淺談儀表板陰模真空成型制造工藝

唐林通　黃啟銘

摘要：汽車儀表板作為汽車重要零部件之一，除了在功能性上對安全氣囊有極為嚴格的性能要求，而且儀表板作為高感知區域面向客戶，造型及手感也變的更加重要。先對儀表板的大體結構組成和現今流行的制造工藝進行介紹，接著著重討論儀表板陰模真空成型制造工藝及模具設計與制造的流程及要點。

關鍵詞：儀表板；陰模真空成型；真空成型

隨著汽車工業不斷發展，汽車保有量也在逐年遞增。汽車儀表板作為汽車重要的組成部分之一，它承載著儀表臺、中控屏幕、空調等功能需求，同時也需要肩負起駕駛員與乘員的安全問題。儀表板制造工藝發展至今，除了基礎的安全性能要求外，也需要迎合市場的裝飾性及審美要求，儀表板的強客戶感知性更推動著制造工藝的不斷更新換代。

現今流行儀表板工藝種類

根據儀表板表面軟硬度可以將主流的工藝類型分為硬質儀表板和軟質儀表板兩大類。

1）硬質儀表板主要應用于定位經濟實用型車型，一般是由一體化注塑成型完成，其優勢在于注塑成型產品品質較穩定，產品設計較為簡單，注塑成型工藝總體模具投資較低；相反儀表臺的強客戶感知區域的觸感較硬，商品性較差。

2）軟質儀表板就有幾種不同的工藝選擇，其中日系、韓系合資企業大多采用真空成型+發泡成型工藝，歐系企業大多采用搪塑成型+發泡成型工藝，部分定位高端車型則采用真皮包覆工藝。除此之外，PU表皮模塑成型也是近幾年興起的儀表板制造工藝選擇。

本文旨在針對IMG陰模真空成型工藝產品設計要點及模具制造流程展開討論。

儀表板上本體基本結構

如圖1所示，軟質儀表板上本體一般由表層、軟質層和骨架三部分組成。從上往下是表皮層（0.8mm～1.3mm，TPO表皮、PVC表皮或PU表皮）軟質層（4～8mm，發泡料或泡棉層）和骨架層（一般2.8～3.5mm，PP材料注塑而成）。

對于IMG陰模真空成型工藝來說，儀表板上本體的結構組成為真空成型表皮+發泡料+注塑骨架。

IMG陰模真空成型工藝流程

IMG陰模真空成型的全稱為In-Mold-Graining，也稱為模內成型工藝。它的基本原理就是將不帶皮紋的表皮進行加熱，然后將表皮拖入成型區域通過抽真空使表皮正面吸附到有皮紋的模具上，形成帶有皮紋和形狀的表皮。

根據成型產品不同，它可以分為兩種陰模真空成型工藝：IMG-L和IMG-S。

其中，IMG-L工藝是可以將表皮直接復合到骨架上，先將注塑骨架吸附在下模，表皮放在上模，合模后通過抽真空及推塊運動等動作，一次性將表皮和骨架粘接形成儀表板上本體產品。此工藝采用的表皮需采用帶背泡層的表皮，表皮與骨架的粘接也需要由背泡層和膠水完成。此工藝的優點在于加工工藝流程簡單，連續生產穩定性較好，模具壽命長，設備及模具投資比搪塑工藝少；缺點是對產品設計有一定約束要求，倒扣不能太深，模具一旦損壞后修復成本較高。

而本文主要探討的是另一種IMG-S工藝，IMG-S陰模真空成型工藝流程是將開卷后的TPO材質表皮在裁剪區按產品尺寸進行裁切；裁切完成后，由夾緊框將表皮夾緊拖入加熱區域進行表皮加熱；加熱完成，將表皮拖入成型區域，上下模進行合模。最終在模具內通過抽真空的方式生產出有紋理及形狀的表皮，具體工藝流程如圖2所示。

IMG-S模具產品設計及制造要點

1. IMG-S真空成型產品設計要點

IMG-S陰模真空成型工藝由于其成型工藝及模具的特殊性，對于儀表板的產品設計也會有一定的約束要求，否則表皮在成型時會產生褶皺、尖角過薄、紋理不清晰等品質問題。本文基于過往實操經驗，針對IMG-S陰模真空成型工藝的產品設計提出了以下幾項建議：

1）產品設計需將產品（見圖3）脫模斜度設計＞5°，當H＜10mm，需要C≥5°；當10＜H＜50mm，需要C≥7°；當50＜H＜80mm，需要C≥9°；當H＞80mm，需要C≥12°。隨著產品落差H增大，脫模斜度C也會增大，更有利于產品脫模成型。

2）產品R角（見圖4）設計半徑：外角建議R2.5，內角R1，端頭三面相交處R角＞R5。

（3）表皮拉伸率是指表皮在成型時被拉伸后的長度與原表皮長度的比例。產品大面平均拉伸率（見圖5）建議130%～140%，局部端頭拉伸較大區域建議＜180%。

（4）骨架翻邊尺寸會影響產品拉伸成型，需將寬度控制在合理范圍（見圖6）內：建議將A面窄邊寬度a＞10mm，側邊翻邊深度b在10～15mm，凹槽底部寬度c≥15mm。

（5）真空成型可以做出假縫線，但縫線直徑過小，會導致縫線處紋理不清晰，建議縫線（見圖7）直徑≥0.8mm（12股）。

以上是經過IMG-S陰模真空成型實操得出的產品設計建議，可在儀表板上本體產品設計階段進行參考。

2. IMG-S真空成型模具制造流程

IMG-S陰模真空成型工藝關鍵點也在真空成型模具的設計和制造上，IMG-S真空成型的模具制造也對最終表皮成型品質起到了至關重要的作用。

本文主要簡述傳統IMG-S真空成型模具的制造流程及要點。首先簡述IMG-S真空成型模具的結構組成（見圖8）。

IMG-S真空成型模具由上下模具組成，其中上模主要由溫控系統、水路及滑塊組成，上模主要起到的作用為吹氣輔助成型、個別位置倒扣輔助成型及模具腔內溫度控制等。下模主要由鎳殼、溫控系統及主框架組成，下模主要輔助表皮成型紋理的吸附成型。其中最為關鍵的核心是鎳殼的加工制造，鎳殼的設計和制造精度都最終決定了表皮最終的紋理效果。

傳統的真空成型模具制造流程主要為備料銑削后，先進行木模加工。木模是為了將產品形狀做出大致形狀，為后續主模型做參考。木模的加工需選擇受外界溫度影響較小的代木材料，如5120聚氨酯代木。當模具廠家擁有自身成熟代木材料時，應保證其代木材料性能不低于5120，并保證木模加工精度達成公差±0.2mm，木模如圖9所示。

木模加工完成，確認各位置形狀結構完整后，開始進行包覆模的加工。包覆模的加工主要是對已選定好紋理的表皮母皮進行提取復制。包覆模主要的兩個關鍵點在于包覆方向和拼接縫位置的紋理效果確認。通常包覆方向是選擇從主駕駛位置或副駕駛位置的目視效果，包覆方向要直接確認后方可開始后續加工。另外對于包覆模的加工中，需要根據包覆卷材幅寬的大小判斷，盡可能減少拼接縫的產生。包覆模的拼接縫位置的效果也需要著重確認。拉伸會導致母皮的厚度變化以及紋理顆粒變形，因此包覆模很難完全消除拼接縫。因此拼接縫的位置必須避開大面目視區域，盡量布置在R角下沿位置。拼接縫兩側的母皮必須銜接平順、無斷差。拼接的紋理顆粒形狀、大小、密集程度等與母皮紋理單元基本一致。

包覆模完成后，開始主模型的制作。主模型的設計加工是真空成型模具的最重要環節之一。主模型直接決定了鎳殼硬模的紋理及尺寸精度。主模型是以包覆模為基礎，采用環氧樹脂制作的凸模。針對主模型進行全區域的紋理評審，重點確認大面目視區域以及拼接縫位置；對紋理顆粒有瑕疵部分，在主模型上進行修復并再次評審。

主模型確認無誤后，就到了真空成型模具技術含量最高的鎳殼的制作（見圖10）。鎳殼的制作是以主模型復制出電鑄型芯模（俗稱：淋模），然后以電鑄型芯模入槽電鑄加工。利用金屬離子陰極點沉積原理，電鑄溶液中的鎳離子在陰極導電的芯模上還原成鎳金屬，沉積于芯模表面。同時，陽極保持離子溶解到電鑄液中，使濃度保持不變。當電鑄層厚度達到時，與芯模分離，獲得鎳殼。為保證鎳殼品質，電鑄加工時間不得少于30天。

鎳殼一般為厚度2.5～4mm，洛氏硬度≥40HRC，且紋理完整，無針刺、沙眼等不良問題。真空成型模具的技術難點在于讓電鑄鎳殼保留真空微孔。一般情況下，紋理區域：真空孔直徑為0.10～0.14mm，要求每平方厘米4～6個；非紋理區域：真空孔直徑為0.18～0.20mm，要求每平方厘米1～2個；在凹形面需多增加真空孔設計。

為保證鎳殼表面溫度均勻，對鎳殼水路也需要提出設計要求，水管直徑16mm，材質采用銅管，銅管間距按30～40mm進行布置；鎳殼不同區域的溫度應控制在±2℃；每個腔體均需配置PT100溫度傳感器。

由于鎳殼厚度較薄，下框架（見圖11）的材料也需要采用S45C進行支撐及定位作用。

以上制造流程完成后，最后進行整體模具的裝配工作。由此可見，IMG-S陰模真空成型模具的技術難點在于鎳殼的制作，在日常生產工作中，也需要對鎳殼進行定時清理及保養維護，方能穩定、連續生產出高品質的表皮。

結語

本文主要講述了儀表板上本體IMG-S陰模真空成型的產品設計及模具制造工藝流程。由于IMG陰模真空成型工藝所需的設備、模具及材料等核心技術大部分均由國外供應商掌握，所以關于IMG陰模成型的相關文獻資料較少。本文僅根據實操經驗對儀表板采用IMG-S真空成型工藝時的產品設計及模具制造流程進行要點總結。軟質儀表板作為儀表板行業的未來發展趨勢，IMG-S真空成型工藝帶來的軟質觸感、真縫線設計及豐富的紋理選擇都給汽車制造帶來了更多選擇。我們未來應當加強對IMG真空成型工藝的研究，進一步提升軟質儀表板的品質。