材放卷、儲布箱、牽引、噴膠、冷卻、儲布箱、收卷。

傳統(tǒng)的水性膠采用機(jī)器人噴膠設(shè)備噴灑，浪費較大。而熱熔膠工藝采用刮涂設(shè)備，將熱熔膠加熱熔化后通過一定壓力送入刮涂設(shè)備，熱熔膠直接從兩片刮刀中間的間隙流出，刮涂到TPO表皮背面，故熱熔膠利用率更高。

3.2.2 陰模成形設(shè)備

陰模成形采用帶轉(zhuǎn)臺的雙工位IMGL設(shè)備（圖4），將涂覆后的TPO表皮鋪放在IMGL設(shè)備入口，通過傳輸鏈帶動表皮進(jìn)入設(shè)備加熱區(qū)，加熱后的表皮再傳輸?shù)匠尚螀^(qū)陰模成形。

將產(chǎn)品骨架放置在雙工位轉(zhuǎn)臺IMGL陰模下模，旋轉(zhuǎn)到成形區(qū)位置即IMGL陰模上模位置，與TPO加熱表皮一起，通過IMGL鎳殼模上下模閉合形成密閉空間，通過陰模真空覆合成形，將鎳殼模上模的紋理復(fù)制在TPO光表皮上，同時將產(chǎn)品骨架和TPO表皮粘接在一起，鎳殼模上模和切表皮的刀模整體輸送至成形工位，再上下合模切斷表皮，形成所需要的表皮尺寸，以便后工序包覆成形。

3.2.3 陰模真空成形結(jié)構(gòu)

陰模真空成形結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

陰模上模即鎳殼模，用于TPO光表皮的紋理成形，陰模上模自帶皮紋和真空孔，真空孔肉眼不易觀察，孔徑φ為（0.15±0.05） mm，間距為10～15 mm，陰模如圖6所示。

3.2.4 模具結(jié)構(gòu)

優(yōu)化的IMGL工況2套模具，安裝在同一臺陰模成形設(shè)備上，分別為IMGL陰模成形模具和IMGL刀模切邊模具。

a. IMGL陰模成形模具主要結(jié)構(gòu)如圖7所示。

b. IMGL切邊模具主要結(jié)構(gòu)如圖8所示。

3.3 改進(jìn)后的效果

以上述車型上裝骨架為例，采用上述設(shè)計優(yōu)化后的新工藝改進(jìn)效果如下：

a. 通過對比新工藝與現(xiàn)有的工藝，新工藝工序縮短、操作人員減少、節(jié)省場地，如表1所示。由表1可知，優(yōu)化后比優(yōu)化前減少6道工序，節(jié)省場地35 m2，同時減少2名操作人員。

b. 骨架放置在帶雙工位轉(zhuǎn)臺的IMGL設(shè)備上，放置骨架和取件的同時進(jìn)行成形及沖切表皮，節(jié)省了取放件時間，縮短了陰模成形周期，提升了生產(chǎn)效率，如表2所示。

由表2可知，采用帶雙工位轉(zhuǎn)臺的IMGL新設(shè)備每模周期縮短約15 s。

c. IMG上裝表皮與ABS骨架采用PUR熱熔膠工藝，與傳統(tǒng)的水性膠噴膠工藝相比，熱熔膠刮膠工藝的膠水利用率更高。傳統(tǒng)的水性膠工藝膠水利用率如表3所示，熱熔膠刮膠工藝的膠水利用率如表4所示。

由表3可知，傳統(tǒng)的水性膠噴膠工藝膠水利用率約為50%。

由表4可知，采用熱熔膠刮膠工藝的膠水利用率約為90%。

4 結(jié)束語

基于本文對IMGL工藝流程的改進(jìn)優(yōu)化結(jié)果，得出如下結(jié)論：

a.設(shè)計優(yōu)化后的IMGL成形工藝流程，工序減少6道，場地面積節(jié)省35 m2，操作人員減少2名；

b.基于以上的工藝設(shè)計理念，陰模成形周期縮短約15 s。

c.相比水性膠噴膠工藝，熱熔膠刮膠工藝減少了膠水的用量，膠水利用率提升至90%。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王志兵， 陳典漢. 關(guān)于IMG-L真空包覆儀表板高溫起泡的解決方案[J]. 汽車工藝與材料， 2023（3）： 39-42.

[2] 潘琦， 李亞喆， 江誠. 淺析IMG陰模真空成形儀表板的外觀缺陷及改善措施[J]. 汽車工藝與材料， 2018（10）： 68-72.

[3] 徐鈞， 劉兵， 郭慶. 表皮真空成形性能研究[J]. 機(jī)械， 2018， 45（4）： 15-17+23.