汽車座椅一體式前靠背泡沫撕裂問題分析與優化

馬兆強， 王傳奇

（一汽-大眾汽車有限公司 青島分公司， 山東 青島 266000）

0 引 言

汽車座椅是汽車內飾的重要組成部分，其中泡沫對座椅支撐性和乘坐舒適度有著重要影響[1]。在一體式前靠背泡沫生產過程中，泡沫撕裂缺陷比較常見，對產品外觀有著不利影響。撕裂缺陷的形成因素較多[2]，現通過對泡沫模具結構、脫模劑噴涂均勻性等方面進行分析，找出有效的解決方案。

1 產品結構及撕裂問題

以某車型一體式前靠背泡沫為研究對象，結構如圖1 所示，外形尺寸為899.6 mm×522.2 mm×271.0 mm，材質為聚氨酯高回彈軟泡，采用36 個工位4 組分發泡生產線實現冷模高壓澆注，泡沫為全MDI 體系（二苯基甲烷二異氰酸酯）。

圖1 一體式前靠背泡沫結構

一體式前靠背泡沫模具采用三板模設計，材質為ZL104 鋁合金，壁厚為15 mm。模具結構包括上模、中模、下模，如圖2（a）～（c）所示，產品在模內狀態如圖2（d）所示。

圖2 模具結構

一體式前靠背模具在清理后噴涂脫模劑，并擺放橫向鋼絲等內嵌件。鋼絲的擺放位置通過突起的鋼絲預埋板進行定位，鋼絲預埋板由突起的板筋結構組成，并在板筋表面鑲嵌了圓柱形磁塊，其尺寸為5 mm×20 mm，2 個磁塊在模具上組成1 個鋼絲吸附點，吸附點的數量取決于鋼絲的長度，一般每10 cm 設計1個吸附點，鋼絲通過磁塊的吸力固定在模具中。為防止鋼絲在模具中竄動，在模具鋼絲預埋板板筋端點設計了限位塊，尺寸為8 mm×25 mm，如圖3（a）所示。鋼絲擺放完成后模具合模，通過澆注系統進行化料澆注，化料在型腔內進行化學反應形成泡沫，泡沫在模具中狀態如圖3（b）所示。隨后模具打開，泡沫在中模帶動下與下模脫離，脫離過程如圖3（c）所示。

圖3 模具打開過程

一體式泡沫澆注、合模熟化完成后，由于其整體尺寸較大，模具打開時，受脫模力影響，泡沫會產生2 種撕裂缺陷，分別為泡沫橫向鋼絲處撕裂和泡沫肩部邊緣處撕裂，撕裂狀態如圖4所示。

圖4 一體式前靠背泡沫撕裂缺陷

對泡沫撕裂缺陷進行統計，每周產量為4 000件，缺陷率如圖5所示。經計算，10周內一體式前靠背發泡的平均撕裂率為10.2%，泡沫的一次下線合格率較低，影響泡沫外觀質量。

圖5 一體式前靠背泡沫撕裂缺陷率

2 原因分析

一體式前靠背泡沫在生產過程中，受模具橫向鋼絲預埋板板筋高度、分型結構、脫模劑噴涂均勻性等因素影響，會產生泡沫橫向鋼絲處和肩部邊緣處撕裂。

2.1 鋼絲預埋板板筋高度對泡沫橫向鋼絲處撕裂的影響

模具打開時，泡沫脫離型腔的過程中，橫向鋼絲與其對應位置的橫向鋼絲預埋板板筋存在摩擦，直至泡沫脫離下模為止，摩擦距離定義為鋼絲預埋板板筋高度。在此過程中，鋼絲預埋板板筋高度越高，其與泡沫摩擦的行程越大，開模阻力就越大[3]，造成的泡沫撕裂程度越深。目前鋼絲預埋板板筋高度是30 mm，如圖6 所示，其相應位置處的橫向鋼絲處泡沫撕裂嚴重。

圖6 鋼絲預埋板板筋高度

2.2 模具分型結構對泡沫肩部邊緣處撕裂的影響

經對產品造型分析，并結合模內反應原理，充分考慮反應排氣效果、操作合理性后，確定一體式前靠背泡沫的分型結構如圖7 所示，虛線以上部分為模具下模，虛線以下部分為模具中模，虛線為模具下模和中模的分型面。

圖7 泡沫分型結構

一體式前靠背泡沫A、B 面如圖8 所示，在泡沫成型過程中，B 面會在中模背面包裹中模，依靠摩擦力將泡沫整體帶起，并隨中模同步打開，達到脫模效果。在分型結構中，B 面表面積占比影響泡沫開模隨動性。B 面表面積占比越小，泡沫與中模包裹摩擦力越小，其與中模隨動性越差，易造成肩部邊緣位置的撕裂。

經測量，一體式前靠背B 面表面積為0.157 m2，A 面表面積為0.885 m2。對開模隨動性有直接影響的B 面表面積占整體泡沫比例僅為15.1%，占比偏小，所以在模具打開過程中，一體式前靠背泡沫與模具的隨動性降低，導致泡沫肩部邊緣處撕裂頻發。

2.3 脫模劑噴涂均勻性對撕裂的影響

脫模劑是多種物質乳化調配而成的混合物，主要成分是微晶蠟及其有機載體，其作用是通過霧化噴涂，蠟質成分在模具零件表面與產品表面之間形成脫模層，能更有效地幫助產品與模具脫離[4]。目前脫模劑通過重力自流方式供料，采用人工靜電噴槍噴涂，噴涂方式如圖9所示。

圖9 脫模劑噴涂

該噴涂方式的缺點如下：①重力自流方式無法保證靜電噴槍的噴涂量，重力較大時，即使采用同一噴槍，噴涂量也會增加；重力較小時噴涂量會變小，此模式下噴涂流量波動大，噴涂一致性不可靠；②人工噴涂雖然可實現噴涂軌跡靈活控制，但由于速度無法控制，會導致模具零件表面局部位置附著過多或過少，無法保證模具零件表面脫模劑噴涂的均勻性。

綜上所述，即使不考慮模具造型及設計因素，脫模劑噴涂均勻性不佳或噴涂量過少時，在開模過程中也會造成橫向鋼絲處、肩部邊緣處撕裂。但當脫模劑噴涂量過多時，會造成泡沫表面產生蜂窩狀燒泡。

3 優化措施

3.1 模具橫向鋼絲處預埋板板筋高度優化

由以上分析可知，模具橫向鋼絲預埋板板筋高度越高，其與泡沫摩擦造成的泡沫撕裂程度越深。因此，在模具設計時應盡量降低內部2 根橫向鋼絲處的模具鋼絲預埋板板筋高度，以便緩解開模時泡沫與模具鋼絲預埋板板筋的摩擦干涉，降低開模阻力。經驗證，合理的橫向鋼絲預埋板板筋高度應該由目前30 mm更改為24～27 mm，模具優化后如圖10所示。

圖10 橫向鋼絲預埋板板筋高度優化后狀態

3.2 模具增加開模輔助機構

由于一體式前靠背泡沫B 面表面積占比小，不利于開模隨動。為改善開模隨動性，緩解泡沫肩部處撕裂，在原有中模的基礎上增加開模短柱和魔術貼等開模輔助機構。

3.2.1 中模增加開模短柱

在模具打開過程中，由于泡沫B面預留不足，導致其與中模隨動性差，易產生因位移不同步而造成肩部撕裂。在中模頭枕下方左右側增加2 個φ8 mm的開模輔助短柱，短柱外露長度為20 mm。短柱在發泡過程中，被泡沫包裹。在開模過程中可更好帶動泡沫隨中模移動，避免開模不同步造成的肩部撕裂。短柱結構如圖11方框所示。

圖11 中模增加開模輔助短柱

3.2.2 中模增加魔術貼

增加輔助短柱后，泡沫肩部撕裂雖有緩解，但仍有撕裂幾率。為增加開模隨動性，在中模上粘貼一種長條形、單面貼膠的魔術貼，長度為20 cm。魔術貼的勾面能與前靠泡沫B 面無紡布粘合，增加模具打開時產品與中模的隨動性，更好地帶動泡沫隨中模移動，降低了肩部撕裂率。魔術貼及粘貼位置如圖12所示。

圖12 中模粘貼魔術貼

3.3 新增脫模劑自動噴涂設備

為避免脫模劑噴涂不均勻，設計安裝了自動噴涂設備，其原理是使用恒壓、恒液位儲罐裝置，實現恒定流量輸出，針對不同模具編輯固定噴涂軌跡，實現自動噴涂。模具上、下模各設置4把噴槍，噴槍口徑為φ1.5 mm，噴涂流量數顯控制在（35～40）g/min，編輯適應軌跡。以上措施可保證發泡各型腔均能被脫模劑均勻噴涂，脫模劑自動噴涂系統如圖13所示。

圖13 脫模劑自動噴涂系統

4 措施驗證

經模具鋼絲預埋板板筋高度優化、增加開模輔助機構、增加脫模劑自動噴涂系統等措施后，一體式前靠背泡沫產品外觀質量改善顯著，生產的實物如圖14所示，改善后在模具內成型的產品狀態更加飽滿，生產線操作工更容易從模具內取出產品，泡沫表面更圓順完整，撕裂缺陷率大幅降低。對泡沫撕裂缺陷進行統計，每周產量為4 000 件，缺陷率如圖15所示。經計算，10周內一體式前靠背發泡的平均撕裂率在2.0%及以下，平均缺陷率低于10%的行業水平。

圖14 一體式前靠背泡沫撕裂缺陷優化后狀態

圖15 優化后一體式前靠背泡沫撕裂缺陷率

5 結束語

對一體式前靠背泡沫撕裂問題進行研究，通過優化模具橫向鋼絲預埋板板筋高度、增加開模輔助機構、新增脫模劑自動噴涂設備等措施，開模干涉得到優化、開模隨動性得以改善、脫模劑噴涂一致性得到保證，撕裂率由10.2%降至2.0%以下，平均缺陷率低于10%的行業水平，產品外觀質量提升顯著。發泡撕裂原理的分析、改善得到的經驗，對新項目泡沫模具設計開發及泡沫類似缺陷的優化具有借鑒意義。