汽车内外饰常用工艺

内外饰常用工艺方法及新技术展望 北京现代技术中心车身与电装工程部内外饰设计科2011 03 20 134 一 内外饰件所涉及的常用材料二 常用工艺方法简介及对比三 关联工艺方法介绍四 新工艺及其发展方向 目录 内外饰常用工艺方法及新技术展望 2 分布 安装在车身钣金上 广泛分布于车身内外部作用 装饰 功能 载体 安全常用材料汇总 PP PE PC PVC ABS PA PMMA POM PF PU等复合材料及合金 1 内外饰件的分布与作用 一 内外饰件所涉及的常用材料 内外饰常用工艺方法及新技术展望 2 材料分类及其特性 3 塑料的成型加工是指由合成树脂制造厂制造的各类聚合物加工制成最终塑料产品的过程 根据各种塑料不同的成型方法 大致可分为压塑 注塑 挤塑 吹塑 吸塑 层压 搪塑 发泡等多种类型 1 常用塑料成型方法概述 二 常用塑料成型方法简介及对比 内外饰常用工艺方法及新技术展望 4 工艺概述 注射成型是把熔融态塑料注射到密闭的模腔内 经过冷却定型 开模后顶出得到所需的塑料产品 分类及优缺点分析 2 注塑成型工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 原理 优点 工艺简单 成型周期短 效率高 成本低 结构设计自由度大 可自动化生产缺点 表面质感差 手感差 造型自由度小 5 3 吸塑成型工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 工艺概述 将热塑性板片加热至其软化点 藉抽真空 空气压力 重力及机械力使片材拉伸变形后成形于阴模或阳模内 再冷却 脱模 修剪而成 此加工方式亦称真空成形或压差成型 工艺原理图 优点 表面质感好 手感舒适 吸能性好 安全性高 造型自由度大缺点 工艺复杂 表皮易开裂 尺寸稳定性差 结构设计难度大 工艺优缺点 6 3 吸塑成型工艺 阳模成型 内外饰常用工艺方法及新技术展望 工艺原理图 与模型壁贴合的一面 外观质量较高 但产品表面外观不太好壁厚不均匀 阳模的顶部最厚 阳模侧面与底面的交界区最薄因片材各部分贴合模面的时间不同 易造成接近模型侧面的部位出现牵伸或冷却的条纹 产品特点 优缺点 模具成本低 周期短且寿命较长产品表面光泽度高技术成熟 已被广泛利用尺寸精度差 模具细节如皮纹体现差 且不易脱模成型深径比稍大 最小圆角大于1 5mm 但仍有局限性 设计自由度小 7 3 吸塑成型工艺 阴模成型 IMG 内外饰常用工艺方法及新技术展望 表面质量高 结构细节体现鲜明壁厚不均匀 模腔底部最厚 模腔侧面与底面的交界处最薄 表面质量好 皮纹深度限制小用不易变形脱模性好 可简化模具结构技术难度高 模具加工时对模腔间隙的控制精度 皮纹分布的均匀性和真空孔的直径大小 0 1mm 等要求严格模具成本较高 但寿命较长成型深径比小 最小圆角大于1mm 设计自由度较小 工艺原理图 产品特点 优缺点 8 3 吸塑成型工艺 无模成型 内外饰常用工艺方法及新技术展望 表面光泽度高 有较高的光吸收率和透明性产品形状受限 只能在成型时改变产品的拉伸程度和外廓形状 不能成型外型复杂的制件受中心区厚度的限制 成型拉伸比较小技术难度大 靠调节真空度来控制产品轮廓和尺寸 产品形状简单 且无严格的尺寸限制壁厚不均匀 片材中心最薄 被夹持区域较厚 工艺原理图 产品特点 优缺点 9 工艺概述 又称挤出成型 是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用 边受热塑化 边被螺杆向前推送 连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法 4 挤塑成型 内外饰常用工艺方法及新技术展望 生产连续性强 操作简单 应用范围广 效率高设备投资少 成本低产品质量均匀 易于控制形状单一 且截面尺寸受限于机头 工艺原理图 适用于热塑性塑料和橡胶的加工可生产各种等截面的连续制品如型材 电线包覆 密封条等 产品特点 优缺点 10 工艺概述 5 吹塑成型 内外饰常用工艺方法及新技术展望 主要指中空吹塑成型 是借助于气体压力使闭合在模具中的热熔型坯吹胀形成中空制品的方法 工艺原理图 分类及其特点 11 如何实现 工艺概述 将按比例计量的原料混合物 从原液贮罐经计量泵送至发泡机的注射头 通过机械搅拌或撞击充分混合后吐出 注入发泡模具内 混合原液充填至整个模腔 在一定温度下使塑料产生微孔结构 并熟化为固体 脱模后可得到产品 常用的树脂有PS PU PP PE PVC等 工艺原理图 分类 6 发泡工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 12 工艺概述 将塑料或橡胶胶料在闭合模腔内借助加热 加压 使其成型并固化或硫化而得到制品的加工方法 常用于热固性塑料 工艺原理图 7 压铸成型 内外饰常用工艺方法及新技术展望 能一次成型制品 无需二次修饰 成本低生产周期长 效率低 较难实现专业化和自动化生产不能成型形状复杂的厚壁制品 尺寸精度低 优缺点 13 8 层压成型 内外饰常用工艺方法及新技术展望 14 工艺概述 将浸渍或涂有树脂的片材层叠 组成叠合体 送入层压机 在加热和加压条件下 固化成型复合材料制品的一种成型工艺 类型及特点 工艺流程图 工艺概述 将塑料粉从粉末盒倒人开口的中空模内 达到规定的容量后 模具与粉末盒联接并充分旋转 模具在装料前和装料后均进行加热 使原料在模具内壁变成凝胶 当凝胶达到预定厚度时 倒出过量的原料 冷却后即可从模具内剥出产品 工艺原理图 9 搪塑成型工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 优点 表面质感好 造型自由度大 手感好 表皮无应力 吸能性好 安全性高 耐老化性高缺点 工艺复杂 模具寿命低 生产效率低 制品的厚度 重量准确性较差 结构设计难度大 工艺优缺点 15 工艺概述 又称喷射成型 是将含有固化剂的树脂体系和含有引发剂的树脂体系在机器人的自动控制下按一定的比例从枪头均匀喷涂到模具上 经过一段塑化时间后 两种树脂体系完全反应生成的一种新的多孔性弹性体的化合物 经模具固化成型而得到所需的产品 10 喷涂成型工艺 PUSPRAY 内外饰常用工艺方法及新技术展望 优点 精密的表皮表面结构可重复生产 模具寿命极长表面皮纹体现充分 花纹结构不受限制 可方面实现多颜色组合优良的低温 抗老化性 气味低散发性 及优良的物理机械性能 且属环保性材料缺点 原材料成本较高工艺过程控制复杂 表皮厚度难控制 工艺原理图 工艺优缺点 16 所谓关联工艺 是指内外饰件除最基础的材料成型工艺外 为满足某些特殊要求或性能所涉及的一些附加工艺 常见的有 模具材料的热处理工艺和其它加工工艺 塑料产品的表面处理工艺和产品成型后的后序工艺 1 内外饰件常用关联工艺概述 三 关联工艺方法介绍 内外饰常用工艺方法及新技术展望 17 模具材料常用的热处理工艺 金属热处理工艺一般不改变工件的形状和整体的化学成分 而是通过改变工件内部的显微组织 或改变工件表面的化学成分 赋予或改善工件的使用性能 热处理工艺的工序一般包括加热 保温 冷却三个过程 有时只有加热和冷却两个过程 热处理工艺的分类 常用热处理工艺 2 模具材料的热处理工艺和其它加工工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 退火 是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上 保温一段时间后 缓慢地随炉冷却 使奥氏体在高温区发生分解 得到比较接近平衡状态的组织 可降低硬度 消除残余应力 细化晶粒 消除组织缺陷 提高机加工性 正火 是把钢加热到临界温度Ac3或Accm线以上 保温一段时间 然后进行空冷 以得到较多的珠光体组织 正火的效果同退火相似 只是得到更多的珠光体组织 淬火 将钢加热到临界温度Ac3或Ac1以上某一温度 保温一段时间 使之全部或部分奥氏体化 再以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下进行马氏体 或贝氏体 转变 淬火的根本目的是相变 即使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变 然后配合以不同温度的回火 以大幅提高钢的强度 硬度 耐磨性 疲劳强度以及韧性 回火 是把淬火钢重新加热至Ac1线以下的一定温度 经过适当时间的保温后 再冷却到室温 可降低钢件的脆性调质 是把淬火和高温回火结合起来的工艺 以获得一定的强度和韧性渗碳或渗氮 就是将低碳钢在具有丰富碳或氮的介质中加热到某一温度 使活性碳原子或氮原子渗入钢的表面 以获得高碳或高氮的硬化渗层组织 随后经淬火和低温回火 使表面具有高的硬度 耐磨性及疲劳抗力 而心部仍保持足够的强度和韧性 18 模具材料的其它加工工艺模具制作工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 19 内外饰常用工艺方法及新技术展望 皮纹腐蚀加工 简介 采用抗蚀转印油墨 在贴花纸上丝网印制装饰纹 用贴膜法把装饰纹油墨转印到模具上 经干燥修整后 进行化学腐蚀 便在模具上制得凹凸型装饰纹 工艺流程图 如右图 工艺特点采用自配油墨 抗蚀性好 粘合力强 可自然干燥 转印性能好等优点 采用自制球型腐蚀喷头 腐蚀液能喷射成均匀半球面 适合复杂型腔腐蚀 加上型腔朝下 不会堆滞腐蚀液 能获得深度均匀 图纹清晰 高质量的装饰纹 工艺方法简单 操作容易 适合大 中 小模具 不受几何形状限制 设备简单 材料消耗甚少 主要消耗贴花纸 转印油墨 保护漆 成本低廉 经济效益高 贴花转印交接处或有缺陷的装饰纹 需人工修补 对工艺操作人员要求很高 20 内外饰常用工艺方法及新技术展望 喷砂工艺 简介 利用高速砂流的冲击作用清理和粗化基体表面的过程 由于喷料对工件表面的冲击和切削作用 使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度 使工件表面的机械性能也得到改善 工艺原理图 如下图 工艺特点 工艺简单 通用 易操作 效率高 且成本低处理过程中可在不同粗糙度之间的表面任意选择 适应性强可提高工件的抗疲劳性 增加它和涂层之间的附着力 延长涂膜的耐久性 也有利于涂料的流平和装饰 21 3 塑料产品的表面处理工艺 主要是指在塑料成型过程中或成型后 用来改善或改变塑料产品表面状态的加工工艺 常见的有表面涂装 水转印 模内转印 IMD 模内嵌件注塑 IML 镀铬等工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 表面涂装 目的 掩饰表面缺陷 降低产品制造成本 提高使用寿命 增加产品的特殊功能 扩大使用范围等作用 装饰作用 保护作用 实现特殊功能分类及方法 表面喷涂 目的 使用专用喷枪将涂料借助压缩空气的压力将涂料成雾状喷出 使其均匀地黏附在被涂产品的表面或局部遮面喷涂的常用形式 塞子遮面喷涂 块式遮面喷涂 罩式遮面喷涂 22 镀铬工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 简介 利用电解作用 在塑料基体表面附着一层金属铬膜的工艺 可以起到提高耐磨性 导电性 反光性及增加美观等作用 但塑料产品电镀前 必须经过特殊的预处理 工艺流程 如下图 前处理 碱 除油 酸除油 亲水 粗化 凹坑 中和 10 盐酸 预浸 催化 敏化 沉钯 导体 活化 解胶 还原沉镍 化学镍后处理 5 盐酸 活化 预镀铜 焦铜 5 硫酸 活化 酸铜 各5 的硫酸和过硫酸铵 活化 半光镍 光镍 镍封 2 的光铬水 预浸 镀铬 60 65度 烘干工艺特点 镀铬用含氧酸做主盐 铬和氧亲和力强 电析困难 电流效率低铬为变价金属 又含有氧酸根 故阴极还原过程复杂镀铬虽然极化值很大 但极化度很小 故镀液的分散能力和覆盖能力很差 往往要采用辅助阳极和保护阴极镀铬需用大电流密度 而电流效率很低 大量析出氢气 导致镀液欧姆电压降低 故镀铬的电压要比较高镀铬不能用铬作阳极 通常采用纯铅 铅锡合金 铅锑合金等不溶性阳极 23 Cr 3Cr 6 水转印 Cubic 工艺 曲面印刷 内外饰常用工艺方法及新技术展望 简介 又叫立体曲面印刷 先将图案预凹面印刷在薄膜上 再利用水压将薄膜上的图案转印至塑料产品的表面 工艺流程图 如右图 工艺特点 能在产品立体曲面上进行印刷 适用于各种复杂外形的产品 并可改变材料表面的质感产品表面与水转印膜的贴合速度要保持均匀 避免薄膜皱褶而使图纹变形柔性的水转印膜与形状复杂的表面接触时会发生拉伸变形 有失真现象工序多 自动化程度低 生产过程不太环保 24 模内装饰 IMD InmoldDecoration 内外饰常用工艺方法及新技术展望 简介 又被称为嵌片注塑 预先在薄膜上丝网印刷好图纹后 放入注塑模具内 合模后将熔融塑料注射到薄膜的背面 薄膜随产品表面形状被适当弯折或拉伸 并与塑料产品覆合成一体而得到图纹的加工技术 工艺流程图 如下图 工艺特点 工序少 自动化程度高 生产效率高 且生产过程环保送膜装置需附加额外设备由于薄膜拉伸率低 只能用于成型高度小的扁平结构零件 25 模内嵌件转印 IML 内外饰常用工艺方法及新技术展望 简介 将产品图纹预先丝网印刷在薄膜上 然后将印刷好图纹的薄膜通过加热或吸附预先成型 裁切成和产品一样大的 小胶片 然后再将 小胶片 放置在注塑模具内 合模后将熔融塑料注射到薄膜的背面 薄膜与塑料产品覆合成一体而得到图纹的加工技术 工艺流程图 如下图 工艺特点 适用于生产批量较小 同时产品对 表面硬度 要求比较高的情况胶片的印刷较困难 且对产品的凸起或凹陷高度有限制需预先吸附 切割薄膜 额外设备多 投资成本高可随时改变装饰图纹 设计自由度高 26 概述 是指将成型后的塑料制品 再通过切割 焊接 铆接等后序的相关工艺处理后 才能成为最终的产品 主要涉及到水切割 局部弱化 焊接 铆接等工艺 4 塑料制品的后序工艺 内外饰常用工艺方法及新技术展望 水切割 简介 又称水刀或水射流 即把普通水加压到200 420Mpa压力 然后再通过节流小孔 内径0 15 0 35mm 喷射形成速度约为800 1000m s的高速射流 用这种高速密集的水射流 切割软基性材料 分类 高压水射流 磨料水射流工艺特点 可切割范围广 切割质量好 切口平滑 不产生粗糙毛刺无热加工 对易受热影响的材料有利 如 钛较环保 加工过程不产生毒气 可直接排出加工不同类型的材料和形状时 无需更换刀具与其他设备组合 可进行分别操作 优化材料利用程度减少调整次数 易固定好 减少复杂的装夹喷嘴孔径为0 15 0 35mm 切缝小 节约材料 适于切割昂贵材料 27 内外饰常用工艺方法及新技术展望 局部弱化 Scoring 简介 为了某种特种需求如IP上隐形安全气囊线 在产品背部按一定的形状对局部进行减薄处理 以达到局部强度弱化而又不影响外观 常用的有铣刀切割 水切割 模内注塑 激光弱化 冷刀弱化 热刀弱化等弱化型式 固定残留厚度弱化和微孔弱化常见截面及型式 28 随着汽车工业的发展 对车用塑料提出了更高的要求 同时也促使了塑料行业的快速发展 越来越多的汽车主机厂 零部件生产商 材料厂商或设备厂商等将注意力集中到了轻质材料 新工艺和新型组装工序的开发和应用上 1 概述 四 新工艺及其发展方向 内外饰常用工艺方法及新技术展望 29 内外饰常用工艺方法及新技术展望 30 工艺简介 微孔发泡成型工艺 MuCell 是使用一种由熔融聚合物中混合二氧化碳 CO2 或氮气 N2 所形成的超临界流体 SCF 注射进模具中以制造成多微孔泡沫制品 工艺原理 如下图所示工艺特点 塑料中微孔尺寸从5至100微米之间 塑料性能增强 节省原材料 降低成本 塑料熔体加入了SCF 降低了熔体粘度 可要求较低的注射压力和锁模力 可消除凹痕 翘曲和残余应力 可生产薄壁制品 min0 5mm 并能保证其力学性能 缩短了成型周期 环保产品 发泡过程中不使用任何碳氢化合物 不产生任何有害气体 目前无法满足大规模生产 且无法完全控制热力学不稳定状态 需专用机械部件和专用技术许可证 因表面呈现漩涡状 影响制品的美观 不适用于透明制品的生产 2 微孔发泡成型工艺 MuCell 3 综合表面涂层工艺 Coverform 内外饰常用工艺方法及新技术展望 31 工艺简介 这种新开发的涂层技术使得透明注塑部件 如PMMA 仍在注塑模具内时 被一种由多功能丙烯酸组成的反应系统所浸渍 形成一种具有高度抗划伤性 且具有极好的耐磨和耐化学性的表面涂层 工艺原理 如下图所示工艺特点 有望低成本取代传统方式 如右下图所示 在一个工序内实现注塑与涂层 简化工序 节省时间和成本 涂层材料是一种反应体系 能在加热和紫外辐射的作用下硬化 异常牢固地结合到部件的表面 有较好的表面性能 CoverForm机器占用空间小 且生产的部件次品率低 涂层厚度变化小 可减少涂层材料的消耗 需专用机械部件