汽車外飾燙印塑料件設計開發

柴凱，馬玉姣，徐晶才，李瑞生

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

引言

汽車產業在我國國民經濟中占有重要地位。從傳統制造到智能研發，汽車產業的轉型升級也面臨著嚴峻的挑戰。

為加強重金屬污染防治，遏制高耗能、高污染、低效率生產，推進電鍍行業產業結構調整和轉型升級，促進電鍍行業可持續健康發展，我國制定了《電鍍行業規范條件》。

汽車具備優異性能的同時，良好的外觀品質同樣重要。滿足造型色彩紋理的定義，外飾塑料件電鍍、噴漆處理都比較常見。但是，電鍍、噴漆零件會具有上述污染問題。

現階段有了更加綠色節能的選擇，燙印技術。本文對燙印的相關技術事項進行了闡述，如下文。

1 燙印的基礎知識介紹

1.1 燙印的定義

燙印的實質就是轉印，是把燙印箔上面的圖案通過熱和壓力的作用轉移到承印物上面的工藝過程。當燙印頭隨著所附燙印上模升溫到一定程度時，隔著燙印箔與零件進行壓印，利用溫度與壓力的作用，使附在滌綸薄膜上的膠層、金屬層和色層轉印到零件上。

1.2 燙印的分類

按燙印方式分：平燙（Up-Down）和滾燙（Roll on）。

圖1 平燙平的燙印示意圖

平燙包含小弧度的曲面、折面和斜面燙，它的基本形式有“平燙平”和“圓燙平“兩種；滾燙包含平面燙、圓周燙和非圓面周邊燙，它的基本形式又有“平燙圓”和“圓燙圓”兩種。

按自動化程度分：手動、半自動、全自動。按整機型式分：立式、臥式。

1.3 燙印箔的簡介

燙印箔是由在12um 厚聚酯薄膜（PET）和在其表面涂布的多層化學涂層組成。按照國際制作標準共分五道常規工藝流程：

（1）載體（由滌綸薄膜或聚脂薄膜組成，對其他層起支撐作用）；

（2）第一道涂層（稱為離心層，又叫剝離層。燙印時便于載體與燙印箔分離）；

（3）第二道涂層（稱為染色層，又稱保護層。提供顏色，保護鋁層）；

（4）第三道涂層（稱為精鍍鋁層，反射光線，呈現金屬光澤）；

（5）第四道涂層（稱為膠粘層，膠粘層融化，將鋁層粘到承印物上，與承印物表面形成附著力。運輸、儲存保護）。

燙印箔的種類很多，包括金屬箔、顏料箔、鐳射箔、木紋箔等。

圖2 燙印箔的組成示意圖

圖3 某幾種燙印箔

1.4 燙印的應用案例

在汽車領域，燙印工藝可以應用在保險杠裝飾件、格柵等零部件上。

例如寶馬320i 進氣格柵，奔馳CLA 進氣格柵、起亞K5進氣格柵、標致5008 進氣格柵等。

圖4 某格柵產品燙印案例

2 燙印工藝流程

本文對燙印工藝流程的幾個關鍵環節進行簡單論述，如下所示。

（1）零部件預處理

被燙印的塑料零部件，需提前用無水乙醇對產品燙印表面進行擦拭處理。清潔液需根據產品材料選擇符合要求的，避免因清潔液造成塑料件腐蝕開裂等異常。主要清除塑料件表面的，在注塑成型時的脫模劑，儲存及運輸過程中因靜電吸附的灰塵，確保燙印表面干凈、整潔。前格柵如先噴漆后燙印，那僅需靜電除塵。

圖5 零部件預處理

（2）安裝調試工裝夾具

將燙印工裝夾具與燙印機械設備固定。工裝夾具固定在機械設備的電熱板上。調整工作臺，使各處受力均勻。

（3）設定參數

設定燙印所需溫度、壓力、時間。

（4）首件試燙

首件燙印，如效果不理想可微調燙印參數或調整工作臺。直到得到滿意的燙印零部件產品。

（5）正式燙印

首件確認燙印品質達標后，操作人員可進行正式燙印。

3 影響燙印質量的幾個關鍵因素

（1）零部件質量；

（2）燙印箔性能；

（3）工藝參數。

燙印參數的確定，燙印溫度、燙印壓力、燙印速度。理想的燙印效果是這三者的綜合效果。較平的壓力、較低的溫度和稍慢的速度，能得到理想的燙印效果。

根據被燙印零部件特性、燙印箔特性、燙印面積、燙印速度確定最佳壓力，再確定最佳溫度。

（4）燙印機械設備

燙印機械設備包括燙印頭、加熱器、壓力傳送機構等。

圖6 燙印機械設備

（5）燙印工裝夾具

燙印工裝設計及零部件定位。主要依據產品3D 結構設計而成，設計工裝有兩部份，一部份是上模燙印工裝夾具的制作，另一部份是下模定位及承載工裝的設計。

這兩部份設計的好壞，直接影響到零部件整體的燙印質量，零部件定位位置、燙印部位受力均勻性等。

下模背面結構調整，保證結構弧度與產品整體弧度一致，做成平滑規則狀態結構。

圖7 某零部件上模燙印工裝夾具

圖8 某零部件下模定位及承載工裝

4 燙印對設計的要求

（1）燙印的材質選擇

一般選用ABS、PC、ABS + PC、ASA、ASA+PMMA。

不適合直接燙印的基材，比如PA、PP、X+GF 等，需要做燙印前處理。

（2）燙印圖形

正方形（比如50mm×50mm 等）的會存在閉氣，縮孔等問題。長方形（比如50mm×20mm 等）、三角形的燙印效果會比較好。

（3）燙印面限制

燙印部位的平面或者曲面結構需要比較規則，不規則易造成導熱不均，而影響產品整體附著力。

二維曲面弦高可以做到40mm。三維曲面弦高可以做到30mm×15mm。

（4）產品結構設計時要有線或面的接觸，燙印是需要燙印頭與產品基材面充分接觸后才實現的，所以需要實現此點要求，不然則無法實行此項工藝。

（5）結構設計限制

凸型結構燙印，燙印面高度差建議h＞5mm。防止因高度不夠造成邊緣多燙。結構越規則、越簡單，那燙印達成效果會更佳。α滿足脫模角度即可。

燙印面邊緣圓角0.2≤r≤1mm。推薦r=0.2mm、0.3mm、0.5mm。圓角的大小影響著硅膠板的壽命和毛邊問題。

凹型結構燙印，在設計燙印面與凸起壁之間必須要有條溝槽進行隔離，間隙宜大于15mm。燙印面與凸起壁之間距離定義為寬度D，凸起壁比燙印面高度定義為H。建議：D≥1.5H。適應工裝及燙印箔平鋪，防止起皺，影響燙印效果。具體參數需要根據面，進行詳細校核。

燙印面的反面有加強筋或其他高度不同的結構，易導致燙印壓力不均勻。設計時盡量保證結構弧度與產品整體弧度一致，做成平滑規則狀態結構。使之受壓力均勻，如不行，可通過燙印定位工裝解決。

圖9 燙印凸臺示例

（6）長的二維曲線面可以采用滾燙。

（7）整體燙印還是分段燙印

考慮燙印的合格率。建議按照500mm×300mm 的尺寸分段燙印模具。整體燙印對燙印設備要求高。

（8）一種產品有兩種不同顏色型號燙印箔時，同色燙印盡可能的排在垂直線上，節約燙印箔。

（9）提前做模流分析，確保外觀及熔接痕滿足燙印及客戶對產品外觀要求。

5 燙印的技術標準

目前各大汽車主機廠，并無完整、統一的針對燙印零部件的技術標準規范。

一般來講，燙印零部件需要滿足，整車外部零部件的通用規范要求。有的主機廠，按照噴漆零部件的技術標準來執行，有的主機廠按照電鍍零部件的技術標準來執行。或者兼而有之。

6 總結

在外觀效果的角度來講，燙印是對噴漆和電鍍的替代。

與其他兩種工藝的比較，燙印在結構設計上會受限更多。工藝工序復雜程度上，會更簡單一些。能夠達到的外觀效果，差異較小。零部件達到一定產量之后，成本更加合理。

燙印箔的選擇范圍廣，如不同顏色的燙印箔，不同光澤效果的燙印箔，以及適用于不同基材的燙印箔。外觀效果選擇更加豐富。

環境污染小，可重復燙印。在綠色節能環保方面，遙遙領先。