真空成型工藝花紋損失改善研究

◆李秀峻/ 文

0 引言

乘用車內飾上裝零件部分用到PVC陽模真空成型工藝，由于成型原理限制，會造成花紋損失，以致總成上裝PVC花紋同比對手件（競爭對手的產品）存在視覺差異。而隨著市場端質量感知能力和要求的不斷提高，此問題越發引起業內的高度重視。

本文從陽模成型和陰模成型兩種工藝的分析對比入手，研究了通過預縮原皮花紋改善真空成型后花紋損失的解決方法。

圖1 陽模表皮復合成型過程圖

1.陽模/陰模真空成型工藝工藝分析

1.1 陽模真空成型工藝

陽模成型過程是在已印有花紋的表皮上，通過加熱拉伸并抽真空將表皮復合到產品骨架上成型的過程。具體可見圖1。

1.2 陰模真空成型工藝

陰模成型過程是表皮（無花紋）先加熱拉伸，再連同帶花紋的模腔一同跟骨架成型復合的過程。具體可見圖2。

1.3 陽模/陰模真空成型工藝優缺點對比

為較全面地體現兩種工藝差異，分別從花紋成型過程、設備投資、模具投資、表皮成本及設備開發周期等方面進行對比，匯總成表1。

從表1可看出，陽模真空成型從投資、產品成本及開發進度上都優于陰模真空成型，不過，還存在個別問題，即成型后表皮花紋由于加熱拉伸會變形和變淺，與對手件對比出現差異！

為解決此問題， 以下以一款車型為代表，對PVC花紋的預收縮開展了系統的研究。

圖2 陰模表皮成型復合過程圖

表1 陰模真空成型和陽模真空成型主要差異對比

2.花紋預收縮優化研究

2.1上裝真空成型軟模開發及帶百格PVC表皮準備

真空成型軟模設計過程中，首先根據產品結構分析，對左/右兩個型腔分別按擺放角度為45°和30°進行設計和制造。通過驗證，擺放角度為45°的效果更好（見圖3），保證了產品兩個主外觀面拉伸率盡可能的接近。

同時，從降低誤差的角度出發，將原皮以印刷代替傳統手繪的方式完成帶百格 （10mm×10mm方格） PVC表皮材料的準備工作（見圖4），為軟模真空后花紋拉伸比率計算打好基礎。

圖3 產品在真空模中擺放角度

圖4 原皮百格材料

2.2 真空軟模試制及百格產品準備

分別對兩款車型的上裝準備了帶百格的真空成型零件（見圖5），并手工進行了初步測量。隨后，通過掃描測量和計算得到最終的預收縮比率，以此作為驗證花輥的開發制造依據。

2.3 計算拉伸比率及驗證花輥加工制造

通過對兩款百格產品進行測量計算，兩個產品拉伸率分別為110%～130%和110%～155%。從數據上看，兩款產品的拉伸率差異較大。那么，驗證花輥按照哪種預收縮比率來開，同時保證驗證的效率，就成為了關鍵點。

經頭腦風暴，考慮到表皮的花輥門幅約1800mm，而產品在實際真空生產的門幅一般都不超過900mm，可以將1800mm驗證花輥一劃為二，分別以其中單個產品預收縮率（125%）和兩個產品綜合預收縮率（140%）來開驗證花輥，即一根花輥對半雕刻兩種預收縮花紋。

圖5 真空后百格零件

2.4 驗證用花輥試制

在兩個項目上進行了新花輥的首次驗證試制，花紋預收縮效果較為顯著（見圖6、圖7，項目B圖略）。

2.5花紋優化方案確定

團隊對預收縮前/后的上裝零件及對手件儀表板搪塑表皮，進行了對比，經過預收縮處理后的零件花紋保持效果明顯，和搪塑表皮間的花紋大小及深度較接近。最終，決定以單個產品預收縮比率（125%）來開正式花輥，正式花輥完成軸套準備和壓花等后處理，再進行正式花輥PVC表皮試制驗證，優化后的產品能夠滿足客戶需求。

圖6 項目A比率預收縮前/后原皮對比

圖7 項目A 比率預收縮前/后產品對比

3.成果收益預估

本次PVC花紋縮放研究工作，從軟模花輥驗證的效果看，基本可解決門板上裝真空成型工藝花紋損失的問題。如背景簡介中所描述的，同比陰模成型工藝，當前所采取的措施，能較大幅度地節約開發成本和縮短開發周期。

3.1 成本方面

生產成本主要涉及設備投資、模具投資和表皮單價成本三方面。

設備投資

陰模成型設備同比陽模成型設備更復雜，需投資滾膠機等設備。陽模設備（1套）同比陰模設備（1套）預計成本可節約50%左右。

模具投資

陰模模具主要依賴進口，而對于陽模模具而言，國內部分真空成型設備廠家都有能力設計和制造，以陽模為例，同比陰模進口（假設進口日本模具），可節約模具投資30%～50%。

表皮單價

陰模成型主要使用TPO表皮，陽模成型主要為PVC表皮，按預計的車型生命周期量綱96萬輛、50萬輛和75萬輛計，預計共可節約成本上千萬。

3.2 開發周期方面

進度方面差異主要體現在設備開發周期方面，陰模成型設備由于復雜性更高，開發周期同比陽模設備要長2個月左右。

表2 預縮放比率同花紋深度及PVC致密層剩余厚度的關系

4.總結

研究過程中，對以下幾項技術進行了深入探究。

4.1 花紋預收縮比率極限值的計算

在預收縮過程中，花紋深度也會進行相應加深以保證拉伸后的紋理顆粒。不過，由于過深的壓花對材料本身也有一定的損壞作用，即過大比率的預收縮會造成后續生產/試驗中表皮拉破的風險。其實，花紋預收縮比率極限是一個變量，其會根據PVC表皮致密層厚度（PVC致密層=花紋深度+剩余厚度）的不同而變化。PVC致密層厚度普遍在0.3mm左右。以此為依據，協同表皮供應商進行了計算，表2為PVC原皮拉伸比率同花紋深度及致密層剩余厚度的關系。

4.2 軟件計算的拉伸率適用性

在花紋預收縮過程中，確定重開花輥的預收縮比率無疑是關鍵中的關鍵。確定預收縮比率的方式主要有兩種：一種是前面已提及的將帶有百格的表皮，通過真空前后對比測算而得出；另一種是在模具供應商端建模，以軟件模擬計算得出拉伸比率。

通過軟件模擬測算軟模/正式模的拉伸比率，主要的兩大面拉伸率在117%到133%的范圍內。

兩種對比方式研究發現：

（1）軟件測算只要有模具3D數模就可進行，在進度上優于模具加工完成后的百格法。

（2）兩種測算方式在主要大面的拉伸率數值上較接近。同時，軟件測算方式也可用來比對軟模和正式模不同位置的拉伸差異（僅考慮趨勢），作為正式模設計的評估依據。不過，通過預收縮后的實物復測，百格法更準確些，即最終開花輥的預收縮率建議以百格測算值為準。

（3）軟件測算由于須以完成真空模具結構設計為前提，和百格測算方式一樣都會消耗較多的費用和時間，因此在沒有模具固定投資（軟模或正式模）的情況下，推進也會非常困難。

5.結語

本文基于對預縮原皮花紋的過程研究，找到系統改善真空成型后花紋損失的方法，并得到了以下結論：

（1）花紋預收縮比率極限是一個變量，其會根據PVC表皮致密層厚度（PVC致密層=花紋深度+剩余厚度）的不同而變化的, 如果PVC致密層厚度小于0.1mm，在隨后真空成型或試驗過程中PVC層被拉破風險較大。

（2）確定花輥的預收縮比率是關鍵。預收縮比率可以通過真空前后對比測算而得出，另一種方法是通過軟件模擬計算得出。

參考文獻（略）