淺談嵌件注塑技術(shù)及其自動化生產(chǎn)在汽車內(nèi)飾零件中的發(fā)展趨勢

胡銘

摘 要：隨著各行各業(yè)快速發(fā)展的塑膠產(chǎn)品類型與技術(shù)需求，注塑技術(shù)工藝由以往的傳統(tǒng)注塑工藝往多元化方向進行轉(zhuǎn)變，衍生出較多類型的特殊注塑工藝，如氣輔注塑工藝，低壓注塑工藝，多色注塑工藝，嵌件注塑工藝，IMD/INS注塑工藝等等，以滿足各產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的腳步，實現(xiàn)增效降本，提高市場大環(huán)境中的核心競爭力。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)飾;嵌件注塑;自動化生產(chǎn);儀表板氣囊區(qū)域

本文主要針對嵌件注塑工藝來展開技術(shù)交流，首先簡要介紹下嵌件注塑工藝的基本原理， 嵌件注塑工藝是指在注塑成型前，預先放入異材質(zhì)嵌件，待其放置到位后注塑模具開始合模，繼續(xù)成型，期間使熔融狀態(tài)的注塑材料與嵌件相結(jié)合，成為一體化產(chǎn)品的特殊注塑工藝。以往行業(yè)中應用比較多的嵌件注塑都是嵌套金屬件，但隨著應用產(chǎn)品種類的增加，產(chǎn)品功能性的需求，嵌件種類也逐步擴展開來，如網(wǎng)布，玻璃，木材，線圈等等。

1 嵌件注塑工藝的主要特點

不同材質(zhì)各有的特性可以在同一個產(chǎn)品上充分結(jié)合并展現(xiàn);

不同材質(zhì)的物理性能優(yōu)勢能夠滿足一些新產(chǎn)品設計的特殊性能需求;

縮短產(chǎn)品制造生產(chǎn)工序，避免大量的且復雜的裝配作業(yè);

相對于幾道直接裝配生產(chǎn)模式，嵌件注塑使得復合產(chǎn)品的可靠性更加高;

2 嵌件注塑工藝的嵌入方式

純?nèi)斯し胖茫喝斯し胖媚Ｊ骄窒扌暂^大，不適合大型噸位注塑機（一般超過350噸以上），僅限一些簡單且結(jié)構(gòu)較小的嵌件產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)效率相對較低，且安全性不足，隨著人工成本的不斷增加以及生產(chǎn)安全的必要性，這種模式逐步被淘汰。

機器人自動放置：目前生產(chǎn)企業(yè)主流模式，越來越多的企業(yè)采用的是六軸機器人加載機械抓手進行全自動放置嵌件，生產(chǎn)節(jié)拍效率高，對員工人身安全保障高，機械擺放的重復穩(wěn)定性與精度都非常高，從而確保了批量產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

3 嵌件注塑工藝在汽車內(nèi)飾領(lǐng)域的應用及實例介紹

本人所處汽車內(nèi)飾行業(yè)，嵌件注塑工藝在汽車內(nèi)飾領(lǐng)域比較常見，特別在儀表板氣囊區(qū)域應用較為廣泛，較多車型的儀表板氣囊區(qū)域應用了嵌件注塑工藝，故本文以具體實例細節(jié)進行介紹，使讀者可更加實體化的理解該特殊注塑工藝類型的實際應用。眾所周知，汽車內(nèi)飾產(chǎn)品設計必須滿足國家法律法規(guī)的各項規(guī)定，同時也必須滿足主機廠對于產(chǎn)品功能的設計定義。儀表板氣囊區(qū)域的強制性安全性能要求尤其重要，故應用在儀表板氣囊區(qū)域的嵌件注塑工藝往往對于技術(shù)要求會更加高，要確保發(fā)生意外時儀表板區(qū)域氣囊點爆時的正常開啟。儀表板氣囊區(qū)域嵌件注塑工藝的應用主要類型，目前主要分為兩類，一體化嵌件注塑與分體式嵌件注塑。

一體化嵌件注塑：

基本介紹：由于網(wǎng)布，螺母嵌件注塑技術(shù)的日趨成熟，氣囊框與儀表板一體化嵌件注塑成為儀表板類產(chǎn)品設計的一種趨勢。某德系品牌汽車，其儀表板經(jīng)常用到這類設計，該工藝的最大難點與最大挑戰(zhàn)就在于儀表板氣囊門總成（見圖1，金屬螺釘與網(wǎng)布的焊接集成體）在全自動嵌件注塑生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定性與精確性。

機械抓手（嵌件部分）吸取嵌件，抵達等待位置→注塑模開模到位，頂出成品→機械抓手（產(chǎn)品部分）進入設備內(nèi)部，采用吸盤取件→真空信號滿足后，機械手整體上升，抵達模具內(nèi)放嵌件位置→機械抓手（嵌件部分）放置已吸取的嵌件到模具抽芯處→模具抽芯動作，夾緊嵌件→機械抓手退回安全位置→注塑模合模注射→機械抓手放產(chǎn)品→重復循環(huán)。

為了實現(xiàn)上述所說的全自動化生產(chǎn)的穩(wěn)定性與精確性， 以下三點技術(shù)細節(jié)問題需特別關(guān)注;

（1）機械抓手設計復雜性：由于嵌件注塑工藝相對傳統(tǒng)注塑工藝增加了一步嵌件放置環(huán)節(jié)，對于機械抓手的設計需要兼?zhèn)淝都约白⑺艹善啡〖膬蓚€部分，注塑成品的取件部分，設計與應用已非常成熟，沒什么特殊，一般都是吸盤吸取，夾具夾取或兩者結(jié)合形式為主;其復雜性在于嵌件部分，由于嵌物有些是單一材料簡單構(gòu)造（見圖3），也有些是多種材質(zhì)復合型的復雜構(gòu)造（見圖4）。

為了確保嵌物放入模具型腔時就能精確放置，在抓取時就需要精確抓取定位，故導向，限位與感應判斷是該部分必不可少的三大設計要素，之前做過的一個實例項目，其嵌件抓取要求特別高，主要分成了兩塊細節(jié)，一是應用插片機構(gòu)來定位氣囊門總成中網(wǎng)布折疊槽，保證該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能性（氣囊爆破時網(wǎng)布該折疊部分拉住氣囊門總成），二是應用了三個直徑10mm的吸盤來真空吸附金屬螺釘，在此項目開發(fā)初期，最不穩(wěn)定的就是插片機構(gòu)，由于插片機構(gòu)是由齒牙排布而成，開發(fā)初期經(jīng)常性的出現(xiàn)部分齒牙未插入，或者齒牙插入后又松開，或者齒牙偏移角度過大將網(wǎng)布沖破等等異常情況，也是通過不斷的調(diào)整，優(yōu)化設計構(gòu)造，固化設計數(shù)據(jù)，將所有齒牙的寬度，長度，間隔及偏移角度等等要素都完全與網(wǎng)布折疊槽匹配好，最終確定了最優(yōu)方案，實現(xiàn)了穩(wěn)定且精確的連續(xù)抓取要求。

（2）對于注塑設備的重復開模精度穩(wěn)定性：如之前介紹，嵌件注塑放置精度具有高要求的特性，機械手一般選用的都是六軸機器人為主流，可以確保實現(xiàn)各方向的翻轉(zhuǎn)與柔性動作實現(xiàn)，在注塑設備選型上，對于嵌件注塑工藝，必須關(guān)注該設備開模穩(wěn)定性的驗證研究，有過對液壓機型的具體量化數(shù)據(jù)對比，在同一開合模的設備工藝參數(shù)下，連續(xù)生產(chǎn)過程中，國產(chǎn)設備比進口設備重復開模波動大3%左右，由于儀表板類產(chǎn)品的噸位使用較大，一般都要2200噸～2800噸左右，進口設備（德國KM注塑機）一般都是較為推薦的設備機型，經(jīng)過跟蹤研究，KM設備可以保證開模階段最終實際距離波動值處于±1mm（如上述第一點舉例說的問題，嵌件網(wǎng)布折疊槽在模具型腔內(nèi)的放置卡槽寬度也就在4mm， 為了避免嵌件放置位置的偏差問題，如果設備開模位置波動>±2mm，機械抓手上網(wǎng)布齒牙部分基本上也非常容易就會撞模損壞，無法正常連續(xù)生產(chǎn)）。另外除了合適機型的選擇，我們也要在盡可能不影響生產(chǎn)節(jié)拍的前提下，設置最優(yōu)的開合模設備參考，既確保了重復開模精度，又不影響到整體的生產(chǎn)效率。

（3）實際調(diào)試過程中軌跡優(yōu)化：除了上面說的兩個關(guān)鍵細節(jié)以外，在整個機器人編程調(diào)試階段，也是需要通過一次次不斷的嘗試，才能確定最優(yōu)的軌跡編程，因為有些細微調(diào)整，無法在機械抓手機構(gòu)上或者開模距離調(diào)整上完全解決，只能通過程序軌跡的精細化參數(shù)設置，如0.5°或1°的傾斜角度，抽芯設置的等待時間等等。

分體式嵌件注塑：

這種類型是將氣囊區(qū)域的嵌件設計獨立出來，后續(xù)再通過焊接工藝，將其焊接在儀表板本體上的一種工藝設計類型，此類也應用的比較廣泛（如圖5）。

分體式嵌件注塑工藝特點：

相對于一體化嵌件注塑設計，獨立式氣囊框嵌件注塑，設備噸位會相對小很多，同時也容易應用自動化程度更高的流水線形式，比如說在嵌物供料機構(gòu)，儀表板一體化嵌件注塑涉及的嵌件由不同材質(zhì)組成（網(wǎng)布，金屬鉚釘?shù)龋┑漠愋谓Y(jié)構(gòu)，這種不容易堆疊，從而導致其不太容易實現(xiàn)批量供料，只能通過人工擺放方式，一個一個的放置到定位胎具上，因為網(wǎng)布，金屬鉚釘都需要精確定位，但獨立式的氣囊嵌件注塑，一般只用了純網(wǎng)布進行嵌入，其定位精度的保證只要通過兩至三個定位孔導向進入即可實現(xiàn)，再加上批量堆疊也可以實現(xiàn)，從而便于了工程設計人員對于這部分的供料機構(gòu)的自動化應用進行開發(fā)，目前國外較為先進的就是全自動化嵌件注塑工藝流程，應用的就是這種獨立式氣囊嵌件注塑產(chǎn)品，批量網(wǎng)布嵌物自動上料，通過六軸機器人的抓取，放入模具型腔，取出上一模注塑成品，合模繼續(xù)生產(chǎn)，一氣呵成，生產(chǎn)效率極高（如圖6所示）。

除了儀表板氣囊框產(chǎn)品多類型的嵌件注塑，汽車其他零部件上的嵌件注塑應用現(xiàn)在也是越來越多的實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，如開發(fā)過的某款電動汽車上應用的一個箱體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，需嵌件金屬螺釘，也是通過振動盤排序自動供料上線，來滿足機械抓手精確抓取，實現(xiàn)注塑自動化生產(chǎn)（如圖7所示）。

4 嵌件注塑工藝的推廣應用

出于對某些產(chǎn)品性能或功能上面的設計特殊要求考慮，嵌件注塑還會伴隨著其他特殊工藝的復合應用。比如說嵌件注塑的同時，還應用了多色注塑工藝，即嵌件+多色復合工藝類型，在實際新項目中也有類似案例出現(xiàn)。

5 結(jié)語

通過以上幾個方面的基礎介紹，大家可以看出，嵌件注塑工藝除了對產(chǎn)品本身的設計結(jié)構(gòu)有一定要求外，注塑機，注塑模具，及輔助設備工裝等實現(xiàn)相輔相成的有效組合，才能建立一套穩(wěn)定的全自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，如此可以大大降低產(chǎn)品的日常廢損，提升企業(yè)生產(chǎn)效率，減少故障停機率，同時在人力成本不斷上升的大環(huán)境下，企業(yè)也會更加傾向于嵌件注塑的全自動化生產(chǎn)模式。