儀表板發泡工藝和模具簡介及應用

張敏

摘 要：本文主要介紹汽車軟質儀表板的發泡工藝和模具，及其在DPCA（神龍汽車有限公司）實際項目開發中的運用。

關鍵詞：軟質儀表板；儀表板發泡工藝；發泡模具；發泡模具開發

一、概述

汽車儀表板根據加工工藝可分為硬塑儀表板、真空復合儀表板、軟質發泡儀表板。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。軟質儀表板是在表皮和骨架直接填充聚氨酯泡沫，通過發泡模具成型。軟質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用。本文將重點軟質發泡儀表板的材料、工藝、模具和設備，以及在實際項目開發中的運用。

二、儀表板發泡工藝介紹

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

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，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，還沒有反應完全，需要掛在懸掛鏈上進行后處理，該過程需要6小時。

三、儀表板發泡模具介紹及應用實例

3.1 發泡模具澆注方式

儀表板發泡有兩種澆注方式：

1）開模澆注：發泡原料在發泡模合模前注入。適合于發泡面積大，骨架型面相對復雜的產品。

2）閉模澆注：發泡原料在發泡模合模后注入。適合于發泡區域較小、流程短，骨架型面平坦的產品。

3.2 發泡模具兩種澆注方式比較

3.3 發泡模具開發周期

發泡模具從發放開模指令到第一次試模的周期為24周左右。制定發泡模具開發計劃時，需結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模具供應商，一般開發周期為4.5個月。搪塑模具供應商在日本和德國，制定計劃時按照周期較長的德國供應商排計劃，德國搪塑模具供應商從發放開模指令到第一批表皮運輸至中國的周期為26周左右，如表皮有假縫線，周期會適當增加。

3.4 儀表板發泡模具整體密封方案的設計

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。整體方案的設計，首先根據造型面的限制來選定各局部的密封方式，然后根據初步選定的組合密封方案進行CAE模擬分析，根據分析結果在對局部進行密封方式調整或者在相關密封位置增加排氣功能。

發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。設計產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面與骨架在密封區域需要設計1.5～2mm間隙。

2）硬密封，如果產品某部分需要設計成硬壓邊密封，那就需要在儀表板骨架上設計相應的硬密封筋，即表皮與骨架零接觸。實際生產中，需要對骨架上的密封筋高度進行調整，以滿足表皮和骨架的匹配，減少溢料缺陷。

3）自密封，自密封優點：材料節省，無工藝邊；重量減少，避免了雙層骨架結構；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。使用自密封設計時，需考慮專利因素。

3.5模具溫度控制

通過模具溫控系統和水路布置來調節模具溫度。冷卻水路一般緊貼產品面，達到良好的冷卻目的。上下模如使用全鋁，可在鑄鋁時放置冷卻水路；如使用環氧，可在澆注環氧樹脂時，布置冷卻水路。

3.6 人機工程分析

發泡模具設計需考慮人機工程，保證良好操作性。根據國內供應商實際生產情況，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。滿足工人連續工作8至12小時的勞動強度要求。

3.7 模具壽命及模具投資套數

儀表板發泡模具壽命能到達70萬以上。在實際的模具投資中，受產品生產節拍的限制，為滿足產品量綱即單日生產峰值，往往需要增加模具投資。目前DPCA儀表板發泡模具生產節拍為270S至300S之間。

四、儀表板發泡模具制造

4.1 發泡模具材料

DPCA儀表板發泡模具材料為鑄鋁和環氧樹脂，優缺點如下：

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

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

4.2 發泡模具制造

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

根據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，循環水管排布，翻砂鋁模制造，通過CNC按照數據加工出上模。

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

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

參考文獻

[1]《一種軟質儀表板的制造工藝》 周超群 陳之中.