軟質儀表板制造工藝研究

鐘國留， 薛 峰， 劉 偉

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434)

0 前言

為了創造舒適、安全、豪華的車內乘坐空間，人們一直追求高檔次、高質量的汽車內飾。目前，內裝飾制品采用復合材料來滿足軟飾化、纖維化、木紋化、真皮化等要求，汽車內飾材料也更加趨于多樣化和高級化[1]。

當前，高端汽車內飾普遍采用軟質儀表板，且對儀表板的軟硬程度、舒適程度關注度比較高。作為汽車內飾最重要的部件之一，儀表板系統的開發成為各車企內外飾部門重點關注的對象。

1 儀表板簡介

1.1 儀表板的功能

儀表板是駕駛室中安裝各種指示儀表和點火開關等裝置的總成,一般作為附件裝在轉向管柱上。儀表板是連接司乘人員和汽車的樞紐，隨時反映汽車內部裝置的運行狀態；同時，儀表板作為汽車內部重點裝飾對象，是駕駛室內最引人注目的部件。

1.2 儀表板的組成

(1) 儀表板本體。作為坐艙系統的載體和框架，幾乎所有的零件都安裝在儀表板本體內。

(2) 各種電器指示儀表、開關及音響娛樂系統。

(3) 通風系統。由空調機、空調控制器、風道和出風口組成，起除霜、除霧及控制溫度的作用。

(4) 副駕駛側安全氣囊。

(5) 各式儲物盒，如票據盒、手套箱等。

(6) 各式裝飾面板，常見的有嵌膜式注塑、電鍍、噴涂等裝飾件。

1.3 儀表板的分類

儀表板按照舒適度可分為硬質儀表板和軟質儀表板。

硬質儀表板主要存在于早期的乘用車內；近年來，由于硬質儀表板工藝簡單、投資低,一些比較低端的車型也會采用。硬質儀表板的主要加工工藝為注塑成型。

軟質儀表板的主要類型為搪塑成型儀表板、真空成型儀表板、真皮包覆儀表板。搪塑成型和真空成型的儀表板是目前中端車型市場的主流。歐系車的儀表板大部分采用聚氯乙烯(PVC)搪塑成型，日系車和韓系車的儀表板多數采用真空成型，國內自主品牌兼而有之。奔馳、路虎等大部分高端車型的儀表板主要采用真皮包覆。

2 儀表板的制造工藝

2.1 工藝流程

硬質儀表板制造流程比較簡單，主要為:注塑成型儀表板本體零件、焊接主要零件、組裝。

軟質儀表板制造流程為:骨架注塑成型、真空成型/搪塑成型表皮、發泡成型、切割孔和邊、焊接主要零件、組裝。

筆者選用目前軟質儀表板制造中主流的陰模真空成型工藝(IMG)為例，介紹儀表板的制造工藝。

2.2 骨架注塑成型

儀表板骨架是汽車內飾中比較復雜的部件，其零件尺寸大、孔位和安裝結構多、形狀復雜，制造時需要考慮眾多因素。注塑件的質量很大程度上取決于模具設計，而澆口數量和位置是重要的模具結構設計參數。澆口位置的設定決定了聚合物的流動方向和流動的平衡性，產品表面可以通過澆口位置的優化得到顯著提高；不合理的澆口位置常常引起熔體充填不均，從而造成高剪切應力、明顯的熔接線、翹曲等一系列缺陷[2]。模具設計前需要利用Moldflow軟件對澆口位置和數量進行優化設計，根據注塑壓力、熔接線、縮痕情況等選出最優方案(見圖1)。

圖1 軟質儀表板模流

2.3 表皮真空成型

IMG又稱模內成型皮紋工藝。與陽模工藝相比，IMG產品沒有皮紋拉伸，皮紋均勻。與搪塑成型工藝相比，IMG的模具壽命更高;同時，IMG使用較為環保的熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)材料，而搪塑成型工藝使用PVC材料，環保性差。

IMG模具一般采用鎳殼材料，在鎳殼上刻有皮紋圖案，見圖2。將加熱后的光滑表皮在模具上進行模壓及真空吸附后，形成帶有紋理及形狀的表皮，見圖3。

圖2 IMG模具

圖3 IMG表皮

在開發IMG時，需要考慮表皮的倒扣量，倒扣量一般不能超過4 mm;同時,需要考慮表皮成型后的拉伸情況，一般用拉伸率來判斷，其極限需要測量具體的表皮數值。拉伸的情況也可以通過Ls-Dyna軟件進行仿真分析，在開發前期，充分判斷哪些區域拉伸率較大，有無可能會被拉破，以及紋理是否失真。IMG拉伸率仿真見圖4，其中圓圈內區域顏色較深，說明拉伸率較大，需要對比表皮極限拉伸率，判斷是否會被拉破。

圖4 IMG拉伸率仿真圖

2.4 發泡成型

發泡成型是指將聚醚和異氰酸酯充分混合后形成的發泡料注入模具的表皮和骨架中間，通過加熱將其交聯固化，在其間形成泡沫的加工工藝。泡沫連接了表皮和骨架，也改善了部件的手感。該工藝是軟質儀表板制造的必要環節，分為開模澆注和閉模澆注兩種加工方式。

開模澆注是在模具打開的狀態下，將發泡料噴涂在表皮內側，然后放置骨架，使之交聯固化。開模澆注工藝生產窗口大、設計自由度大。

閉模澆注是在模具中將放好的表皮和骨架之間注入發泡料，使之交聯固化。閉模澆注工藝穩定性好且環保，但設計自由度小。

在發泡開發前需要對產品進行工藝邊補充，工藝邊用于發泡密封。密封分為軟密封(充氣密封條方式)和硬密封(硬密封筋方式)，加工時需要充分考慮注塑可行性、裝配可行性、發泡密封可行性。

兩種密封方式的工藝邊制作方法見圖5。軟密封方式是利用充氣密封條進行發泡料的密封;而硬密封方式則是利用直接在骨架上長出硬密封筋進行發泡料的密封。硬密封筋可保留在骨架上，也可以通過后期銑削去除。

圖5 兩種密封方式的工藝邊制作

發泡產品也需要通過仿真軟件進行模擬，充分考慮發泡可行性，特別是模擬出需要預留排氣孔的位置，在模具上設計出氣缸排氣機構。圖6是發泡仿真軟件模擬的結果。由圖6可以明顯看出發泡填充末端。

圖6 發泡仿真軟件模擬結果

2.5 軟質儀表板的銑削

由于發泡成型的工藝邊設計存在多余的邊線，需要通過銑削去除;但在銑削之前需要先模擬(見圖7)，防止表皮外觀面被誤銑削。

圖7 銑削模擬

目前銑削工藝主要分為冷沖、熱刀切割、冷刀切割，以及近年來的水刀切割和激光切割，可根據不同的產速、成本選用不同的工藝。

2.6 軟質儀表板的其他工藝

除了以上關鍵的工藝之外，一般還進行表皮弱化工藝、焊接工藝、裝配工藝等。

表皮弱化工藝主要是針對近年無縫安全氣囊要求，有銑刀弱化、超聲波冷刀弱化、熱刀弱化等工藝。因為表皮弱化工藝與氣囊爆破能否成功息息相關，所以弱化線的形式、表皮殘留厚度等需要嚴格管控。

焊接工藝將兩個相同或不同的熱塑性材料部件，通過一定方式在其連接處熔融后重新交聯形成一體。儀表板上需要焊接的產品一般有手套箱、風道等。采用的焊接方式一般有超聲波焊接、振動摩擦焊接、熱風焊接等。

裝配工藝是儀表板組裝不可少的環節，通過卡接、螺接、粘接、焊接等方式將各個部件組合一起。

3 結語

隨著人們對汽車內飾要求越來越高，軟質儀表板將會取代傳統硬質儀表板。表皮、發泡、弱化等外觀質量值得關注，在設計過程中需要憑借傳統生產的經驗，同時也需要利用計算機輔助工程仿真軟件進行輔助設計。