汽車內飾包覆零件設計與工藝研究

蔣志軍，張志剛，呂崇建，張明，李隆欣

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

前言

隨著汽車工業發展的速度越來越快，汽車生產商對汽車車型和汽車內飾的研發工裝也越來越重視，汽車內飾包括儀表板、中央通道、門飾板、側圍裝飾板等零部件，其中門飾板的包覆件設計，對于提升汽車的功能、舒適性和美觀性具有實際意義，因此得到廣泛應用和重視[1]。

1 包覆的定義

通過人工或設備在塑料制品、木制品、自然纖維制品、鋼制品等產品表面使用膠黏劑粘結上所需的軟質或硬質面料的方法。通過此法可以提高手的觸感、乘坐舒適性、便利性、安全性。

2 包覆種類（見圖1）

包覆種類分為：手工包覆、模壓包覆、陽模真空包覆、陰模真空包覆、平面硅膠膜壓包覆、3D硅膠膜壓包覆等[2]。

圖1 包覆種類[2]

3 門飾板包覆件

門飾板包覆件主要包括：上裝飾板包覆總成和中裝飾板包覆總成及扶手包覆總成[3]，本文通過以扶手包覆總成（見圖2）為例分析其材料和A面造型及結構與包覆工藝之間的關系。

圖2 扶手包覆總成

3.1 材料選擇

3.1.1 考慮為了降低成本我們選擇了骨架的材料是PP-TD20

其次根據大量對標得出骨架材料選用 PP原料占調查車輛總數的70%以上，因PP-TD20材料是一種半結晶結構，其中的晶體為球形[4]，通過顯微鏡測量，PP塑料的表面粗糙度為7～15nm之間，火焰處理（溫度1000℃）后粗糙度可達到40nm左右（見圖3），生成含氧的極性親水基團（如羧基等），使其表面的張力增加，提高了吸附力，因為 PP為非極性材料，吸附力很差，必須進行火焰處理，且要用達因筆測試，使其表面張力達到38達因以上（見圖4）。若低于38達因，則很容易產生開膠缺陷。

3.1.2 考慮扶手的觸感要求

根據大量對標其他車型，并經密度測試得到PVC+PP泡綿（面料規格：PVC厚度1.0±0.2mm，PP泡沫厚度2.0mm，密度25kg/m3）的觸感最佳。

圖3 扶手骨架火焰處理

圖4 扶手骨架張力檢查

3.1.3 考慮面料與骨架的剝離力性能要求

在膠水選擇方面：通過與各膠水廠商交流和對零部件供應商膠水使用情況進行實地調研及對各牌號的水性膠水進行測試，發現不同工藝參數（膠水與固化劑的配比、膠水烘干溫度和時間、固化時間等），導致的面料與骨架間的剝離力也不一樣，經過實際驗證得知，選用其中一款按膠水廠家推薦參數，如水性膠水與固化劑配比20:1，膠水配好后必須在60分鐘內用完，不然會影響膠水粘結性能[5]，烘干溫度 83±3℃，烘干時間不低于10分鐘，包覆成型后一般至少固化12小時后才能做相關性能試驗，結果滿足相關性能要求，也因水性膠黏劑比油性膠水更環保所以得到廣泛應用。

3.2 工藝選擇

根據面料的選擇和公司對品質一致性及企業標準BAS-328性能的要求，我們的工藝方案是：

3.2.1 扶手骨架成型工藝：注塑成型

3.2.2 扶手包覆總成的成型工藝（見圖5）：真空吸覆

圖5 真空吸覆成型

3.2.3 肘靠成型工藝流程圖：見圖6

圖6 工藝流程[6]

3.3 扶手A面造型包覆工藝可行性分析

3.3.1 經測量骨架A面最小圓角R為1.0mm

根據的實際驗證得知，如果骨架A面最小圓角R小于1.5mm，在真空包覆成型作業過程中尖角處燙傷PVC皮，在真空負壓作用下，內應力不斷增大，最終在尖角周圍的內應力作用下拉破表皮，這種破口一般較大且收縮成圓形，拉伸較大的一側，多伴隨粘結不良（見圖7和圖8），為了避免粘結不良，骨架A面最小圓角R需要大于1.5mm，但是因我們選擇的最小面料厚度為2.8mm，所以骨架A面最小圓角R需大于等于2.8mm。

圖7 尖角

圖8 粘結不良（開膠）

3.3.2 經測量骨架最窄面寬為35mm

圖9 窄面實測

圖10 剛性弱

根據實際驗證得知，如果骨架A面最小面寬小于20mm，骨架在表皮壓力作用下，骨架很容易折斷，并且剛性也很弱，不利用真空包覆成型（見圖9和圖10），因實際測量該扶手骨架最窄面寬大于10mm，結果是滿足包覆成型。

3.4 扶手結構包覆工藝可行性分析

3.4.1 經測量骨架B面結構與翻邊間距為3.0mm（見圖11）

根據實際驗證得知，如果間距過小，不利于包邊工具操作，包邊工具厚度一般為 5.0mm，結合最小面料厚度為2.8mm，骨架B面結構與翻邊間距最小為包邊工具厚度加上面料厚度的總和為7.8mm，由此可知不僅不利于包邊，還多伴隨多余料凸起，影響匹配。所以設計時應必須考慮包邊工具操作空間，同時也需要結合各供應商的實際情況（不同供應商包邊工具有所不同）。

圖11 工具操作空間實測

3.4.2 經測量面料反包到B面的余料寬度大于10mm

根據實際驗證得知，如果不能反包或包邊面料寬度小于10mm，包覆成型后PVC表皮內部殘存的張緊力會漸漸釋放，使得出現面料從骨架上脫離質量問題（見圖 12），為了避免出現此類質量問題，若不能反包，需在距面料邊界上方 4.0±1.0mm處打釘固定，相鄰兩釘間距需30.0±5.0mm（見圖13），若可以反包，包邊面料余料寬度需大于 10mm,并保證包邊邊界處切口整齊（見圖14）。

圖12 面料與骨架脫離

圖13 打釘固定

圖14 包邊邊界切口整齊

3.4.3 經測量骨架真空孔大小均為1.5mm

正投影面上相鄰兩孔距（實際測量了 3組）分別為：70.5mm、55.8 mm、35.5 mm，側面沒開孔，拉伸翻邊面上相鄰兩空空間（實測3組）分別為28.8、41.2、26.2（見圖15），根據實際驗證得知，如果真空孔徑小于面料的60%，孔距超過6.0mm，特別在陰角處的面料與骨架出現脫離質量問題（見圖 7），由此可見扶手的真空孔徑小于 60%的最小面料厚度1.68mm，孔距也符合，所以需要將真空孔徑尺寸改成 1.68 mm，距陰角3.0±1.0mm處的相鄰兩孔距改成6.0±0.5mm，非拉伸面上的真空孔距小于等于 50mm±0.5mm，側面孔徑和相鄰兩孔孔距大小參照陰角處的真空孔。

圖15 真空孔測量

3.5 扶手與周邊件匹配可行性分析

3.5.1 經測量扶手與門內拉手的匹配處最大間隙為1.0mm

超出DTS規定的干涉1.0mm（見圖16），根據實際驗證得知，在真空包覆成型后，特別是在拉伸區域表皮受熱拉伸，厚度會有損失，所以在骨架設計時一定要考慮補償設計，特別是與周邊件有匹配關系處，除了需要考慮干涉量，也有考慮面料拉伸后的厚度變化，對于面料拉伸后的殘余厚度與面料的拉伸伸長率和拉伸長度有關系，常用的解決措施是在骨架上加膠補償。

圖16 扶手與門內拉手匹配間隙

3.5.2 經測量扶手與開關面板的匹配處開關面板高出扶手0.5mm

圖17 扶手與開關面板匹配處面差

超出DTS規定的干涉-0.5/0mm（見圖17），根據實際驗證得知，在真空包覆成型后，特別是在拉伸區域表皮受熱拉伸，厚度會有損失，并且產品邊界處的表皮厚度要比其他區域薄，所以在骨架設計時一定要考慮補償設計，除了需要考慮合適的干涉量，也有考慮面料拉伸后的厚度變化，對于面料拉伸后的殘余厚度與面料的拉伸伸長率和拉伸長度有關系，常用的解決措施是在骨架上加膠補償。

3.5 扶手包覆輔助工器具可行性分析

3.5.1 經手工包邊驗證得知（見圖18）

一個熟練工平均每個件的包邊時間大約需要20分鐘，并且包邊后的邊界不整齊，這樣一來，不僅影響了匹配后的效果，而且還影響了包邊效率，為了解決此類問題，需要通過包邊輔助工裝來保證包邊質量（見圖19）。

圖18 手工包邊

圖19 包邊工裝

4 結論

通過以上扶手包覆驗證，得到了很多的參數，這些參數對優化設計有著非常重要的指導意義，從驗證過程可見一個合格的包覆件設計不但與面料和骨架及膠水材料選擇和A面造型及結構有著密切關系，而且與過程中的膠水活化溫度、表皮溫度、基材溫度、真空壓力、保壓冷卻時間等同樣有著非常密切的關聯，不同的設計和不同的工藝參數，出現的結果也不同，因此當出現包覆缺陷時，應綜合當前材料性質、造型、結構、工藝狀態及溫度環境才能進行合理判斷，找出缺陷形成的原因，從而從根本上解決問題，以此來提高產品品質。

參考文獻

[1] 張清官,杜建輝,丁衛臣,王強.汽車門護板包覆工藝與結構的研究.長城汽車股份有限公司.2014.

[2] 汽車內飾表皮包覆真空吸附增壓技術.上海力升機械設備有限公司.百度文庫.2016.

[3] 門飾板面料包覆工藝.海馬研發.2015.

[4] 燕飛.聚丙烯表面改性涂層材料的研究[M].武漢理工大學.2014.

[5] 朱健琦.熱壓件與包覆件質量控制.延峰偉世通汽車飾件系統有限公司.百度文庫.2015.

[6] 汽車內飾包覆工藝及流程.上海力升機械設備有限公司.百度文庫.2016.