復雜結構零件免噴涂工藝的研究應用?

張旺星

摘 要：對帶孔狀結構零件采用精密高光注塑工藝，運用免噴涂材料，實現外觀顏色件的成型，達到汽車造型設計要求，同時實現了整車成本的降低，滿足了電動汽車綠色出行的設計理念。通過采用獨立模溫控制的針閥熱流道設計，解決了帶孔狀復雜結構零件的熔接線問題，同時改進金屬粉的形狀和顆粒大小，結合高溫成型，解決了表面流痕，達到A級表面效果。

關鍵詞：免噴涂 高光注塑 汽車內外飾 復雜結構 改性材料

1 引言

隨著國家開展美麗中國，構建生態文明建設的方針政策的大力推行，新能源汽車全國范圍大力推廣，綠色出行和綠色制造順勢蓬勃發展。伴隨消費者生活水平的提升，個性化、高質感、高顏值、多色彩的外觀需求，是新能源內外飾件設計制造的發展方向，于是低成本的免噴涂材料在汽車內外飾件領域的應用大放異彩[1]。

目前，在汽車內外飾件中，免噴涂材料主要應用在結構簡單、平面形狀的零件上，應用范圍較窄，且表面顏色質感一般，如前后保險杠下裝飾板，而對于帶孔結構、結構復雜的零件，會產生熔接線、流痕等表面質量缺陷[2]。本文通過對帶孔狀結構復雜的零件，采用金屬免噴涂材料，實施高光注塑工藝的研究和應用，解決了以往表面缺陷問題，達到汽車A級表面外觀要求。

2 免噴涂材料應用的現狀分析及改善思路

2.1 免噴涂材料應用的優勢

為了滿足客戶絢麗多彩的個性化需求，汽車內外飾件傳統工藝是采用噴漆、電鍍等，對環境污染嚴重，尤其是內飾件，隨著ELV和VOC的法規要求，噴漆和電鍍的制造成本越來越高，而免噴涂材料既可兼顧客戶需求，同時又滿足環保要求，備受整車廠的青睞。兩種工藝對比如下。

對比以上兩種工藝可知，免噴涂材料的應用，減少了中間許多環節，大大節約了制造成本，提升了生產效率，既經濟又環保，而且外觀可隨設計者需求，制作出不同色彩效果。概況免噴涂材料的優勢主要有：生產效率高、綠色環保、成本低、耐摩擦性好、可回收、還有金屬質感好，遮蔽性較好等特點。

2.2 免噴涂材料應用的現狀分析

國內免噴涂材料由上世紀70年代的本色塑料，逐步發展到80年代的有機染料染色塑料，再發展到90年代的噴漆/電鍍，具有金屬質感的表面處理工藝，到21世紀，演變成了金屬塑料，無需任何表面處理，注塑成型后，零件表面呈現出金屬質感效果[3]。其原理就是在塑料基材中，添加金屬色粉或者珠光色粉，有物理改性和化學改性。由于在塑料基材中添加了金屬色粉，散熱速度遠遠高于塑料基材，導致注塑難度增加，故只能應用在結構簡單或平面結構零件，如門內拉手柄、保險杠下裝飾板、行李架，腳踏板等簡單結構零件，如下圖：

然而，對于帶孔狀結構復雜的零件，采用免噴涂材料，會出現表面質量缺陷，無法滿足設計者要求，如下圖：

2.3 免噴涂材料應用的改進思路

針對免噴涂材料產生的注塑表面缺陷，本文從原材料的物性值：提升熔體流動指數進行改進，同時對模具結構和熱流道進行改進，然后借鑒高光注塑工藝，提升模溫，徹底解決表面質量問題，其中材料的改進效果尤為重要。

3 免噴涂材料應用的改進與實現

3.1 材料的改進

在材料方面，通過提升材料的熔融指數，提高材料的流動性，可有效解決表面流痕等質量缺陷，同時有助于注塑工藝的調整，具體材料熔融指數調整如下：

對于鋁粉，其顆粒和形狀對熔接痕處的表面缺陷影響大，會放大產品表面缺陷。對于當前材料中使用的普通鋁粉，一般采用片狀、大顆粒鋁粉，優點是會產生漫反射，金屬質感較容易顯現出來，但注塑時，鋁粉顆粒在熔接痕處容易翻轉，造成表面有一條較明顯的熔接痕，如下圖5。現改進鋁粉形狀，由片狀改進球型，鋁粉顆粒略微縮小，取得表面效果如圖6。

3.2 模具結構的改進

對于普通噴涂工藝，模具會采用開放式3點進膠方式進行設計，如下圖7，熔接線通過油漆遮蔽，滿足設計要求，而對于免噴涂無法滿足，見上圖4。本文通過在模具熱流道上進。

行優化設計，分別采用3點針閥式獨立模溫控制系統進膠和5點針閥式獨立模溫控制系統進膠設計，進行模流分析見上圖8和圖9。針閥式進膠可根據具體注塑工藝，調整進膠時序，有效控制結合線的位置，而獨立的模溫控制系統，可有效監控匯流時，材料的溫差不超過10℃，使得產品表面的熔接線肉眼不可視，達到設計要求。經最終分析，本文選用3點針閥式獨立模溫控制系統進膠的方式，進行改進優化。

3.3 高光注塑工藝的應用

本文采用高光注塑工藝，通過保持模具高溫，使得材料在模具腔體內有很好的流動性能，實現無縫填充，這樣就能消除產品表面的熔接痕、銀絲等外觀缺陷，使得產品呈現噴涂效果：金屬質感。本文通過對母模水溫分別進行90℃、95℃、100℃進行實驗調試，具體注塑參數見表2：

通過三種水溫參數的調試，90℃產品仍有可見熔接線，95℃及以上，熔接線不可見，見圖10。

經過小組評審，達到設計要求。

4 總結與展望

本次研究在解決復雜結構零件的免噴涂成型工藝過程中，充分運用了系統分析的方法，分別在材料方面、模具方面及注塑工藝方面的逐一改進，最終達到了零部件的設計要求。就目前實際來看，隨著新能源汽車國補政策的快速下調，導致整車零部件成本壓力巨增，本著降本不降質的原則，采用本文研究應用方法，可解決汽車內外飾零件中，復雜裝飾小件的免噴涂工藝缺陷，達到環保和降本的目的，應用范圍更加廣泛，整車單臺成本可降低100-150元左右，應用前景可觀。

參考文獻：

[1]康繼超，李旭，崔許剛，陳緒強.新環保塑料材料用于新能源汽車內飾的探討[J].汽車實用技術，2020（09）：11-13.

[2]高劍波，李少偉.免噴涂技術在汽車領域的研究與應用-保險杠下護板免噴涂可行性分析[J].汽車實用技術，2019（21）：170-172.

[3]陶永亮，王曉光，歐陽婷.免噴涂材料在汽車零件中的應用[J].橡塑技術與裝備，2019，45（18）：21-24.