汽車儀表板及其制造工藝

2016-10-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

汽車儀表板及其制造工藝

儀表板因其得天獨厚的空間位置,使愈來愈多的操作功能分布於其中,除反映車輛行駛基本狀態(tài)外,對風(fēng)口、音響、空調(diào)、燈光等控制也給予行車更多的安全和駕駛樂趣。因此,在汽車中,儀表板是非常獨特的集安全性、功能性、舒適性與裝飾性於一身的部件。首先,它需要有一定的剛性以支撐其所附的零件在高速和振動的狀態(tài)下保證正常工作;同時又需要有較好的吸能性使其在發(fā)生意外時減少外力對正、副駕駛員的沖擊。隨著人們對車的理解愈來愈超出其功能,對儀表板的手感、皮紋、色澤、色調(diào)也逐漸成為評判整車層級的重要標(biāo)準(zhǔn)。

儀表板通常包含儀表板本體(殼體)、儀表、空調(diào)控制系統(tǒng)、風(fēng)道/風(fēng)管、出風(fēng)口、操作面板、開關(guān)、音響控制系統(tǒng)、除霜器、除霧器、手套箱、左蓋板、飾板等零件。大部分儀表板還包含:儲物盒、駕駛員側(cè)手套箱、揚聲器等飾件和時鐘、金屬加強件、煙灰盒、點煙器、杯托等功能性零件;部分中高檔汽車設(shè)計有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、手機對講系統(tǒng)、溫度傳感系統(tǒng)等高端產(chǎn)品。

儀表板的分類

儀表板按安全性可分為無氣囊儀表板和附氣囊儀表板(針對副駕駛)。目前國內(nèi)只有少數(shù)中高檔次的轎車配備氣囊儀表板,隨著人們對安全性的重視,客戶對附氣囊儀表板需求加大,主機廠也將此作為買點之一。氣囊打開在保護乘客的同時,也可能傷害乘客,尤其是兒童。因此,國際上部分新車型的儀表板氣囊已開始加裝開關(guān)。為氣囊的正常開啟,在氣囊上方多設(shè)計有氣囊蓋板,在其打開時釋放氣囊。但其與儀表板匹配處存在可視裝接線,影響整車美觀。為此,近年愈來愈多車型的儀表板設(shè)計為無縫氣囊儀表板。既能保證氣囊正常開啟,又無可視裝接線。

儀表板按舒適性可分為硬塑儀表板、吸塑儀表板和半硬泡軟質(zhì)儀表板。儀表板本體以注塑工藝制成的為硬塑儀表板,因其工藝簡單、投資低等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用,尤其是中低檔車。其中有局部或全部涂裝飾漆或軟觸漆,以改善外觀、增加色調(diào)或提高質(zhì)感。吸塑儀表板是在注塑或壓制骨架外吸附并粘結(jié)或在注塑時復(fù)合表皮,使其外觀有皮質(zhì)感。半硬泡軟質(zhì)儀表板是在表皮和骨架之間填充有聚氨酯泡沫,既提高觸感又增加吸收能量的能力。目前半硬泡軟質(zhì)儀表板的表皮主要有真空熱成形表皮和搪塑表皮。前者是傳統(tǒng)的仿真皮工藝制成;後者在近年因其花紋均勻、無內(nèi)應(yīng)力、設(shè)計寬容度高等特點被廣泛應(yīng)用,并得到客戶高度認(rèn)可,將成為中高檔車主導(dǎo)。

按駕駛方向儀表板可分為方向盤左置儀表板和右置儀表板。在英聯(lián)邦國家和日本為左側(cè)通行、右側(cè)駕駛,使用方向盤右置儀表板;其它國家反之。

儀表板生產(chǎn)的主要工藝

針對不同儀表板,涉及的工藝及流程也有較大差異,可粗略歸納為以下幾種:

(1)硬塑儀表板:注塑(儀表板本體等零件)→焊接(主要零件)→裝配(相關(guān)零件);

(2)半硬泡儀表板:注塑/壓制(儀表板骨架)→吸塑(表皮與骨架)→切割(孔及邊)→裝配(相關(guān)零件);

(3)半硬泡儀表板:注塑(儀表板骨架等零件)

(4)真空成形/搪塑(表皮)→發(fā)泡(泡沫層)→切割(邊、孔等)→焊接(主要零件,如需要)→裝配(相關(guān)零件)

具體涉及的主要工藝如下:

一、注塑工藝:

將干燥后塑料粒子在注塑機中通過螺桿剪切和料桶加熱熔融後注入模具中冷卻成形,是儀表板制造應(yīng)用最廣泛的加工工藝,用來制造硬塑儀表板本體、吸塑和軟質(zhì)儀表板的骨架及其它大部分相關(guān)零件。硬塑儀表板材料多使用PP,儀表板骨架的材料主要有PC/ABS、PP、SMA、PPO(PPE)等改型材料。其它零件則根據(jù)作用、結(jié)構(gòu)和表觀要求的不同另選擇ABS、PVC、PC、PA等材料。注塑工藝在四、五十年代迅速興起後,得到了大力發(fā)展,經(jīng)過在設(shè)備、模具上的不斷增加、改造、選裝不同用途的設(shè)備,使注塑工藝形成多種分工藝:如氣輔注塑、順序閥注塑、復(fù)合注塑、嵌件注塑、雙色注塑、二次注塑等。

1.氣輔注塑是氣體輔助注塑的簡稱,發(fā)明於八十年代初,推廣於九十年代,是將熔融塑料粒子注入模具的同時注入一定量的惰性氣體,并通過氣路、結(jié)構(gòu)的設(shè)計和工藝控制使零件的特定區(qū)域形成中空結(jié)構(gòu)的注塑工藝。中空結(jié)構(gòu)的形成增強了零件的機械性能的同時減少了零件壁厚,改善零件外觀,降低了材料成本和成形周期。因此該工藝不僅在汽車制造業(yè)得以應(yīng)用,在家電制造業(yè)得到長足的發(fā)展,主要應(yīng)用於結(jié)構(gòu)件,尤其是有外觀要求的結(jié)構(gòu)件。近年用水代替惰性氣體的研究與應(yīng)用也取得了一定成果。

2.順序閥注塑:在九十年代由附有熱流道模具的注塑演化而來,是通過與設(shè)備連鎖的閥門,控制模具熱流道的不同澆口的開閉,從而控制料流的注塑工藝。該工藝適於薄壁長流程的產(chǎn)品,降低對設(shè)備鎖模力的要求,優(yōu)化表面質(zhì)量,縮短成形周期。

3.復(fù)合注塑是在注塑模的動模一側(cè)放置與模具形狀吻合或無形狀的片材後注塑成形,使產(chǎn)品具有兩層的結(jié)構(gòu)同時有模具賦予的形狀。其優(yōu)點是減少了加工工序,產(chǎn)品表觀質(zhì)量好,零件間粘結(jié)力強。因其有形狀片材在與模具配合時需精密控制,而無形狀的平面片材需達(dá)到零件拉伸要求。因此該工藝在儀表板制造中應(yīng)用范圍很少,而在門內(nèi)飾板和裝飾板/條有一定的應(yīng)用。

4.嵌件注塑在家電業(yè)較普及,在儀表板生產(chǎn)中各電器開關(guān)的制造均采用該工藝。它是將需嵌於注塑件的金屬零件在注塑前置於模具內(nèi),注塑後熔融的塑料將其部分包覆成為零件;

5.雙色注塑:在雙色注塑機上,同一生產(chǎn)周期內(nèi)向?qū)ｉT的注塑模內(nèi)同時/先後注射不同顏色/種類的原料,使產(chǎn)品具有不同的外觀/性能,但因其在設(shè)備和模具的巨大投資而逐漸被二次注塑取代。二次注塑就是注塑零件為嵌件的嵌件注塑,主要應(yīng)用於機械性能和外觀要求較高的零件,材料選擇是該工藝的關(guān)鍵。

該工藝將表皮片材加熱到玻璃點軟化溫度,在密閉的型腔內(nèi)加注氣體使其得到一定拉伸,進而以真空吸附於有溫控模具冷卻并得到產(chǎn)品。主要用於儀表板表皮和外觀要求高的零件生產(chǎn),材料主要為PVC/ABS。因環(huán)保的要求,八十年代開始新材料的研發(fā),近年TPO和TPU在歐、美、亞都有一定的應(yīng)用。

將粉末原料均勻撒布於加熱的模具表面,使其熔融并保持一定時間,使物理、化學(xué)雙重反應(yīng)充分進行後冷卻定性,得到模具形狀的產(chǎn)品。不同的加熱方式對產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命等起決定作用,主要有風(fēng)加熱、油加熱和砂加熱等方式。該工藝主要用於高檔車儀表板等手感、視覺效果要求高的產(chǎn)品。目前材料主要是PVC,也是基於環(huán)保要求,TPO、TPU等材料的開發(fā)基本完成,等待產(chǎn)品的驗證階段。

二、發(fā)泡工藝:

將聚醚和異氰酸酯充分混合後注入模具的表皮與骨架中間、交聯(lián)固化,在其間形成要求形狀泡沫的加工工藝,泡沫連接了表皮與骨架,又改善零件的手感。該工藝是軟質(zhì)儀表板生產(chǎn)的必須工藝,分開模澆注和閉模澆注。

1.開模澆注是在模具開啟狀態(tài)下將發(fā)泡料澆於表皮內(nèi)側(cè),然後放置骨架、關(guān)閉模具,使其交聯(lián)固化,該工藝寬容性高,設(shè)計自由度大;

2.閉模澆注是在模具中放好的表皮與骨架之間注入發(fā)泡料,使其交聯(lián)固化的發(fā)泡工藝,該工藝的工藝穩(wěn)定性好,設(shè)備投入低,但設(shè)計難度大。

三、油漆工藝:

油漆工藝是在零件表面噴涂油漆,使油漆在與基材反應(yīng)的同時自身交聯(lián)固化形成漆膜。油漆有單組份油漆和雙組份油漆;基材有金屬和塑料件之分,儀表板制造多指塑料件,塑料件又分極性和非極性材料。極性材料多可直接噴涂,如ABS、PVC/ABS等;非極性材料需預(yù)處理或噴底漆,火焰處理和等離子處理等預(yù)處理技術(shù)也日臻成熟。對儀表板零件進行油漆主要是改善外觀,根據(jù)主要不同由有裝飾漆和軟觸漆之分。軟觸漆不僅改善外觀,而且大大改善手感,成為近年中高檔車追求的工藝。

四、切割工藝:

近年隨著各種新工藝在切割中得到應(yīng)用,切割工藝也向多元化發(fā)展,冷沖、熱刀切割、冷刀切割、水刀切割、激光切割、銑切割在儀表板制造中發(fā)揮重要作用,并將很多設(shè)想成為可能。冷沖是利用上下金屬模的剪切作用分割零件的傳統(tǒng)切割工藝,發(fā)展趨勢是將多工位通過模具和油路的設(shè)計向單工位集成;

1.熱刀切割是利用加熱的刀具切割塑料零件的工藝,主要用於脆性材料或控制深度的切割;

2.水刀切割利用高壓水在細(xì)小的噴頭釋放,形成高壓高速的水柱沖擊產(chǎn)品使其斷裂,并機器人帶動高壓水噴頭移動形成切割的工藝。其優(yōu)勢是無需模具投入、多種產(chǎn)品共用、高柔性;

3.激光切割是利用激光束攜帶的能量灼燒產(chǎn)品,機器人帶動產(chǎn)品移動,形成切割的新興的塑料切割工藝。主要應(yīng)用於嚴(yán)格控制切割剩馀厚度的產(chǎn)品,目前主要是硬塑無縫氣囊儀表板制造;

4.銑切割是將金屬加工工藝在解決高速灼燒和纏繞後應(yīng)用於塑料的典型工藝。

五、焊接工藝:

焊接工藝將兩個相同或不同熱塑性材料的零件,通過一定方式將其連接處熔融後重新交聯(lián)形成一體的成形工藝。根據(jù)能量來源不同可分為超聲波焊接、振動摩擦焊接、熱風(fēng)焊、熱板焊等。

六、裝配工藝:

裝配工藝是儀表板生產(chǎn)必不可少的工藝,通過卡角、螺絲、粘結(jié)、焊接等方法將各種零件組合在一起形成產(chǎn)品。根據(jù)裝配方式不同,在生產(chǎn)管理上分為流水線裝配和單工位裝配。

儀表板的生產(chǎn)中針對不同的零件和要求,還有很多工藝門類,如水轉(zhuǎn)印、吹塑、植絨、電鍍等,在儀表板的制造中起著不可或缺的作用。隨著現(xiàn)有工藝經(jīng)驗的積累,各工藝門類日臻完善;科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給新工藝的產(chǎn)生創(chuàng)造無限機會。兩者的結(jié)合給儀表板工藝發(fā)展描繪美好藍(lán)圖,同時也給整車填色,滿足消費者多元化和高性價比的要求。

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