汽車塑料件成型加工技術的研究

摘 要：近些年，汽車塑料件的使用頻率不斷增大，汽車燃油箱、儀表板、車窗等結(jié)構均實現(xiàn)了對塑料件的有效應用，其中的車窗結(jié)構設計中，甚至考慮了在安全事故面前的逃生需求，采取注射—壓縮成型工藝進行塑料車窗制造，不僅提升了車窗的透明度、抗紫外線和抗刮擦水平，還起到降低車內(nèi)溫度的作用，當突發(fā)安全事件時，車內(nèi)人員可以輕易打破車窗逃生?？梢姡囁芰霞膽们熬按蠛?，不僅滿足功能性需求，還具備安全環(huán)保和節(jié)能的特征。因此，下文對研究汽車塑料件成型加工技術的必要性進行分析后，結(jié)合塑料件成型技術的應用現(xiàn)狀，對已有的汽車塑料件成型加工技術進行梳理，旨在進一步促進汽車塑料件的推廣與應用。

關鍵詞：汽車塑料件；成型加工技術；模具制造

歐盟標準中明確指出，汽車部件中必須有85%以上的材料為可回收材料，在2015年的修訂文件中，又將這一標準提升至95%，可見，汽車制造領域中將逐漸取代不可回收材料，可回收型汽車塑料件成為今后研發(fā)和應用的要點。納米材料以及復合材料不僅材料性能突出，且具備可回收的特性，在汽車塑料件加工中得到廣泛應用，同時也在一定程度上強化了汽車塑料件的功能性。因此，十分有必要就汽車塑料件的成型加工技術進行梳理和研究，使其在今后的汽車生產(chǎn)領域中發(fā)揮更大的利用價值，為汽車行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。

一、研究汽車塑料件成型加工技術的必要性

（一）在汽車的生產(chǎn)過程中

汽車的金屬配件慢慢地發(fā)展為塑料化配件，塑料件的應用也越來越廣泛，包括汽車的座椅、頂棚、拉手以及車燈等等。然而在汽車塑料件成型加工過程中，還存在一些技術上的不穩(wěn)定性，使得汽車塑料件加工技術發(fā)揮不出應有的水平。在汽車塑料件生產(chǎn)過程中，相關人員應該結(jié)合實際的生產(chǎn)情況，找出實際產(chǎn)品加工過程中存在的問題，再加以總結(jié)分析，以此來確定未來行業(yè)發(fā)展的實踐策略。

（二）在節(jié)能減排的背景下

汽車塑料件加工和應用成為汽車制造行業(yè)發(fā)展的重要趨勢。由于塑料件相較于金屬構件的重量輕，且塑料件的加工制造成本偏低，使用塑料件大量替代金屬構件不僅可以降低汽車制造成本，而且能夠減輕車身重量，使其運行能耗得到有效控制。由此可見，汽車塑料件的使用不僅滿足節(jié)能減排需求，還符合汽車制造的成本控制需求。但隨著汽車塑料件加工數(shù)量的增大和使用頻率的增多，在汽車塑料件的成型加工技術方面暴露出了一系列問題，對塑料件的應用產(chǎn)生了一定的阻礙。因此，急需對現(xiàn)有的汽車塑料件成型加工技術進行梳理和研究。

二、汽車塑料件成型加工技術的應用現(xiàn)狀

汽車生產(chǎn)技術在多種高新技術的支持下取得了較大的進展，同時在市場需求和節(jié)能減排需求的雙重影響下，汽車構件趨于塑料加工的方向發(fā)展，可以說當前的汽車塑料件已經(jīng)占據(jù)越來越重要的地位，長期發(fā)展以來對塑料件的功能性提出了更高的要求。目前來看，汽車塑料件正呈現(xiàn)出輕量化的特征，不僅厚度減小，且剛度增大，這得益于納米材料和多種復合型材料在汽車塑料件加工生產(chǎn)中的應用。而汽車制造業(yè)快速發(fā)展的形勢下，人們對汽車塑料構件的功能和性能也提出了更高的要求，現(xiàn)有的塑料件成型加工工藝已經(jīng)無法滿足當前的汽車制造生產(chǎn)需求，因此相關技術人員需要積極研究新的生產(chǎn)工藝，并采用新材料提升塑料件的加工制造質(zhì)量，使其能夠更好地服務于汽車制造行業(yè)的發(fā)展[1]。

三、汽車塑料件成型加工技術研究

（一）可熔型芯注射中空成型技術

成型加工的原理是，將熔點較低的金屬制成模具，用于生產(chǎn)各種形狀復雜且內(nèi)部尺寸精度要求較高的中空塑料構件。在實際加工中先將低熔點的金屬可熔型芯放入模具中，形成特定的形狀和大小后，通過加熱的方式將可熔型芯熔化，得到一個內(nèi)壁光滑且尺寸精準的中空塑料件。該項技術應用中的要點是要確保在注射塑料時可熔型芯不發(fā)生熔化，同時保障金屬熔化后不會對塑料產(chǎn)生腐蝕影響，且當加熱可熔型芯至熔化時塑料件不發(fā)生變形。此種加工方式支撐的塑料件在實際應用中表現(xiàn)出了良好的節(jié)能降耗效果，因其內(nèi)部相對光滑，可有效減少氣體以及液體的阻力，一定程度上降低了汽車運行的能耗。另外，在加工生產(chǎn)時，還可根據(jù)塑料件的應用需求對塑料件的壁厚進行科學調(diào)整，確保在滿足使用需求的前提下減少壁厚，杜絕了生產(chǎn)材料浪費的問題。

（二）3D擠吹成型技術

3D擠吹成型技術主要被用于加工異型中空類塑料管件，加工作業(yè)中不僅很少出現(xiàn)廢料，且加工成型的構件無飛邊表現(xiàn)。此外，其加工優(yōu)勢還體現(xiàn)在成型質(zhì)量方面，加工完成后僅需切除較小的料邊，基本無需對成型構件的外部直徑進行二次修整，塑料件的管壁厚度也較為均勻，整體強度一致，在一定程度上延長了使用壽命。在汽車制造工業(yè)快速發(fā)展的形勢下，對塑料件的成型加工要求也顯著提升，其中不乏一些異型中空管件，而3D擠吹成型技術作為較為可靠的異型管件成型工藝，必定也會取得進一步發(fā)展。在實際加工中，是通過將型坯擠出后使之貼合在模具壁上，待其充滿模具內(nèi)壁后，另一邊的模具則合并包裹型坯，此時整個型坯與模具緊密貼合，制成異型中空構件[2]。

（三）汽車塑料玻璃成型技術

汽車塑料玻璃的應用是實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑，對于汽車行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有一定的推動性作用，屬于汽車制造行業(yè)發(fā)展的新方向。目前，汽車塑料玻璃已經(jīng)被應用于汽車全景天窗、固定窗和前后車窗上，塑料玻璃的全面應用使得車窗重量減輕了近50%，且在加工制造中表現(xiàn)出了比玻璃車窗更大的自由度。進行汽車塑料玻璃開發(fā)時，需要重點了解汽車玻璃在使用中存在的不足和問題，基于已有的問題，明確汽車塑料玻璃研究的大方向，對其性能和功能進行超前設計，確保其能夠滿足汽車制造工藝今后的發(fā)展要求[3]。在不斷的研究和實踐中，汽車塑料玻璃的制造工藝取得了較大的進展，無論是原料生產(chǎn)，還是模具制造等相關配套產(chǎn)業(yè)均在不斷進步與發(fā)展，這為汽車塑料玻璃的制造工藝創(chuàng)造了良好的條件。

1.塑料車窗的表面硬化涂層處理

對塑料車窗表面進行硬化處理的目的是提升車窗的抗刮擦性能，同時起到防護紫外線的作用，在以往的車窗加工中，通常會采取濕法涂層工藝對車窗表面進行硬化處理。而如今已經(jīng)逐步使用等離子涂層技術來取代，其屬于低溫處理工藝的一種，不會出現(xiàn)塑料車窗變形問題，硬化處理的可靠性也較為突出。

2.模內(nèi)薄膜層壓技術

除較為傳統(tǒng)的硬化處理技術以外，也可以采取模內(nèi)貼膜的方式來起到硬化處理作用，此種加工方式可以在保障塑料車窗透明度的基礎上，發(fā)揮更好的抗紫外線作用，且抗沖擊性能更好。經(jīng)過模內(nèi)薄膜層壓處理后的車窗呈現(xiàn)出更好的物理防護性能，對紫外線的阻隔能超過99%，可有效減少因陽光照射產(chǎn)生的熱量，起到較好的降溫作用，可在一定程度上降低對空調(diào)的使用率，起到節(jié)能降耗的作用。

3.塑料車窗的注射—壓縮成型

PC塑料車窗的材質(zhì)過于堅硬，當發(fā)生事故時乘客很難從車內(nèi)打破車窗逃生。因此，在塑料車窗加工中使用了PMMA吹塑薄膜工藝，由于其在膜泡冷卻線位置會產(chǎn)生較為細微的瑕疵，在受到反方向應力的影響時，可在張力狀態(tài)下產(chǎn)生斷裂，這使得乘客可以從內(nèi)部輕松地打破車窗逃生。PMMA吹塑薄膜的成型工藝是，先將PMMA薄膜放入膜腔，并在背部注射PC材料，為能保障拋光模具不發(fā)生損壞，則需保障薄膜定位的準確性。進行背部注射時，需要注意觀察薄膜狀態(tài)，避免出現(xiàn)起皺問題，且要做好注射點熔體流速、注射點和澆口點數(shù)量等關鍵工藝參數(shù)的設計工作[4]。部分情況下為了降低填充作業(yè)時的熔化壓力，使薄膜和模具所受應力得到有效控制，還需采取注射—壓縮成型技術進行加工處理。此種成型工藝的優(yōu)勢在于可以生產(chǎn)出抗沖擊性能更好的塑料車窗，且表現(xiàn)出優(yōu)異的環(huán)保性能。

4.塑料玻璃車窗的成型模具

塑料玻璃車窗產(chǎn)品雖然實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)目標，但其產(chǎn)品數(shù)量與其他構件相比，相對較少，因此，如果所用成型模具的成型次數(shù)有限則很可能產(chǎn)生較大的成本投入。在選用成型模具時，要優(yōu)先選擇使用次數(shù)較多，且抗疲勞能力較強的模具材料?；谒芰喜Ａк嚧暗某杀究刂菩枨?，研發(fā)了兩種成型模具：其一，鋁制模具。在加工制造時，先進行粗加工，再進行精細打磨與拋光，此后采取硬鍍鉻技術對表面進行硬化處理，使其具備更強的耐磨性能。據(jù)相關研究數(shù)據(jù)顯示，將鉻和銅等作為表面處理材料進行硬鍍處理后的鋁模具有效成型次數(shù)可達20 000次以上。同時，加工速度也相對較快，可節(jié)約近70%的成本。其二，軟鋼模具。直接利用CNC設備進行加工處理即可，無需進行再次拋光，此種模具是依靠模內(nèi)已有的薄膜來增強其表面光滑度，一般只需進行一側(cè)拋光，模具的有效成型次數(shù)為50 000次，相較于傳統(tǒng)的模具使用成本降低了40%左右。

（四）汽車油箱成型技術

1.雙片熱成型工藝

雙片熱成型設備由上下兩片結(jié)構組成，具體加工中，可以根據(jù)油箱的加工需求在片材內(nèi)側(cè)添加其他部件，使其滿足復雜結(jié)構的加工需要。一般雙片熱成型的片材由6層組成，生產(chǎn)的油箱很少出現(xiàn)漏油問題，其油箱滲漏量明顯低于汽油泄漏值標準。因此，在復雜結(jié)構的油箱制造中得到廣泛應用。

2.多層共擠出油箱中空成型工藝

中空塑料燃油箱已經(jīng)成為汽車燃油箱發(fā)展的主要方向，因汽車燃油系統(tǒng)的HC化合物排放量高達45%，對于汽車排放標準具有直接影響，為此，只有提升燃油箱的阻隔性能才能使汽車排放達標。而多層共擠出油箱中空成型工藝不僅可以提升油箱的阻隔性能，還可顯著增強油箱結(jié)構的剛度，且油箱整體的重量也有所降低，符合汽車制造工藝的輕量化發(fā)展需求，因此備受相關技術人員的關注，在汽車制造中的應用頻率也越來越大。利用多層共擠出成型工藝制造的油箱由6層組成，主要涉及內(nèi)層、焊接層、阻隔層、黏結(jié)層、回收料層和外層，多層材料的有效組合充分發(fā)揮了材料的性能優(yōu)勢，使得油箱結(jié)構更加緊固，目前，美國有90%以上的汽車均使用多層共擠出油箱中空成型構件。

我國工業(yè)技術的發(fā)展也進一步推動了多層共擠出油箱中空成型工藝的進展，自主研發(fā)的6層共擠出中空成型機最大可支持200升塑料汽車燃油箱，且在擠出裝置中配置了軸向壁厚控制系統(tǒng)，還裝置了徑向壁厚控制系統(tǒng)，可以借助電氣控制的方式有效提升油箱成型的標準化加工，為塑料中空油箱的批量化生產(chǎn)創(chuàng)造了可能。其中連續(xù)擠出多層共擠機頭在油箱成型工藝中占據(jù)重要的地位，是保障成型質(zhì)量的核心技術，只有保障連續(xù)擠出多層共擠機頭的性能滿足成型加工需求，才能保障對每一層擠出材料的科學控制，降低材料分布對成型加工質(zhì)量的不利影響，確保其可根據(jù)最初的設計需求，對各個擠出層的質(zhì)量進行科學控制。螺旋芯棒組合系統(tǒng)的多段結(jié)構最大可滿足7層加工要求，因此在一些特殊要求的油箱成型工藝中也可被廣泛應用。在油箱中空成型工藝中，對于多層共擠出機頭的流變設計是十分關鍵的工藝要點，要確保其不對原料分布產(chǎn)生依賴，避免在作業(yè)中受到材料分布的直接影響，且在低壓擠出的狀況下可以具備較好的自潔功能和高效的擠出量，使得各個層間的原料得到合理分布，提升油箱中空成型工藝的整體應用水平。

（五）汽車儀表板成型技術

汽車儀表板生產(chǎn)中既要滿足功能性需求，還需具備舒適性和裝飾性，通常有硬質(zhì)儀表板和軟質(zhì)儀表板之分。其中的硬質(zhì)儀表板是將EPDM/PP等作為主要填充材料，或采用耐熱材料直接注塑成型，制造成本相對較低，雖然能夠滿足功能性和經(jīng)濟性需求，但舒適性欠佳，且裝飾效果不甚理想，通常被應用于A級或A級以下的車型。而軟質(zhì)儀表板通常是先制造骨架材料，再使用發(fā)泡層填充，外部表面采用TPO材料包裹，不僅色澤柔和觸感好，且具備較好的裝飾效果，在B級以上的車型中較為常用。在儀表骨架加工中，要注意做好對骨架材料的選擇，使其剛度符合支撐要求，確保相關連接附件和支撐附件在高振動的影響下也可正常工作。此外，還要提升汽車儀表板結(jié)構的吸能性，確保當發(fā)生意外事故時，減少對駕駛?cè)藛T和乘客的沖擊影響。

結(jié)語

汽車制造工藝在近些年已經(jīng)取得了較大的進展，各種新型材料在汽車制造中的應用不僅提升了汽車的功能性，還在一定程度上減輕了汽車整體的自重，側(cè)面降低了汽車能耗。其中，塑料件在汽車制造中的大量應用使得汽車輕量化發(fā)展成為可能，尤其是納米技術和復合材料的應用不僅提升了塑料件的強度和剛度，還顯著提升了塑料件成型的自由度，為塑料件在汽車制造中的廣泛應用創(chuàng)造了無限可能。可見，汽車塑料件的應用已經(jīng)成為汽車制造事業(yè)的必然發(fā)展方向，且應用前景顯著。

參考文獻：

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