復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件免噴涂工藝的研究應(yīng)用?

張旺星

摘 要：對帶孔狀結(jié)構(gòu)零件采用精密高光注塑工藝，運(yùn)用免噴涂材料，實現(xiàn)外觀顏色件的成型，達(dá)到汽車造型設(shè)計要求，同時實現(xiàn)了整車成本的降低，滿足了電動汽車綠色出行的設(shè)計理念。通過采用獨立模溫控制的針閥熱流道設(shè)計，解決了帶孔狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的熔接線問題，同時改進(jìn)金屬粉的形狀和顆粒大小，結(jié)合高溫成型，解決了表面流痕，達(dá)到A級表面效果。

關(guān)鍵詞：免噴涂 高光注塑 汽車內(nèi)外飾 復(fù)雜結(jié)構(gòu) 改性材料

1 引言

隨著國家開展美麗中國，構(gòu)建生態(tài)文明建設(shè)的方針政策的大力推行，新能源汽車全國范圍大力推廣，綠色出行和綠色制造順勢蓬勃發(fā)展。伴隨消費者生活水平的提升，個性化、高質(zhì)感、高顏值、多色彩的外觀需求，是新能源內(nèi)外飾件設(shè)計制造的發(fā)展方向，于是低成本的免噴涂材料在汽車內(nèi)外飾件領(lǐng)域的應(yīng)用大放異彩[1]。

目前，在汽車內(nèi)外飾件中，免噴涂材料主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)簡單、平面形狀的零件上，應(yīng)用范圍較窄，且表面顏色質(zhì)感一般，如前后保險杠下裝飾板，而對于帶孔結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，會產(chǎn)生熔接線、流痕等表面質(zhì)量缺陷[2]。本文通過對帶孔狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，采用金屬免噴涂材料，實施高光注塑工藝的研究和應(yīng)用，解決了以往表面缺陷問題，達(dá)到汽車A級表面外觀要求。

2 免噴涂材料應(yīng)用的現(xiàn)狀分析及改善思路

2.1 免噴涂材料應(yīng)用的優(yōu)勢

為了滿足客戶絢麗多彩的個性化需求，汽車內(nèi)外飾件傳統(tǒng)工藝是采用噴漆、電鍍等，對環(huán)境污染嚴(yán)重，尤其是內(nèi)飾件，隨著ELV和VOC的法規(guī)要求，噴漆和電鍍的制造成本越來越高，而免噴涂材料既可兼顧客戶需求，同時又滿足環(huán)保要求，備受整車廠的青睞。兩種工藝對比如下。

對比以上兩種工藝可知，免噴涂材料的應(yīng)用，減少了中間許多環(huán)節(jié)，大大節(jié)約了制造成本，提升了生產(chǎn)效率，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保，而且外觀可隨設(shè)計者需求，制作出不同色彩效果。概況免噴涂材料的優(yōu)勢主要有：生產(chǎn)效率高、綠色環(huán)保、成本低、耐摩擦性好、可回收、還有金屬質(zhì)感好，遮蔽性較好等特點。

2.2 免噴涂材料應(yīng)用的現(xiàn)狀分析

國內(nèi)免噴涂材料由上世紀(jì)70年代的本色塑料，逐步發(fā)展到80年代的有機(jī)染料染色塑料，再發(fā)展到90年代的噴漆/電鍍，具有金屬質(zhì)感的表面處理工藝，到21世紀(jì)，演變成了金屬塑料，無需任何表面處理，注塑成型后，零件表面呈現(xiàn)出金屬質(zhì)感效果[3]。其原理就是在塑料基材中，添加金屬色粉或者珠光色粉，有物理改性和化學(xué)改性。由于在塑料基材中添加了金屬色粉，散熱速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塑料基材，導(dǎo)致注塑難度增加，故只能應(yīng)用在結(jié)構(gòu)簡單或平面結(jié)構(gòu)零件，如門內(nèi)拉手柄、保險杠下裝飾板、行李架，腳踏板等簡單結(jié)構(gòu)零件，如下圖：

然而，對于帶孔狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，采用免噴涂材料，會出現(xiàn)表面質(zhì)量缺陷，無法滿足設(shè)計者要求，如下圖：

2.3 免噴涂材料應(yīng)用的改進(jìn)思路

針對免噴涂材料產(chǎn)生的注塑表面缺陷，本文從原材料的物性值：提升熔體流動指數(shù)進(jìn)行改進(jìn)，同時對模具結(jié)構(gòu)和熱流道進(jìn)行改進(jìn)，然后借鑒高光注塑工藝，提升模溫，徹底解決表面質(zhì)量問題，其中材料的改進(jìn)效果尤為重要。

3 免噴涂材料應(yīng)用的改進(jìn)與實現(xiàn)

3.1 材料的改進(jìn)

在材料方面，通過提升材料的熔融指數(shù)，提高材料的流動性，可有效解決表面流痕等質(zhì)量缺陷，同時有助于注塑工藝的調(diào)整，具體材料熔融指數(shù)調(diào)整如下：

對于鋁粉，其顆粒和形狀對熔接痕處的表面缺陷影響大，會放大產(chǎn)品表面缺陷。對于當(dāng)前材料中使用的普通鋁粉，一般采用片狀、大顆粒鋁粉，優(yōu)點是會產(chǎn)生漫反射，金屬質(zhì)感較容易顯現(xiàn)出來，但注塑時，鋁粉顆粒在熔接痕處容易翻轉(zhuǎn)，造成表面有一條較明顯的熔接痕，如下圖5。現(xiàn)改進(jìn)鋁粉形狀，由片狀改進(jìn)球型，鋁粉顆粒略微縮小，取得表面效果如圖6。

3.2 模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

對于普通噴涂工藝，模具會采用開放式3點進(jìn)膠方式進(jìn)行設(shè)計，如下圖7，熔接線通過油漆遮蔽，滿足設(shè)計要求，而對于免噴涂無法滿足，見上圖4。本文通過在模具熱流道上進(jìn)。

行優(yōu)化設(shè)計，分別采用3點針閥式獨立模溫控制系統(tǒng)進(jìn)膠和5點針閥式獨立模溫控制系統(tǒng)進(jìn)膠設(shè)計，進(jìn)行模流分析見上圖8和圖9。針閥式進(jìn)膠可根據(jù)具體注塑工藝，調(diào)整進(jìn)膠時序，有效控制結(jié)合線的位置，而獨立的模溫控制系統(tǒng)，可有效監(jiān)控匯流時，材料的溫差不超過10℃，使得產(chǎn)品表面的熔接線肉眼不可視，達(dá)到設(shè)計要求。經(jīng)最終分析，本文選用3點針閥式獨立模溫控制系統(tǒng)進(jìn)膠的方式，進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

3.3 高光注塑工藝的應(yīng)用

本文采用高光注塑工藝，通過保持模具高溫，使得材料在模具腔體內(nèi)有很好的流動性能，實現(xiàn)無縫填充，這樣就能消除產(chǎn)品表面的熔接痕、銀絲等外觀缺陷，使得產(chǎn)品呈現(xiàn)噴涂效果：金屬質(zhì)感。本文通過對母模水溫分別進(jìn)行90℃、95℃、100℃進(jìn)行實驗調(diào)試，具體注塑參數(shù)見表2：

通過三種水溫參數(shù)的調(diào)試，90℃產(chǎn)品仍有可見熔接線，95℃及以上，熔接線不可見，見圖10。

經(jīng)過小組評審，達(dá)到設(shè)計要求。

4 總結(jié)與展望

本次研究在解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的免噴涂成型工藝過程中，充分運(yùn)用了系統(tǒng)分析的方法，分別在材料方面、模具方面及注塑工藝方面的逐一改進(jìn)，最終達(dá)到了零部件的設(shè)計要求。就目前實際來看，隨著新能源汽車國補(bǔ)政策的快速下調(diào)，導(dǎo)致整車零部件成本壓力巨增，本著降本不降質(zhì)的原則，采用本文研究應(yīng)用方法，可解決汽車內(nèi)外飾零件中，復(fù)雜裝飾小件的免噴涂工藝缺陷，達(dá)到環(huán)保和降本的目的，應(yīng)用范圍更加廣泛，整車單臺成本可降低100-150元左右，應(yīng)用前景可觀。

參考文獻(xiàn)：

[1]康繼超，李旭，崔許剛，陳緒強(qiáng).新環(huán)保塑料材料用于新能源汽車內(nèi)飾的探討[J].汽車實用技術(shù)，2020（09）：11-13.

[2]高劍波，李少偉.免噴涂技術(shù)在汽車領(lǐng)域的研究與應(yīng)用-保險杠下護(hù)板免噴涂可行性分析[J].汽車實用技術(shù)，2019（21）：170-172.

[3]陶永亮，王曉光，歐陽婷.免噴涂材料在汽車零件中的應(yīng)用[J].橡塑技術(shù)與裝備，2019，45（18）：21-24.