淺談汽車外飾塑料件設計缺陷

張巖

淺談汽車外飾塑料件設計缺陷

張巖

（上海構爾汽車有限公司，上海 201800）

在汽車造型設計中，汽車造型樣式研究可用于指導汽車外觀設計。汽車造型風格是對汽車性能、時期特征、市場美學、制造技術工藝、材料應用、人體工程學等因素的綜合表達。對汽車外飾塑料零件的設計的理解和認識對于汽車造型設計很重要。文章將研究汽車外飾塑料零件的設計缺陷，為汽車外飾塑料件設計的理論知識奠定基礎。

汽車；外飾；造型設計；塑料件

1 用于汽車塑料件的特殊要求

隨著中國塑料工業的快速發展，汽車塑料件的設計技術、理論和方法的開發相對國外技術來說處于劣勢，通過逆向工程的方法會有所提高，但是逆向工程的方法主動性低，獨立研發措施不能被發揮出來，創新性降低，同時別再精密度上的制作方法遠遠落后，本章分析了汽車用塑料零件的特殊要求[1]。

1.1 輕量化

將塑料零件應用于汽車的主要目的是使它們輕巧，因此在設計塑料零件時，只要滿足不同的設計要求，就應考慮使塑料零件盡可能輕，目前國家最常用的技術就是輕量化。據最新報道可以了解到，技術相對成熟的國家其輕度下降20％至25％。在接下來的十年中，塑料和塑料復合材料是汽車重要的輕質材料，不僅使零件質量降低了約45％，而且使成本降低了約45％。

在未來的汽車裝飾品發展中，常見材料為塑料及其復合品，會使汽車輕度降低約45％，成本降低約45％。隨著汽車輕量化的不斷提高，輕量化制造技術將越來越多地應用于汽車外飾零件的生產[2]。

（1）微型鑄造噴射器工藝：這是一項創新的精密噴射器技術，克服了傳統噴射器鑄器的局限性，顯著降低了零件的質量，縮短了旋轉周期，提高了穩定性。

（2）低壓兩層注射技術：傳統上，手工縫制的零件和吸附零件會立即放入模具中。通過該技術生產的產品的裝飾已大大改善，并且降低了產品的質量。

1.2 惡劣工作條件下的可靠性

汽車用戶通常會質疑塑料零件的可靠性，汽車的使用非常復雜，許多塑料零件都在惡劣的環境下運行[3]。

1.2.1用于外飾零件

包括外觀和功能部件。設計必須首先考慮天氣條件的影響，例如輪罩，前后燈罩，保險杠等必須承受上述極端溫度，以使零件不會遭受線性膨脹系數的影響并防止雨水和其他液體腐蝕。

1.2.2內部零件主要是指功能零件

例如，軸承的設計首先要考慮材料的耐磨性和摩擦性低的問題。由于線性膨脹系數大，導熱系數低，易吸潮的特點，塑料軸承應大于金屬軸承的匹配間距，例如制造塑料齒輪時，掌握好精度和尺寸、低吸油性和耐磨性是重中之重。塑料比金屬的強度小，但輕量化大，因此可以在負荷較高的時候使用。斜齒輪：塑料件比金屬件的尺寸穩定性差，因此必須適當增大側面間隙和徑向間隙。

1.3 裝飾性

Panoz與Feynlab一起使用，當涂料儲存器被加熱時，記憶的共聚物層可用于去除表面上的劃痕，并返回到原始結構，適合小劃痕和圓形。油漆修復技術使用特殊的保護劑，使用高密度復合材料，具有網狀結構，用于汽車漆的外層，即使被劃傷，也將慢慢返回并自行愈合。德國福特汽車公司和巴斯夫共同開發了一項新技術，該技術通過在黑色涂料層的表面上施加透明的特殊涂料來照射反射光，并開發了變色汽車系統，變色特殊處理系統使用了幾層特殊涂料，因此汽車多角度反射不同顏色的光，顯示多種不同顏色。隨著技術的成熟，運營成本將會降低[4]。

1.4 環保問題

本文從兩方面論述塑料件外事的環保問題：使用環保材料保護自然環境以及在生產和使用過程中對居民的傷害；所使用的材料必須被視為可回收利用。在設計汽車外飾時，必須考慮到所用材料對乘員無害，這一點很重要。汽車塑料零件對減輕汽車重量和增加資源利用的影響是很大的，但是，塑料污染不可避免對自然環境產生影響。通常，有三種處理塑料廢物的方式：垃圾掩埋，焚化和回收。顯然，前兩種方法會對環境產生重大影響，因此開發了一種簡單的可回收的熱塑性材料。例如，保險杠通常使用聚丙烯，并添加其他改性劑，汽車報廢后，可以重復回收使用[5]。

2 汽車外飾塑料件的材料創新

獲得材料創新大獎的是用于新儀表板表面的搪塑成型級TPE，這是北美第一個獲得材料創新獎的應用。在外飾裝飾大獎的決賽入圍者中，丙烯酸柱式鑲飾件首先用于福特flex和林肯MKS型觸摸屏窗口操作系統。Altuglas國際公司已開發出一種改良的Plexiglas丙烯酸尾燈材料，該材料比其前任產品更具抗沖擊性和耐刮擦性，并且還開發了一種能夠產生深射流的新型著色劑工藝包。如果使用新的標準高光材料制作零件，則可節省$2.50，除了選擇這種塑料材料以外，還可以選擇硬涂層PC、預噴涂鋁和粉末涂層鋼，包覆成型的外飾產品，例如半透明的觸摸屏式視窗，由新的黑色改性丙烯酸和2mm厚的中等耐沖擊丙烯酸制成。

3 汽車外飾塑料件缺陷原因

3.1 充填時間

在汽車塑料外飾的制造中，填充的時間長短影響生產效率，當然時間越短效率越高，想要縮短時間就要升高溫度，適當降低粘度是塑料溶體充分降解，這會影響塑料制品的性能。設置熔化溫度來實現提高生產效率的目的，以便在不使材料變質的情況下盡可能加快填充速度。

3.2 熔體前沿溫度

預熔融溫度是當聚合物到達孔附近的某個點時的初始溫度。此情況可能出現在制造中的某一時刻，也可能出現在整個制造中。如果薄部件的溫度過低，則會導致無效流動或短射；如果零件的較厚部分的溫度過高，則材料的溫度會降低，并導致諸如裂紋和翹曲之類的表面缺陷。

3.3 塑料件表面溫度

塑料件的表面溫度表示在模制過程中塑料部件的表面和空腔的表面的平均溫度，可用于確定塑料組件表面上的高溫點和低溫點。該結果對翹曲有顯著影響，并且當塑料部件的表面溫度過高時，調節冷卻管降低表面溫度，來降低翹曲的程度。通常，最高混合度為86.66，最低溫度為29.94℃。通常，保險杠表面的溫度分布相同，側面的溫度較低。因為在側面上有冷卻管回路，并且側面上的冷卻效果更好。但是，有必要使整個扇區的溫度分布相同，以避免溫度分布不均產生缺陷。因此，只要正確地從保險杠周邊移除冷卻劑管，整個部件的溫度分布是均勻的，從而確保良好的冷卻。

3.4 熔接痕和熔接線

在填充的時候，如果處理不當會形成熔接痕和熔接線，熔接痕和熔接線的存在會影響塑料制品的結構強度，甚至會讓其損壞，形成的表面缺陷通常是凹痕，有時會引起顏色變化，嚴重影響表面光潔度，雖然很難，但也不是不能避免的。為了準確地預測孔附近的熔接線及其位置，需要提高插入準確性，塑料部件中的孔與凸塊中的孔相同，因此，插入物填充方法與澆注塑料的填充方法非常重要，兩者的效果非常相似。改進插入物質的量有助于準確預測焊縫以及孔或凸耳附近區域的焊縫，減少熔接痕和熔接線的產生，使制作效率更高。盡量迎合敏感區域和有較高外部需求的區域對準確度的要求，這樣可以減少熔接痕和熔接線的形成，使塑料外飾的制作更加完美。

解決方案是：塑料外飾地制造時，必須增加壁厚，以將注射壓力平穩地傳遞到熔融樹脂的前端，這增加了熔體壓力并減少了熔接痕和熔接線的程度。在模具設計中，有必要改善澆口系統地設計并修改澆口以減小流道的尺寸，前提是要保持熔融樹脂的流動，通過摩擦產生熱量，形成需要的成型條件，由于前兩階段的織布使模具溫度升高而發亮，使它們更具粘性，可以使用更多的流體材料來減少熔接線和熔接縫。

因為保險杠結構必須對稱且熔接痕必須居中，如果塑料部件的結構發生變化，也就是說，要想增加保險杠的厚度來保證質量，就必須使用更多的材料，無形當中增加了制造成本。由于確定了材料的流動性，所以只要控制了塑料件的模型，就能有效避免提高磨具溫度而帶來的缺陷。

3.5 氣泡

氣泡（也稱為氣袋，里面有封閉的空氣）是由于在塑料溶體與模具或者車輛結合時，在塑料內部或內側孔表面形成的氣泡。氣泡會引起塑料零件的缺陷，例如黑點，霉菌等。由于塑料件是在高溫和高壓下形成的，當塑料零件形成過程中自己發生燃燒，就會出現黑點。這是因為脫模的熔體壓力不足以填充氣體所占據的空間，最后一種現象是未填充塑料零件。當然，氣泡也會在塑料零件上造成表面缺陷，接下來我們敘述下如何減少塑料件氣泡的產生，減少塑料件地制造損失。

在塑料外飾零件的設計中，盡可能均勻地改變厚度，以使熔體平穩流動。

在設計塑料外部部件時，讓溶體平穩的留下來，使溶液在容器的厚度盡可能均勻。在塑料件的設計中，在模具和模具之間的接口，分型面，內部零件和最終填充區域（例如模具）中設置了排氣孔。在壁之間，針的位置和圖形的磨具將改變澆口的位置，以使最終填充區域處于最佳位置，安排適合的通風口數量，以便在填充過程中空氣能夠逸出。但是，請注意，通風孔不能太大，以免產生飛邊。在成型條件下，必須控制注射速度，以使型腔中的空氣有足夠的時間逸出，重要的是要考慮到塑料零件的設計應具有均勻的厚度，并且必須在模型的中間提供通風口，不要降低注射速度以提高生產效率并防止其他缺陷。

3.6 冷卻時間

冷卻時間是每個設備達到最佳溫度的冷卻時間，并且測量在填充過程結束時開始，最好的條件是盡快冷卻每個塑料部件。結果表明，應注意設備之間的冷卻時間差異，冷卻劑管放置在不易冷卻的單元附近，盡快冷卻或保持冷卻時間恒定，同時，可以在冷卻時間表中找澆口固定的冷卻時間，如果澆口變硬直到零件完全冷卻，會讓零件的形狀不合格。冷卻時間直接影響生產效率，因為冷卻時間占注塑件整個生產過程的很大一部分，在保證產品質量的前提下，應盡可能減少冷卻時間，冷卻時間通常為158秒，冷卻到可爆裂約80秒的溫度，側面冷卻時間非常短，冷卻劑管應放置在難以冷卻的肋條附近，以使整個產品盡快得到均勻冷卻。

4 結論

在中國加入世界貿易組織（WTO）的背景下，國內汽車塑料零件制造商將不可避免地面臨外國對手的挑戰。學習先進的設計方法和理念可以提升塑料件制造和研發，總結設計經驗能提高設計技能，獨立開發新產品并在激烈的競爭中樹立堅實的立足點。

[1] 郭如峰,梅雪川,葉敏,郭鵬.超聲波熔接機器人在汽車外飾件中的設計與應用[J].現代制造技術與裝備,2019(12):15-18.

[2] 王琛,郝旭飛.汽車外飾的歷史與發展[J].汽車文摘,2020(02):41-46.

[3] 唐崇智.互聯網汽車外飾造型設計研究[D].長春:長春工業大學, 2019(01)25-28.

[4] 付公羽.一汽—大眾車身外飾產品開發戰略研究[D].長春:吉林大學,2017(05)45-49.

[5] 李崢.新能源汽車外觀設計研究[D].北京:北京理工大學,2016(03) 10-15.

Talking about the Design Defects of Automobile Exterior Plastic Parts

Zhang Yan

（Shanghai Goer Automobile Co., Ltd., Shanghai 201800）

In automobile styling design, research on automobile styling style can be used to guide automobile appearance design. Automobile styling style is a comprehensive expression of automobile performance, period characteristics, market aesthetics, manufacturing technology, material application, ergonomics and other factors. The understanding and knowledge of the design of automotive exterior plastic parts is very important for automotive styling design. In this article, the design defects of automotive exterior plastic parts will be studied to lay the foundation for the theoretical knowledge of automotive exterior plastic parts design.

Vehicle; Exterior decoration; Form Design; Plastic parts

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.063

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張巖，男，工程師，就職于上海構爾汽車有限公司，從事汽車設計工作。