3Dmesh包覆儀表板副駕氣囊區(qū)域分步弱化方法研究

摘" 要：本文簡(jiǎn)要敘述了3Dmesh包覆的儀表板副駕氣囊區(qū)域常見(jiàn)的弱化方法，重點(diǎn)分析了分步弱化方案中，表皮、3Dmesh及骨架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵工藝要求。并根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了常見(jiàn)弱化缺陷產(chǎn)生的原因及相應(yīng)解決方案，為后續(xù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提供了參考。

關(guān)鍵詞：儀表板；3Dmesh；分步弱化法；弱化線；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U463" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " "文章編號(hào)：1005-2550（2024）01-0038-05

Research on The Fractional Step Weaken Method of The 3Dmesh Wrapping Instrument Panel in Co-Driver Airbag Area

CHang Zhan-bo， LI Cheng， CHEN Jing， YU Lai-shui， WANG Hui-huan

（VOYAH Automobile Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China）

Abstract： This paper briefly describes the common weakening methods of the instrument panel wrapped by 3Dmesh in airbag area， and emphatically analyzes the design points and key process requirements of the skin， 3Dmesh and substrate in the fractional step weaken proposal. According to the project experiences， the causes of common weaken defects and corresponding solutions are summarized， which provides a reference for the subsequent project development.

Key Words： Instrument Panel; 3Dmesh; Fractional Step Weaken Proposal; Weaken Line; Key Points Of Design

前" " 言

隨著汽車(chē)設(shè)計(jì)及工藝水平的不斷提高，在滿足基本駕駛及安全性能的前提下[1]，外觀及內(nèi)飾的感知質(zhì)量成為消費(fèi)車(chē)購(gòu)車(chē)時(shí)考慮的重要維度，儀表板在內(nèi)飾中擁有得天獨(dú)厚的位置優(yōu)勢(shì)，是乘員直觀感知最明顯的區(qū)域。目前，豪華車(chē)型的儀表板上體區(qū)域較多采用表皮+3Dmesh包覆的工藝，以提升儀表板的視覺(jué)及觸覺(jué)感知。為保證副駕駛氣囊的點(diǎn)爆性能，需要對(duì)儀表板上體相應(yīng)位置做弱化處理，氣囊點(diǎn)爆時(shí)才可以按設(shè)計(jì)要求沿弱化線展開(kāi)。儀表板的弱化工藝在性能上會(huì)影響氣囊展開(kāi)時(shí)氣囊蓋板區(qū)域的撕裂力大小，進(jìn)而影響氣囊門(mén)撕裂時(shí)間和氣囊展開(kāi)姿態(tài)。同時(shí)，弱化工藝在外觀上會(huì)影響儀表板上表面的感知質(zhì)量，目前市面上部分車(chē)型就存在弱化線明顯的問(wèn)題。

本文結(jié)合多個(gè)項(xiàng)目3Dmesh包覆儀表板的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域弱化效果的因素進(jìn)行了多維度的分析，為后續(xù)項(xiàng)目包覆儀表板弱化區(qū)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及弱化工藝提供了參考，減少實(shí)物階段反復(fù)試錯(cuò)整改，縮短項(xiàng)目的驗(yàn)證周期及開(kāi)發(fā)成本。

1" " 3Dmesh包覆儀表板副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域弱化形式介紹

汽車(chē)副駕駛側(cè)氣囊按布置位置不同一般有兩種形式：1）氣囊布置在副駕駛上方區(qū)域，頂棚內(nèi)部，車(chē)輛發(fā)生碰撞后，氣袋從頂棚弱化區(qū)域彈出來(lái)，充氣展開(kāi)后保護(hù)乘客安全；2）氣囊布置在副駕駛前方區(qū)域，儀表板內(nèi)部，車(chē)輛發(fā)生碰撞后，氣袋沖破儀表板的弱化區(qū)域，充氣展開(kāi)后保護(hù)乘員安全。本文主要分析探討第二種形式，即氣囊布置在儀表板內(nèi)部時(shí)，儀表板弱化區(qū)域的設(shè)計(jì)及工藝要點(diǎn)。

儀表板副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域的弱化形式按弱化線的形狀差異通常分為以下兩種：U型和H型。如圖1所示，左側(cè)為U型，右側(cè)為H型。U型與H型的選擇主要考慮氣囊區(qū)域的布置情況，包括氣囊門(mén)打開(kāi)時(shí)與前風(fēng)擋玻璃的距離、氣囊門(mén)打開(kāi)時(shí)與中控屏幕的距離等因素。本文主要以U型弱化為例進(jìn)行探討，相關(guān)要求同樣適用于H型弱化方式。

3Dmesh包覆儀表板副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域的弱化方式有一體式弱化和分步式弱化兩種。一體式弱化是指包覆骨架、3Dmesh層和表皮三者包覆完成后，以總成形式進(jìn)行激光弱化，弱化過(guò)程將骨架、3Dmesh及表皮同步處理，如圖2所示。該方法加工效率高，但因?yàn)?Dmesh內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻的特性，激光弱化后表皮的殘余厚度較難控制，產(chǎn)品的外觀質(zhì)量穩(wěn)定性較難控制。分步式弱化是指骨架、3Dmesh和表皮分別進(jìn)行弱化后再進(jìn)行包覆。該方法工藝較復(fù)雜，但分步弱化對(duì)各組成部分的弱化殘厚控制較為精確，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性較高，本文主要對(duì)分步式弱化工藝進(jìn)行探討。

2" "3Dmesh包覆儀表板副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域的結(jié)構(gòu)形式及工藝流程

3Dmesh包覆儀表板副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域的結(jié)構(gòu)形式一般如圖3所示：自上而下分別是表皮層、3Dmesh層、骨架層、氣囊框?qū)印?/p>

表皮層一般采用PU/PVC/真皮等材料，厚度一般為0.9-1.2mm，除了需要保證優(yōu)良的耐環(huán)境老化外觀品質(zhì)還要滿足高溫/低溫/常溫環(huán)境下的沿弱化線正常撕裂性能。

3Dmesh又稱間隔織物，是由經(jīng)編機(jī)織造的一種三維立體織物，應(yīng)用于儀表板的3Dmesh厚度一般為2.5-5mm，面密度約為200-500g/m2，3Dmesh層除了能提供柔軟且有彈性的觸感，還要滿足在氣囊點(diǎn)爆時(shí)按弱化軌跡正常撕裂。

骨架層一般采用改性PP/玻纖增強(qiáng)的改性PP等材料，厚度一般為2.5-4mm，為包覆件的基材，除了滿足剛性及強(qiáng)度要求，也要滿足氣囊點(diǎn)爆時(shí)，弱化區(qū)域骨架受氣囊沖擊力后能按弱化線與基體分離[2]。

氣囊框一般采用TPO材料，厚度為3-4.5mm，鉸鏈及弱化槽通過(guò)注塑成型，焊接到包覆骨架上。

3Dmesh包覆儀表板制作主要工藝流程如圖4所示：

儀表板包覆骨架注塑完成后，氣囊區(qū)域進(jìn)行弱化，氣囊框注塑完成后與弱化后的儀表板包覆骨架焊接成總成；3Dmesh由編織好的卷料裁切成所需形狀，氣囊區(qū)域進(jìn)行弱化后運(yùn)輸?shù)絻x表板總成組裝地；表皮由卷料裁切成所需形狀，氣囊區(qū)域進(jìn)行弱化后運(yùn)輸?shù)絻x表板總成組裝地；儀表板包覆骨架和3Dmesh噴膠后包覆；表皮噴膠后和儀表板包覆骨架及3Dmesh進(jìn)行包覆；包覆完成后的總成進(jìn)行熱壓壓著，最后進(jìn)行反包和修邊等工序。

3" " 3Dmesh包覆儀表板弱化區(qū)域設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵工藝

3Dmesh包覆儀表板弱化區(qū)域既要滿足氣囊點(diǎn)爆的要求又要滿足外觀品質(zhì)的要求，其組成結(jié)構(gòu)及工藝流程也比較復(fù)雜，本文將從各組成部分的工藝設(shè)計(jì)、工藝特點(diǎn)以及總成的關(guān)鍵工藝步驟分別進(jìn)行闡述。

3.1" "儀表板包覆骨架弱化設(shè)計(jì)及工藝要點(diǎn)

儀表板包覆骨架一般采用激光弱化，激光發(fā)生器將所產(chǎn)生的激光聚焦在約0.2mm的范圍內(nèi)，形成具有高能量的激光束，激光束通過(guò)激光頭，以定頻脈沖的形式，照射在儀表板骨架上，其焦點(diǎn)處的材料在吸收激光的高能后迅速汽化，形成穿透或不穿透（根據(jù)需要）的小孔，這些小孔區(qū)域的材料厚度變薄，斷裂強(qiáng)度降低，從而能在受到氣袋沖擊時(shí)，優(yōu)先斷裂。這些小孔按設(shè)計(jì)要求的U型或者H型軌跡排布，且不同位置的弱化深度及通盲孔比例等參數(shù)有所不同[3]。

如圖5以某項(xiàng)目?jī)x表板包覆骨架的弱化線為例，說(shuō)明如下：弱化線根據(jù)位置不同劃分為10段，設(shè)定了ID0-ID6七種弱化參數(shù)，靠近乘客側(cè)的ID4-ID6段弱化后強(qiáng)度最低，保證氣囊爆破時(shí)，氣囊蓋板最先從此位置打開(kāi)，靠近兩側(cè)的ID2-ID3段弱化強(qiáng)度中等，靠近前風(fēng)擋玻璃的ID0-ID1段弱化后強(qiáng)度最高。

儀表板骨架弱化強(qiáng)度不足時(shí)，基材殘余厚度過(guò)大，氣囊點(diǎn)爆過(guò)程打開(kāi)力過(guò)大，導(dǎo)致氣袋不能順利展開(kāi)；不同位置弱化強(qiáng)度不合理時(shí)，氣囊點(diǎn)爆時(shí)氣囊蓋最先打開(kāi)的位置偏離設(shè)計(jì)要求，對(duì)氣袋的展開(kāi)時(shí)間和姿態(tài)有影響；以上問(wèn)題需要結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

儀表板骨架弱化區(qū)域經(jīng)過(guò)高能量的激光束燒灼，局部材料受熱收縮，會(huì)在上表面形成一圈凹陷的弱化線，影響包覆后的零件外觀，一般通過(guò)調(diào)整弱化時(shí)的激光能量和在骨架上表面腐蝕紋理來(lái)減弱此弱化線對(duì)外觀的影響[4]。

3.2" "儀表板3Dmesh層設(shè)計(jì)及工藝要點(diǎn)

3Dmesh又稱間隔織物，是由經(jīng)編機(jī)織造的一種三維立體織物，3Dmesh面料有上中下三面，上下兩面可根據(jù)需求設(shè)計(jì)為網(wǎng)孔或密織的平面，中心一層為銜接上下兩面的間隔絲，如圖6所示：

3Dmesh分為常規(guī)類型和免弱化類型，免弱化3Dmesh在某一方向上具有易撕裂的特性，通常用于儀表板有爆破要求的區(qū)域。3Dmesh一般采用激光弱化，主要弱化參數(shù)為通斷比，通斷比越大，撕裂力越小，但包覆過(guò)程通孔容易受拉力張開(kāi)，影響包覆后的外觀狀態(tài)；通斷比越小，撕裂力越大，但包覆過(guò)程更容易維持原狀態(tài)，包覆后的外觀更好。在實(shí)際項(xiàng)目中需要通過(guò)調(diào)節(jié)通斷比如圖7所示，反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到性能與外觀的平衡。

3.3" "表皮層設(shè)計(jì)及工藝要點(diǎn)

表皮層一般采用PU/PVC/真皮等材料，厚度一般為0.9-1.2mm，本文以PVC表皮為例進(jìn)行說(shuō)明。PVC表皮由基布層和PVC層組成，基布層的厚度一般為0.3-0.6mm，基布的克重及編織方式各有不同，應(yīng)用于氣囊點(diǎn)爆區(qū)域的基布經(jīng)弱化處理后不能產(chǎn)生毛糙的切割痕跡，否則包覆后會(huì)導(dǎo)致零件外觀不良。PVC層厚度一般為0.4-0.7mm，應(yīng)用于氣囊點(diǎn)爆區(qū)域的PVC層斷裂強(qiáng)度盡可能低，與基布的剝離強(qiáng)度盡可能高，以保證點(diǎn)爆時(shí)按弱化線撕裂。

表皮的弱化一般采用激光弱化或滾刀弱化，激光弱化原理與前述骨架弱化近似，只是表皮弱化的激光束的能量功率等級(jí)比骨架弱化低很多，控制精度比骨架弱化時(shí)要求要高，弱化線的參數(shù)比如殘余厚度、孔間隔等也需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際試驗(yàn)情況進(jìn)行調(diào)整[5]。滾刀弱化的設(shè)備如圖8所示，表皮反向定位吸附于胎膜之上，高速旋轉(zhuǎn)的刀具跟隨機(jī)械臂按程序設(shè)定軌跡對(duì)表皮的弱化線位置進(jìn)行切割，表皮的殘余厚度通過(guò)控制刀頭與胎膜的間隙進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)需要考慮表皮的壓縮變形量及胎膜和機(jī)械臂的配合精度，可以通過(guò)對(duì)弱化完的表皮進(jìn)行殘厚測(cè)量來(lái)反向計(jì)算出不同位置的弱化深度。

不同位置的殘厚要求與骨架弱化的殘厚要求原則類似，靠近乘客側(cè)的橫向中間段弱化后強(qiáng)度較低，保證氣囊爆破時(shí)，氣囊蓋板最先從此位置打開(kāi)，兩側(cè)的豎向段弱化強(qiáng)度較高，如圖9所示：

3.4" "包覆工藝要點(diǎn)

包覆過(guò)程主要分以下幾個(gè)步驟：儀表板包覆骨架和3Dmesh噴膠后進(jìn)行包覆，表皮噴膠后和以上半成品進(jìn)行包覆，包覆完的總成進(jìn)行熱壓，熱壓完成之后進(jìn)行修邊、反包。其中，噴膠過(guò)程要保證氣囊弱化線區(qū)域噴膠量的均勻性，不能有膠堆積或者漏噴。包覆過(guò)程需要嚴(yán)格按照紅外線工裝進(jìn)行弱化線對(duì)齊，防止對(duì)齊偏差導(dǎo)致的弱化痕跡疊加及氣囊展開(kāi)阻力變大，一般各層弱化線位置要求如圖10所示。包覆過(guò)程要避免弱化線區(qū)域被拉扯導(dǎo)致切口變寬弱化痕跡明顯。

4" " 常見(jiàn)問(wèn)題及解決方案

常見(jiàn)的弱化區(qū)域缺陷主要有以下幾種：骨架弱化線痕跡缺陷，3Dmesh弱化線痕跡缺陷，表皮弱化線痕跡缺陷以及以上幾種缺陷疊加導(dǎo)致的綜合缺陷，現(xiàn)針對(duì)每種缺陷的產(chǎn)生原因及解決方案進(jìn)行分別闡述。

4.1" "骨架弱化線痕跡缺陷原因及解決方案

骨架弱化線痕跡產(chǎn)生的原因是激光弱化過(guò)程產(chǎn)生的高低溫轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致骨架材料收縮，在骨架表面會(huì)產(chǎn)生一條凹陷的痕跡，3Dmesh和表皮無(wú)法掩蓋此痕跡時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致總成表面缺陷。該缺陷的主要可以從以下兩個(gè)方向進(jìn)行優(yōu)化：

1）優(yōu)化激光弱化參數(shù)，提高弱化殘余厚度，降低激光照射的能量密度，從而降低激光高溫能量帶來(lái)的表面質(zhì)量影響，但此方案會(huì)使骨架氣囊蓋板的打開(kāi)力變大，對(duì)氣囊的展開(kāi)過(guò)程會(huì)有影響，需結(jié)合點(diǎn)爆試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證。

2）骨架表面增加特殊類型的規(guī)則紋理，該紋理可以起到遮蓋弱化痕跡的作用，同時(shí)可以增大骨架和3Dmesh層的粘接力。

4.2" "3Dmesh弱化線痕跡缺陷原因及解決方案

3Dmesh弱化線痕跡產(chǎn)生的原因及解決方案主要有以下幾種：

1）弱化線的通斷比設(shè)計(jì)不合理，切口太長(zhǎng)，連接區(qū)域過(guò)短導(dǎo)致局部材料支撐強(qiáng)剛度不足，后續(xù)熱壓和包覆過(guò)程切口區(qū)域會(huì)下塌，導(dǎo)致出現(xiàn)弱化痕跡。針對(duì)此情況，需要在滿足爆破試驗(yàn)打開(kāi)力要求的前提下盡量減少激光切口的長(zhǎng)度，保證弱化區(qū)域材料的支撐剛度在后續(xù)工藝過(guò)程不會(huì)塌陷。

2）激光切口寬度太寬，激光灼燒區(qū)域的材料會(huì)被去除，如果激光加工之后的切口寬度太寬形成一道溝槽，就會(huì)反映到表皮表面形成缺陷。針對(duì)此情況，需要調(diào)整激光束能量和激光切口寬度，盡量減小加工后的切口寬度。

3）3Dmesh包覆過(guò)程中，弱化線區(qū)域被拉扯受力導(dǎo)致切口張開(kāi)。針對(duì)此情況，需要管控包覆過(guò)程工人的操作規(guī)范，氣囊區(qū)域包覆過(guò)程避免拉扯受力。

4.3" "表皮弱化線痕跡缺陷原因及解決方案

表皮弱化線痕跡產(chǎn)生的原因及解決方案主要有以下幾種：

1）表皮PVC層物性不滿足要求。表皮PVC層硬度偏低時(shí)，弱化區(qū)域受力很容易產(chǎn)生折痕，在滿足爆破試驗(yàn)打開(kāi)力要求的前提下盡量提高表皮PVC層的硬度，可以規(guī)避此問(wèn)題。

2）基布層物性不滿足要求。基布層織物狀態(tài)不同，滾刀切割之后的撕裂線平整程度不同，要綜合考慮基布厚度、密度、紋理樣式等因素，選擇滾刀弱化后能夠保持基布切口平整無(wú)毛糙的基布樣式。

3）弱化參數(shù)不合理導(dǎo)致的痕跡明顯。弱化參數(shù)的定義需要結(jié)合以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮，一般而言，要滿足點(diǎn)爆試驗(yàn)要求，基布層需要完全切斷，同時(shí)為了滿足外觀，PVC層殘余厚度盡量大，一般保留0.35-0.5mm左右。氣囊最先沖出位置的殘余厚度最小，拐角等容易出現(xiàn)外觀缺陷的位置殘余厚度適當(dāng)增加。

4）表皮包覆過(guò)程中，與上述3Dmesh包覆過(guò)程注意事項(xiàng)類似，弱化線區(qū)域被拉扯受力也容易產(chǎn)生外觀缺陷。同樣需要管控包覆過(guò)程工人的操作規(guī)范，氣囊區(qū)域包覆過(guò)程避免拉扯受力。

5" 總結(jié)

本文簡(jiǎn)要介紹了3Dmesh包覆儀表板副駕駛側(cè)氣囊區(qū)域弱化形式及常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式、工藝流程。總結(jié)了包覆儀表板分步法弱化中，表皮、3Dmesh 及骨架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵工藝要求，以及常見(jiàn)的弱化線痕跡缺陷產(chǎn)生的原因及解決辦法，為后續(xù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提供參考。

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梁" "軍

東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)有限公司研發(fā)總院

車(chē)身內(nèi)飾專業(yè)副總師" 研究員級(jí)高級(jí)工程師

副駕駛側(cè)的PAB爆破試驗(yàn)達(dá)成一直是儀表板開(kāi)發(fā)的重要一環(huán)，因此合理的工藝設(shè)計(jì)方法可以大量減少試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)樣件的投入。本文詳細(xì)的論述了采用3Dmesh包覆工藝的儀表氣囊門(mén)的弱化方法和常見(jiàn)外觀缺陷的解決方法，很好的體現(xiàn)了儀表板開(kāi)發(fā)過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)方案合理，論證過(guò)程條理清晰，具有很高的推廣借鑒價(jià)值。

萇占波

畢業(yè)于大連理工大學(xué)，碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于嵐圖汽車(chē)科技公司，主要從事汽車(chē)內(nèi)飾儀表板的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。