汽車內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件免噴涂工藝分析

摘要：免噴涂工藝作為一種革新的綠色制造技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)外飾零件的制造中。通過(guò)在基材中添加特殊顏料或金屬粉末，免噴涂技術(shù)能夠省去傳統(tǒng)噴漆環(huán)節(jié)，直接實(shí)現(xiàn)理想外觀效果。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例，對(duì)汽車內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的免噴涂工藝進(jìn)行分析，為汽車制造提供新的研究方向和實(shí)踐路徑。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)外飾；結(jié)構(gòu)零件；免噴涂工藝；汽車制造

中圖分類號(hào)：U466" 收稿日期：2024-12-19

DOI：1019999/jcnki1004-0226202502029

1 前言

近年來(lái)，隨著環(huán)保法規(guī)的推進(jìn)和消費(fèi)者對(duì)汽車內(nèi)外飾件高質(zhì)量外觀的需求增加，免噴涂工藝在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用得到了快速發(fā)展。傳統(tǒng)噴涂工藝存在工序復(fù)雜、污染嚴(yán)重、成本高等問(wèn)題，而免噴涂工藝通過(guò)直接注塑實(shí)現(xiàn)零件表面高光澤、金屬質(zhì)感或啞光效果，不僅符合環(huán)保要求，還顯著降低了生產(chǎn)成本。本文旨在探討復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件免噴涂工藝的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用策略。

2 免噴涂工藝概述

21 免噴涂技術(shù)原理

免噴涂技術(shù)的核心原理是在樹(shù)脂基材中添加特殊的顏料或金屬粉，通過(guò)注塑、擠出或模壓等成形工藝，使零件在成形時(shí)即具備優(yōu)異的外觀效果。傳統(tǒng)噴涂工藝需要后續(xù)涂層處理以實(shí)現(xiàn)外觀要求，不僅增加了加工步驟和成本，還會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染問(wèn)題，如有機(jī)揮發(fā)物（VOC）排放。相比之下，免噴涂工藝能夠在一次成形過(guò)程中直接獲得高光澤、金屬質(zhì)感或啞光等效果，省去了噴漆、電鍍等工序。這種方式不僅簡(jiǎn)化了制造流程，顯著提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)滿足了現(xiàn)代汽車制造中綠色環(huán)保和高效生產(chǎn)的要求。

22 材料分類及特點(diǎn)

221 高光澤材料

高光澤免噴涂材料主要用于經(jīng)常暴露于嚴(yán)苛環(huán)境的汽車零件，如前格柵、立柱外飾板和后視鏡外殼等（見(jiàn)圖1）。這類材料包括高光ASA、PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）以及PMMA/ASA合金等。除了具有高光澤度（光澤度大于60°）和卓越的耐候性，這些材料還需滿足更高的耐化學(xué)性要求，以抵抗常見(jiàn)汽車清潔劑和酸雨的侵蝕。此外，材料的機(jī)械性能需要承受極端溫度下的低溫沖擊和高溫負(fù)載，特別是在寒冷地區(qū)或夏季暴曬的條件下保持穩(wěn)定性。高光材料通常通過(guò)急冷急熱的模溫技術(shù)進(jìn)行成形，以進(jìn)一步提升表面光澤和紋理的均勻性[1]。

222 金屬效果材料

金屬效果材料通過(guò)在樹(shù)脂基材中添加特定形狀和顆粒大小的金屬顏料（如鋁粉）來(lái)實(shí)現(xiàn)類金屬的外觀質(zhì)感。常見(jiàn)的金屬效果材料主要應(yīng)用于汽車裝飾件如側(cè)裙、儀表裝飾條、中控面板和保險(xiǎn)杠裝飾板等。

金屬粉的形貌和分布對(duì)最終的外觀效果有顯著影響。傳統(tǒng)片狀金屬粉雖然可以產(chǎn)生較強(qiáng)的金屬反光效果，但在注塑過(guò)程中容易引起流痕和熔接線等表面缺陷。為此，優(yōu)化后的球形金屬粉在分布均勻性和光澤穩(wěn)定性方面表現(xiàn)更佳，顯著減少了表面瑕疵。

此外，金屬效果材料還需克服熱穩(wěn)定性和模具流動(dòng)性的挑戰(zhàn)，通過(guò)添加分散劑和改性助劑，可進(jìn)一步提升其工藝適應(yīng)性和最終成品的視覺(jué)效果。

223 啞光效果材料

啞光免噴涂材料主要用于汽車內(nèi)飾件，如遮陽(yáng)板、門板上裝、手套箱蓋板和轉(zhuǎn)向柱外殼等。這類材料的獨(dú)特之處在于其低光澤表面能夠有效減少光反射，降低駕駛員的視覺(jué)疲勞，提升駕駛安全性。啞光效果的實(shí)現(xiàn)通常依賴于材料配方中混入一定比例的不相容組分（如低光澤ABS、PC/ABS合金等），或者通過(guò)添加特殊的消光劑和表面皮紋處理來(lái)增強(qiáng)光澤擴(kuò)散效果。相比于高光材料和金屬效果材料，啞光材料更注重觸感柔和性與細(xì)膩質(zhì)感，其設(shè)計(jì)風(fēng)格強(qiáng)調(diào)內(nèi)飾的高雅與實(shí)用[2]。

3 免噴涂工藝在汽車內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的問(wèn)題

汽車的內(nèi)外飾復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件是免噴涂工藝應(yīng)用的重要領(lǐng)域。這類零件通常具備孔洞、多曲面或多功能設(shè)計(jì)，其成形工藝和外觀質(zhì)量對(duì)技術(shù)提出了更高要求。傳統(tǒng)的噴涂或電鍍工藝雖然能夠掩蓋表面缺陷，但因其工序繁瑣、成本高昂且污染環(huán)境，在環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格的背景下已不再適宜。相比之下，免噴涂工藝因簡(jiǎn)化了制造流程，既降低了成本又減少了污染，在汽車制造中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。然而，免噴涂工藝的應(yīng)用目前主要集中于簡(jiǎn)單平面零件（如門把手、保險(xiǎn)杠裝飾板）和高光澤裝飾件（如前格柵），在更復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件中的推廣仍然面臨挑戰(zhàn)。

帶孔狀或多曲面零件的免噴涂成形存在幾點(diǎn)關(guān)鍵問(wèn)題：a.熔接線的形成是突出難題，材料在孔洞或復(fù)雜結(jié)構(gòu)周圍的流動(dòng)匯合會(huì)出現(xiàn)明顯的熔接痕跡，直接影響外觀質(zhì)量。b.流痕和氣紋問(wèn)題較為常見(jiàn)，特別是在金屬顏料分布不均的情況下，容易導(dǎo)致表面光澤不一致。c.復(fù)雜成形需求對(duì)工藝控制的精準(zhǔn)性提出了更高要求。例如，具有通風(fēng)孔和支撐結(jié)構(gòu)的多功能設(shè)計(jì)，需要在注塑過(guò)程中精確控制材料流動(dòng)路徑和溫度分布，以避免表面缺陷和結(jié)構(gòu)變形[2]。

4 汽車內(nèi)外飾結(jié)構(gòu)免噴涂工藝的應(yīng)用策略

41 材料選擇與改進(jìn)

免噴涂材料的選擇是確保最終零件具備優(yōu)異外觀效果的第一步。材料不僅要滿足高光澤、金屬質(zhì)感或啞光效果的外觀需求，還必須具備良好的加工性能和長(zhǎng)期使用的耐久性。例如，用于高光澤零件的材料需具有高分子量和良好的分散性，以保證表面光潔度和均勻光澤；金屬效果材料則需通過(guò)添加金屬顏料（如鋁粉、銅粉）來(lái)實(shí)現(xiàn)類金屬的質(zhì)感。然而，金屬顏料的形狀和顆粒大小直接影響其分布均勻性和流動(dòng)性能，這成為優(yōu)化材料性能的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。此外，免噴涂材料需與基材高度兼容，以避免顏料在注塑過(guò)程中的沉降和分離現(xiàn)象。

為了解決流痕和熔接線等表面缺陷，常通過(guò)優(yōu)化材料的熔融指數(shù)（MFI）來(lái)提高其流動(dòng)性和填充性能。具體來(lái)說(shuō)，將MFI從傳統(tǒng)的10～19 g/10 min提升至35～41 g/10 min，可以顯著改善材料的填充能力，使其在模腔內(nèi)流動(dòng)更均勻，從而減少熔接線的形成。這一改進(jìn)不僅優(yōu)化了材料在復(fù)雜模具中的表現(xiàn)，還為實(shí)現(xiàn)A級(jí)表面外觀提供了基礎(chǔ)支持。此外，金屬粉的形狀優(yōu)化（如由傳統(tǒng)片狀改為球形）也是重要的技術(shù)改進(jìn)。片狀金屬粉在注塑過(guò)程中容易翻轉(zhuǎn)和堆積，導(dǎo)致光澤不均勻和流痕；而球形粉末由于流動(dòng)性更佳，可在模腔內(nèi)均勻分布，從而有效減少這些問(wèn)題，提高零件表面的光澤一致性。

對(duì)于提升耐候性和耐刮擦性能的方面，需要添加耐候助劑和耐刮擦劑。耐候助劑可增強(qiáng)材料在紫外線照射下的穩(wěn)定性，延緩色彩和光澤的衰減，適用于長(zhǎng)期暴露在陽(yáng)光下的外飾件。耐刮擦劑通過(guò)在材料表面形成一層微米級(jí)保護(hù)膜，能夠顯著提高零件的抗磨損能力。這些助劑的添加需與材料基體高度兼容，才能在不影響外觀的同時(shí)確保機(jī)械性能。通過(guò)這些改性措施，免噴涂材料能夠在復(fù)雜多變的使用條件下保持優(yōu)異的外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性，為汽車內(nèi)外飾零件的耐久使用提供支持[3]。

42 模具設(shè)計(jì)與熱流道優(yōu)化

模具的設(shè)計(jì)對(duì)免噴涂工藝的成功至關(guān)重要，尤其是在制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件時(shí)，模具性能的優(yōu)劣直接決定了零件的表面質(zhì)量和成形效率。首先，模具表面必須達(dá)到高光鏡面效果，以確保零件成形后具有A級(jí)的外觀質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)這一效果需要使用高性能模具材料，如12343 ESR、H13等具備高硬度和耐磨性能的鋼材，并經(jīng)過(guò)多階段精密拋光，達(dá)到至少1 000目以上的鏡面精度。此外，高光模具表面通常需進(jìn)行特殊涂層處理，例如，鍍鎳或PVD涂層，以減少材料流動(dòng)過(guò)程中的摩擦力，提高材料在模具表面的滑移性，從而進(jìn)一步優(yōu)化零件表面的光潔度和流線均勻性[4]。

在成形復(fù)雜零件（如帶孔、彎曲或多曲面結(jié)構(gòu)）時(shí)，熔接線問(wèn)題最為常見(jiàn)，這通常是由材料流動(dòng)匯合時(shí)的溫差引起的。為解決這一問(wèn)題，采用獨(dú)立模溫控制系統(tǒng)的針閥熱流道技術(shù)是一種有效方法。該技術(shù)通過(guò)在模具內(nèi)設(shè)置多個(gè)進(jìn)膠點(diǎn)，并對(duì)每個(gè)進(jìn)膠點(diǎn)的溫度和注射時(shí)序進(jìn)行獨(dú)立控制，使材料在匯合區(qū)域的溫差始終控制在10 ℃以內(nèi)，從而顯著減少熔接線的形成。實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的針閥系統(tǒng)能夠使熔接線肉眼不可見(jiàn)，達(dá)到A級(jí)表面要求，這一技術(shù)已在多項(xiàng)復(fù)雜零件的成形中取得成功應(yīng)用。

此外，熱流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要結(jié)合模流分析工具進(jìn)行詳細(xì)的模擬和優(yōu)化。通過(guò)模流分析，可以確定最優(yōu)的進(jìn)膠點(diǎn)布置和流道形狀，從而在模腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)材料的均勻分布。例如，對(duì)于多孔或多曲面的復(fù)雜零件，通常采用三點(diǎn)或五點(diǎn)針閥式進(jìn)膠設(shè)計(jì)（圖2、圖3），通過(guò)多點(diǎn)進(jìn)膠降低材料在模腔內(nèi)的流動(dòng)阻力，均勻分布材料流動(dòng)路徑，避免因單點(diǎn)注塑造成的流痕、氣紋和光澤不均等缺陷。

除此之外，調(diào)整進(jìn)膠時(shí)序和注射壓力也是優(yōu)化工藝的重要途徑。合理的進(jìn)膠時(shí)序能夠確保材料在關(guān)鍵區(qū)域充分填充，而精確控制注射壓力可以進(jìn)一步改善材料的流動(dòng)性能和模腔的充滿度，使零件表面更加平整光滑，滿足高質(zhì)量外觀要求。通過(guò)以上優(yōu)化設(shè)計(jì)，模具能夠在復(fù)雜零件的免噴涂工藝中發(fā)揮最大效能，從而顯著提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

43 高光注塑工藝的實(shí)現(xiàn)

高光注塑工藝是免噴涂工藝中實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)外觀效果的核心技術(shù)，其關(guān)鍵在于模具溫度的精準(zhǔn)控制和注塑參數(shù)的科學(xué)優(yōu)化。通常，高光注塑要求模具在注塑前被加熱至較高溫度（如90 ℃、95 ℃或100 ℃），從而減少材料的冷卻速率。這一高溫環(huán)境能夠顯著增強(qiáng)材料的流動(dòng)性能和模腔填充能力，確保表面光滑無(wú)瑕。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)模具溫度低于90 ℃時(shí)，零件表面容易出現(xiàn)熔接線和銀絲等缺陷；當(dāng)模具溫度達(dá)到95 ℃及以上時(shí)，這些問(wèn)題能夠被顯著緩解甚至完全消除。這表明模具溫度的控制直接決定了成形零件的表面質(zhì)量。

在高光注塑工藝中，注塑機(jī)的各項(xiàng)工藝參數(shù)也需進(jìn)行精確設(shè)定，以確保成形效果的穩(wěn)定性和優(yōu)質(zhì)性。

a.注塑壓力。適當(dāng)較高的注塑壓力能夠確保材料快速充滿模腔，有助于減少流痕和填充不均的情況。但過(guò)高的壓力可能導(dǎo)致零件翹曲或內(nèi)部應(yīng)力增大，甚至損傷零件的細(xì)節(jié)部分。

b.注塑速度。高速注塑有助于提高材料在模腔內(nèi)的均勻分布，從而避免局部流動(dòng)不穩(wěn)定。但注塑速度過(guò)快可能引發(fā)剪切應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致表面缺陷或內(nèi)部缺陷增加。

c.保壓時(shí)間。合理的保壓時(shí)間能夠降低材料收縮率，確保零件的尺寸精度和表面平整度。一般情況下，保壓時(shí)間需根據(jù)零件厚度和材料特性進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。

d.冷卻過(guò)程中的時(shí)間控制和背壓調(diào)節(jié)同樣至關(guān)重要。冷卻時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致零件表面光澤下降或出現(xiàn)收縮痕，而適當(dāng)?shù)睦鋮s速率可以確保零件在冷卻過(guò)程中保持均勻的外觀質(zhì)量。例如，典型的冷卻時(shí)間通常設(shè)置為25 s左右，同時(shí)結(jié)合注塑后模溫逐步降低的工藝調(diào)整，可以有效避免零件變形和光澤不均的問(wèn)題。高光注塑工藝的這一特點(diǎn)，使其尤其適用于對(duì)外觀要求較高的汽車內(nèi)外飾零件，如前格柵、儀表板裝飾件等。

高光注塑還需借助模流分析對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行仿真優(yōu)化，以對(duì)潛在的成形缺陷進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。例如，在成形帶孔或多曲面的復(fù)雜零件時(shí)，模流分析可用來(lái)模擬材料的流動(dòng)路徑、溫度分布和壓力分布，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的多次迭代優(yōu)化，找到最佳的參數(shù)組合。這種精細(xì)化的工藝控制不僅提高了零件的表面質(zhì)量，還顯著減少了廢品率，降低了后續(xù)修復(fù)的工作量和成本。通過(guò)這一科學(xué)而系統(tǒng)的優(yōu)化過(guò)程，高光注塑工藝能夠滿足免噴涂零件對(duì)外觀質(zhì)量和功能性的雙重要求，助力汽車制造工藝的進(jìn)一步提升。

5 案例分析

保險(xiǎn)杠下護(hù)板作為一款裝飾性零件，需要具備高光澤和金屬質(zhì)感，同時(shí)滿足環(huán)保和成本控制需求。該項(xiàng)目采用改性聚丙烯（PP）基材，內(nèi)含球形鋁粉以實(shí)現(xiàn)均勻的金屬質(zhì)感，并通過(guò)急冷急熱模溫技術(shù)確保表面光澤一致性。模具方面，采用鏡面拋光和獨(dú)立模溫控制系統(tǒng)，在注塑時(shí)優(yōu)化進(jìn)膠位置和時(shí)序，顯著減少了流痕和熔接線。結(jié)合模流分析，重新規(guī)劃注射點(diǎn)和流道布置，有效解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)（如狗窩和筋位）對(duì)材料流動(dòng)的阻礙。此外，球形鋁粉的改進(jìn)提升了材料流動(dòng)性和分布均勻性，使得外觀質(zhì)量達(dá)到噴涂工藝的同等水平，同時(shí)具備更高的抗刮擦性能。最終，該工藝不僅簡(jiǎn)化了制造流程，降低了VOC排放和生產(chǎn)成本，還通過(guò)材料的可回收性實(shí)現(xiàn)了環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏，產(chǎn)品整體成本下降20%～30%。

6 結(jié)語(yǔ)

免噴涂工藝作為綠色制造的典范，為汽車內(nèi)外飾零件的生產(chǎn)帶來(lái)了全新的解決方案。通過(guò)材料、模具和工藝的綜合優(yōu)化，該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)的外觀效果，還有效降低了成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。尤其是在復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件中的成功應(yīng)用，展現(xiàn)了免噴涂工藝在應(yīng)對(duì)高精度外觀需求和環(huán)保挑戰(zhàn)中的巨大潛力。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和推廣，免噴涂工藝有望在更廣泛的汽車零部件制造中發(fā)揮重要作用，為汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。

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作者簡(jiǎn)介：

張健，男，1986年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槠噧?nèi)外飾零件外觀/材料開(kāi)發(fā)及認(rèn)可。