儀表板發(fā)泡工藝和模具簡介及應(yīng)用

張敏

摘 要：本文主要介紹汽車軟質(zhì)儀表板的發(fā)泡工藝和模具，及其在DPCA（神龍汽車有限公司）實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：軟質(zhì)儀表板；儀表板發(fā)泡工藝；發(fā)泡模具；發(fā)泡模具開發(fā)

一、概述

汽車儀表板根據(jù)加工工藝可分為硬塑儀表板、真空復(fù)合儀表板、軟質(zhì)發(fā)泡儀表板。硬塑儀表板直接注塑而成，零件表面帶有紋理。真空復(fù)合儀表板是將加熱的PVC表皮通過真空吸附在上模，模具合模后粘貼壓制在注塑儀表板本體上。軟質(zhì)儀表板是在表皮和骨架直接填充聚氨酯泡沫，通過發(fā)泡模具成型。軟質(zhì)儀表板由于良好的觸感、均勻的紋理和光澤在中高檔車上被廣泛應(yīng)用。本文將重點(diǎn)軟質(zhì)發(fā)泡儀表板的材料、工藝、模具和設(shè)備，以及在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中的運(yùn)用。

二、儀表板發(fā)泡工藝介紹

儀表板發(fā)泡工藝為將聚醚和聚氨酯充分混合后通過澆注頭注入發(fā)泡模具的表皮和骨架之間，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，在幾分鐘內(nèi)形成具有一定高分子量和一定交聯(lián)度的聚氨酯泡沫體。第一個主要反應(yīng)生成聚氨酯，第二個主要反應(yīng)生成聚脲（泡沫的骨架），上述兩個反應(yīng)都屬于鏈增長反應(yīng)，后者還生成二氧化碳，因而即可以看作鏈增長反應(yīng)，又可視為發(fā)泡反應(yīng)。聚氨酯發(fā)泡工藝流程如下：

1）配料。按照配方配制原材料。

2）澆注。按照一定的流量和澆注時間通過混合頭向模具中注入原材料。并控制原料的溫度，模具的溫度以及澆注時的壓力。

3）成型。兩種原料在一定的溫度下反應(yīng)，成型時間一般為幾分鐘。

4）脫模。模具開啟，零件從模具中被取出。

5）開孔。泡沫出模后，需要進(jìn)行開孔，使泡孔破裂，否則泡沫容易收縮。

6）后熟化。泡沫出模后，還沒有反應(yīng)完全，需要掛在懸掛鏈上進(jìn)行后處理，該過程需要6小時。

三、儀表板發(fā)泡模具介紹及應(yīng)用實(shí)例

3.1 發(fā)泡模具澆注方式

儀表板發(fā)泡有兩種澆注方式：

1）開模澆注：發(fā)泡原料在發(fā)泡模合模前注入。適合于發(fā)泡面積大，骨架型面相對復(fù)雜的產(chǎn)品。

2）閉模澆注：發(fā)泡原料在發(fā)泡模合模后注入。適合于發(fā)泡區(qū)域較小、流程短，骨架型面平坦的產(chǎn)品。

3.2 發(fā)泡模具兩種澆注方式比較

3.3 發(fā)泡模具開發(fā)周期

發(fā)泡模具從發(fā)放開模指令到第一次試模的周期為24周左右。制定發(fā)泡模具開發(fā)計(jì)劃時，需結(jié)合儀表板骨架注塑模具和表皮搪塑模具一起制定。DPCA（神龍汽車有限公司）車型骨架注塑模具為國內(nèi)模具供應(yīng)商，一般開發(fā)周期為4.5個月。搪塑模具供應(yīng)商在日本和德國，制定計(jì)劃時按照周期較長的德國供應(yīng)商排計(jì)劃，德國搪塑模具供應(yīng)商從發(fā)放開模指令到第一批表皮運(yùn)輸至中國的周期為26周左右，如表皮有假縫線，周期會適當(dāng)增加。

3.4 儀表板發(fā)泡模具整體密封方案的設(shè)計(jì)

模具上一般采用兩種或三種密封方式共同組成整體密封方案。整體方案的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)造型面的限制來選定各局部的密封方式，然后根據(jù)初步選定的組合密封方案進(jìn)行CAE模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果在對局部進(jìn)行密封方式調(diào)整或者在相關(guān)密封位置增加排氣功能。

發(fā)泡模具密封方式一般為三種：充氣密封條、硬密封、自密封（HPI）。下面分別介紹這三種密封方案。

1）充氣密封條，典型的軟密封條為直徑10mm的硅膠軟管，布置在模具的型腔側(cè)。設(shè)計(jì)產(chǎn)品時需要在零件的端頭和A面端頭各留出至少7mm距離，表皮B面與骨架在密封區(qū)域需要設(shè)計(jì)1.5～2mm間隙。

2）硬密封，如果產(chǎn)品某部分需要設(shè)計(jì)成硬壓邊密封，那就需要在儀表板骨架上設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬密封筋，即表皮與骨架零接觸。實(shí)際生產(chǎn)中，需要對骨架上的密封筋高度進(jìn)行調(diào)整，以滿足表皮和骨架的匹配，減少溢料缺陷。

3）自密封，自密封優(yōu)點(diǎn)：材料節(jié)省，無工藝邊；重量減少，避免了雙層骨架結(jié)構(gòu)；減少銑切加工；改善零件匹配即在可視面上，表皮和骨架零間隙。使用自密封設(shè)計(jì)時，需考慮專利因素。

3.5模具溫度控制

通過模具溫控系統(tǒng)和水路布置來調(diào)節(jié)模具溫度。冷卻水路一般緊貼產(chǎn)品面，達(dá)到良好的冷卻目的。上下模如使用全鋁，可在鑄鋁時放置冷卻水路；如使用環(huán)氧，可在澆注環(huán)氧樹脂時，布置冷卻水路。

3.6 人機(jī)工程分析

發(fā)泡模具設(shè)計(jì)需考慮人機(jī)工程，保證良好操作性。根據(jù)國內(nèi)供應(yīng)商實(shí)際生產(chǎn)情況，一般模擬一個身高為170cm的男子放置表皮、骨架、開模取件的整個過程。滿足工人連續(xù)工作8至12小時的勞動強(qiáng)度要求。

3.7 模具壽命及模具投資套數(shù)

儀表板發(fā)泡模具壽命能到達(dá)70萬以上。在實(shí)際的模具投資中，受產(chǎn)品生產(chǎn)節(jié)拍的限制，為滿足產(chǎn)品量綱即單日生產(chǎn)峰值，往往需要增加模具投資。目前DPCA儀表板發(fā)泡模具生產(chǎn)節(jié)拍為270S至300S之間。

四、儀表板發(fā)泡模具制造

4.1 發(fā)泡模具材料

DPCA儀表板發(fā)泡模具材料為鑄鋁和環(huán)氧樹脂，優(yōu)缺點(diǎn)如下：

1）鑄鋁：直接在鑄鋁上加工，對設(shè)備、操作者技術(shù)要求不高；如有模具更改需求，加工量較大；

2）鑄鋁+環(huán)氧樹脂：模具重量較輕，有改模需求時更改量??；主模型的環(huán)氧澆注工藝復(fù)雜，對環(huán)境（溫度、濕度）和操作者技術(shù)要求高，模具壽命較鑄鋁短，

4.2 發(fā)泡模具制造

發(fā)泡模具由上模和下模兩部分組成，組裝后放入發(fā)泡模架進(jìn)行生產(chǎn)。目前DPCA主要的兩家儀表板供應(yīng)商分別采用通用模架和一體式專用模架。發(fā)泡模具制造流程如下：CNC銑出主模型和滑塊，組裝，澆注環(huán)氧樹脂得到下?；蛘逤NC數(shù)控銑出下模，裝配滑塊等；CNC數(shù)控銑出上模，裝配滑塊、抽芯等。

根據(jù)不同模具材料有如下上、下模制造過程。

1）鑄鋁上模：苯乙烯模型制造，循環(huán)水管排布，翻砂鋁模制造，通過CNC按照數(shù)據(jù)加工出上模。

2）環(huán)氧上模：苯乙烯模型制造，翻砂鋁質(zhì)框架制造，循環(huán)水管排布，簡易環(huán)氧模型制造，將鋁質(zhì)框架放在環(huán)氧模內(nèi)，澆環(huán)氧復(fù)制出環(huán)氧模粗坯；環(huán)氧模粗坯通過CNC加工出環(huán)氧上模。

3）鑄鋁下模：苯乙烯模型制造；循環(huán)水管排布；翻砂鋁模制造；鋁模通過CNC加工出發(fā)泡模上模。

參考文獻(xiàn)

[1]《一種軟質(zhì)儀表板的制造工藝》 周超群 陳之中.