淺談儀表板銑刀弱化技術及應用

摘要：敘述了儀表板銑刀弱化技術的技術原理、設備構成、技術優缺點、工藝參數以及技術的應用發展，以期為日后新車型開發工作提供參考。

關鍵詞：儀表板銑刀弱化；安全氣囊；胎具

基于安全性要求，在大多數汽車的儀表板上都裝有副駕駛側安全氣囊。儀表板需要進行弱化處理，才能保證氣囊的正常開啟。本文講述的是弱化儀表板技術中的一種——銑刀弱化。該技術是利用高速旋轉的銑刀，對精確定位在胎具上的產品，按照一定的操作軌跡，通過程序控制銑刀對產品進行弱化處理。該技術具有投資成本低、適用材料廣泛、加工精度高等特點，目前在汽車儀表板系統的應用越來越多。

技術原理

主要技術原理是利用設備配備的真空泵提供真空，將儀表板產品準確定位在胎具上，并保持整個弱化過程不低于75kPa的真空度；根據預設的操作軌跡，利用高精度機器人和高速主軸控制銑刀，削弱加工產品。常規產品銑刀弱化加工后的斷面，如圖1所示。

為保證弱化加工精度，銑刀弱化設備必須采用在線測量并對運行軌跡進行補償調整。補償項目包括刀具、胎具、工件及產品。以胎具補償舉例進行說明，使用一個距離傳感器監控傳感器到胎具表面的距離，并將這個實測距離用作在線補償，定義補償量為δ；而補償方向，則是按照加工點所處的位置，也就是點的方向進行曲面法向。

定義補償后的加工點為O'，有

設備構成

以某品牌六軸銑刀設備為例說明主要結構。

（1）機器人" 采用Staubli RX160機器人，如圖2所示，此款機器人為了提升局部區域精度進行特殊開發，局部位置精度可達±0.03mm。

（2）主軸" 采用最高轉速45 000r/min的德國進口水冷式電動主軸。為防止主軸過熱，需配備冷水機進行冷卻。電主軸集成直徑1mm、1.5mm錐形銑刀。

（3）檢測系統" 設備配備對刀系統、激光檢測系統和產品貼合檢測系統，負責4項不同的在線檢測及補償。在線檢測及補償的工作順序如圖3所示。

1）對刀系統：采用Metrol對刀系統檢測銑刀刀具的磨損情況，測刀重復精度達0.001mm。在磨損量小于0.5mm時提供補償；若磨損量超出0.5mm，設備停止并報警。

2）激光檢測系統：采用Keyence激光掃描傳感器，探測精度達到0.001mm；該系統負責胎具檢測、產品檢測2項的在線檢測及補償。在銑刀弱化前，激光檢測系統對胎具上3～10個特征點進行檢測，找出胎具實際情況與標準情況的差距，并在0.05mm范圍內提供補償。在銑刀弱化加工過程中，通過檢測產品弱化槽深度與B面高度，將實際產品殘余厚度折算出來，并在0.05mm的范圍內進行回補，使殘余厚度得以控制。

3）產品貼合檢測：采用安裝在胎具上的Keyence GT2系列傳感器，檢測產品A面到胎具面的距離，在0.05mm范圍內進行補償。

4）殘渣隨動吸塵裝置：在銑刀弱化加工過程中，產生銑削碎屑。在電主軸上集成吸塵口，碎屑經真空管，進入殘渣快速分離桶。

5）快速換模系統：采用雄克Schunk快速換模模塊，達成0.02mm的精度換模。采用整體式換模框架，胎具與框架定位輔助結構相連，實現整體移除更換，單次換模時間＜5min。

6）胎具：胎具的型面和定位采用產品數據設計。胎具上設置合理的導向塊、產品夾緊機構、旋轉夾緊機構、面真空、產品有無感應器、Keyence GT2系列模擬傳感器以及OK孔沖孔機構，具體如圖4所示。

7）其他：氣動、真空、潤滑系統及電器控制等。

銑刀弱化的優缺點

（1）優點" 與傳統的激光弱化相比，銑刀弱化的優點包括以下幾方面：

1）設備和胎具的投入費用較低，大約比激光削弱的投入少600萬元。

2）產品定位精度更高。

3）設備可實現雙工位，節拍更快。

4）無有害氣體產生。

5）具備一定擴展性，可通過更改程序用于銑刀切割。

6）可以實現在線檢測，產品追溯性更好。

（2）缺點" 銑刀弱化的缺點包括以下幾方面：

1）加工精度容易受外界溫度影響。

2）對清潔度要求高。

3）切縫比激光大，容易產生廢料。

4）加工“深徑比”大的孔、縫容易折斷銑刀。

5）表面形成微小的凹痕、毛刺等，表面質量沒有激光弱化的好。

銑刀弱化的主要參數

1.名詞解釋

1）殘厚：銑刀弱化后儀表板骨架的剩余厚度。

2）橋：連接兩個連續切割的地方。

3）橋的高度：橋到儀表板A面的距離。

4）橋的寬度：橋的切割方向的長度。

5）橋的比例：兩個橋之間的距離。

主要參數示意如圖5所示。

2.主要參數管控

通過銑刀削弱對儀表板氣囊門展開區域加工出弱化槽結構，以確保儀表板乘員側氣囊的展開合格和外觀無缺陷。包括有工藝橋、無工藝橋兩大類的銑刀弱化槽。需要對弱化槽的殘厚、工藝橋的主要參數進行精準、有效管控。以某車型的儀表板銑刀弱化參數進行如下說明。

1）殘厚：將銑刀弱化線按不同區域劃分為靠近人側的橫向段、中間橫向段、靠近風擋玻璃的橫向段、豎向段及圓弧過渡段。一般而言，為保證氣囊展開合格，中間橫向段的殘厚最小且常規為0.5±0.15mm。

2）橋寬：常規為1.5±0.2mm。

3）橋的比例：常規為8～15±1.0mm。

4）橋的高度：常規為不大于3.0m。

銑刀弱化的應用及發展

隨著近年來儀表板自撕表皮和3Dmesh材料的發展，銑刀弱化技術的應用再次取得突破性進展，應用范圍更加廣泛。銑刀弱化的應用已不再局限于硬塑儀表板，已進一步擴展應用到各種各樣的軟質儀表板上，其中包括真空成型IMGL、熱壓覆合的軟質儀表板。

1.硬塑儀表板

將干燥后的塑料粒子在注塑機中通過加熱后螺桿剪切注入注塑模具中冷卻形成產品，并獲得產品A面紋理。氣囊展開時，通過銑刀弱化槽打開注塑儀表板注塑本體（帶紋理）。硬塑儀表板的工藝流程如圖6所示。產品的弱化區域斷面如圖7所示。

2.真空成型IMGL

將自撕裂免弱化的TPO+PP Foam表皮通過水性膠水或熱熔膠，在真空成型設備及模具吸塑在儀表板注塑本體上（不帶紋理），形成軟質的儀表板產品。銑刀削弱的對象仍是注塑本體的儀表板，但依次突破注塑本體（已經銑刀削弱），并在展開氣囊時將表皮自撕。真空成型IMGL工藝流程，具體如圖8所示。產品弱化區域斷面如圖9所示。

3.熱壓覆合

（1）路線1" 將自撕裂免弱化的PU表皮及3D mesh通過水性膠水或熱熔膠，在熱壓覆合設備內進行粘合形成軟質儀表板產品。這次應用中銑刀削弱的對象仍是注塑本體，但氣囊展開時依次擊穿注塑本體（已銑刀削弱）、3Dmesh（自撕裂或已沖切弱化線）、自撕裂PU表皮。熱壓覆合路線1的工藝流程如圖10所示，產品弱化區域斷面如圖11所示。

（2）路線2" 在熱壓覆合路線1的基礎上，將自撕裂PU表皮改為常規的PU或PVC表皮，并對常規的PU或PVC表皮進行冷刀弱化加工出表皮弱化線。當安全氣囊展開時，會依次擊穿注塑本體（已銑削弱化）、3Dmesh（自撕裂或已沖切弱化線）、常規PU/PVC表皮（已弱化冷刀）。其中，常規PVC表皮冷刀弱化線的殘厚為0.4～0.6mm，常規PU表皮冷刀弱化線的殘厚為0.3～0.5mm。熱壓覆合路線2的工藝流程如圖12所示，產品弱化區域斷面如圖13所示。

結語

本文主要講述了儀表板弱化技術的一種——銑刀弱化及其應用發展。希望本次銑刀弱化的總結及分享，為后續新車型應用此技術提供一定的指導作用。

參考文獻

[1] 徐浩閱.銑刀弱化工藝在硬塑儀表板上的應用[J].汽車與配件，2014（19）：68-71.