现代汽车仪表板成型与加工工艺技术综述

于广达

（北汽福田汽车股份有限公司，北京101300）

主题词：仪表板 工艺 成型 加工 表面装饰

缩略语

PU Polyurethane（聚氨基甲酸酯）

LFI Long Fiber Injection（长玻璃纤维增强聚氨酯反应注射）

RIM Reaction Injection Moulding（反应注射成型）

PUR （聚氨酯）

GF Glass Fiber（玻璃纤维）

PVC Polyvinyl Chloride（聚氯乙烯）

TPU Thermoplastic Polyurethanes（热塑性聚氨酯弹性体橡胶）

TPO Thermoplastic polyolefin（热塑性聚烯烃弹性体）

IMD In-Mold Decoration（膜内装饰技术）

INS Film Insert Molding（嵌片注塑工艺）

TOM Three dimension Overlay Method（三次元表面加饰）

1 前言

随着国内汽车行业的飞速崛起，汽车内饰业务发展迅速，从最初简陋的内饰到目前日渐趋向豪华、舒适的内饰环境，汽车内饰正在发生着翻天覆地的变化。仪表板作为汽车内饰中的关键组成部分，其成型工艺、加工工艺、表面装饰工艺也在伴随着汽车工业的发展日趋丰富、成熟。为满足更多年轻顾客群体的科技、时尚、高品质要求，一大批新工艺、新技术不断涌现。科技和文化的变革正在引领着仪表板的设计开发朝着一个新的方向发展。

2 成型工艺

按照舒适性不同，仪表板可以分为硬质仪表板、半硬质仪表板和软质仪表板3类[1]。顾名思义，硬质仪表板即表面触感较硬的仪表板，采用注塑成型工艺，成型工艺简单，成本低，多用于低端车型。软质仪表板因其表面包覆皮质材料，内部填充发泡材料，使得外观触感较软，表面光泽度低，但是其成型过程复杂，涉及搪塑工艺、发泡工艺、焊接工艺多个工序，开发成本较高，多用于中高端车型。半硬质仪表板的触觉感受是介于硬质仪表板和软质仪表板中间的一种产品，多采用真空成型，也有个别商用车采用PU喷塑工艺和长玻璃纤维增强聚氨酯反应注射成型工艺（LFI）达到半硬质触感的效果，真空成型分为阳模吸塑成型和阴模吸塑成型2种，其成本及外观品质介于注塑和搪塑之间，是一些中端车型的不错选择，对于仪表板成型工艺的分类，可参考图1。

图1 成型工艺分类

下面对上述各工艺进行简单介绍。

2.1 注塑成型

注塑成型是内饰塑料零件常用的加工工艺，工艺过程大致是将干燥后的塑料粒子在注塑机中通过螺杆剪切和料桶加热成熔融状态后注入模具中冷却成型，开模后得到定型的塑料制品。注塑工艺是仪表板制造应用最广泛的加工工艺，主要用来制造硬质仪表板本体、吸塑风管和软质仪表板的骨架及其它大部分相关零件。主要工艺过程包括合模、填充到脱模5个阶段（图2）。

图2 注塑工艺流程

2.2真空成型[2]（阳模吸塑成型）

阳模成型（图3）是一种表皮成型工艺。首先将已经印有花纹的片材加热至成型温度，然后将片材靠近模具表面，开启真空抽吸系统，在压力作用下，片材紧贴阳模，冷却后得到成型表皮。阳模成型模具投入小、寿命长，生产效率高，但表面花纹容易被拉伸，在拉伸量较大的地方花纹会放大、变浅或者消失，设计R角在1.5以上，设计自由度低，外观质量差。

图3 阳模成型工艺[2]

2.3 真空成型（阴模吸塑成型）

阴模吸塑（图4）是一种表皮成型工艺。首先将表面无花纹的片材加热至成型温度，然后吸附至模具表面，将模具表面的花纹印制在片材上，冷却后得到成型表皮。花纹均匀且可实现一个表皮多种花纹。皮纹均匀清晰，手感好，模具寿命相对较高，比搪塑提高3～6倍，生产效率高。此外，阴模吸塑工艺还可以和复合工艺结合到一起使用，将衬有发泡层的表皮（背部有3～5 mm发泡层）成型后直接复合到仪表板骨架上，从而省略了发泡工艺，但直接复合的表皮由于发泡层较薄，手感较发泡仪表板差。另外，阴模吸塑的模具及工装成本较阳模成型高。

图4 阴模成型工艺[2]

2.4 PU喷塑成型

聚氨酯喷涂成型（图5）表皮(PU Spray Skin)的加工工艺过程是：在模具上喷脱模剂→喷漆（颜色）→喷PU原料形成表皮（由机械手控制在不同地方的厚薄）→冷却→取出表皮。一般，表皮的厚度可以通过喷涂的时间和流量来调节和控制。该表皮皮纹均匀、手感良好、可实现双色或多色，生产出的表皮更接近真皮，其皮纹可以做的很深。表皮低温性能好，对气囊的低温爆破有很大好处。由于其靠机械手的运动进行喷涂，因此对表皮形状要求较高，设计自由度低。PU喷塑表皮具有优秀的性能，但是其成本高于搪塑工艺，多用于欧洲车型，在国内车型上较少见。

图5 PU喷塑成型工艺流程

2.5 长玻璃纤维增强聚氨酯反应注射成型[3]

长玻璃纤维增强聚氨酯反应注射成型工艺（Long Fiber Injection，LFI），如图6，是在聚氨酯反应注射成型工艺基础上开发的一种新型增强PU-RIM生产技术。该技术是在高压浇注机混合头附近将长玻璃纤维切割成长度为1～10 cm的长纤维，PU物料注入模腔之前，在混料腔内与直接添入的切碎纤维浸润/混合，经化学反应固化成型，制得玻璃纤维增强PU制品。该工艺成型简单，成型时间短，生产效率高，同时材料对模具的磨损、腐蚀性小，触感介于硬塑和搪塑之间，多用于大型商用车仪表板。

图6 长玻璃纤维增强聚氨酯反应注射成型

2.6 搪塑成型

搪塑工艺（图7）是一种表皮成型工艺。将带皮纹的搪塑模具（镍壳）背面或整体进行加热，模具和搪塑粉末的粉箱对接后一边加热一边旋转，粉箱中的塑料粉末自然落入模具中融化，热模表面上就会形成一个形状与模具一致的带皮纹的表皮，然后取下粉箱，对模具进行冷却后人工取下得到的表皮。表皮花纹均匀，手感良好，设计自由度大，但模具寿命低，约2～3万套，且生产效率低。一般的表皮厚度在1.0～1.2 mm，该工艺是制作软质仪表板的主要工艺。

图7 搪塑成型

搪塑完的表皮制备完毕后，将其和仪表板骨架放入模具中，进行发泡，以得到触感较软的仪表板本体，发泡分为开模发泡和闭模发泡2种。

（1）开模发泡：将表皮与骨架分别固定在发泡模具中，在模具开启状态下将发泡料浇于表皮内侧，然后关闭模具，使其交联固化，该工艺产品质量稳定，设计自由度大，但生产效率低。

（2）闭模发泡：将表皮与骨架分别固定在发泡模具中，关闭模具，注入发泡料，使其交联固化，该工艺的成品率相对低，但生产效率高，因需要考虑发泡的流动，因此设计自由度低。

上述几种表皮成型工艺的对比见表1。

表1 表皮成型工艺对比

2.7 表皮材料性能对比

对于软质表皮，材料一般分为PVC、TPU和TPO3种，各种表皮材料性能对比如表2。

表2 表皮材料性能对比

3 加工工艺

仪表板系统在生产过程常用的加工工艺主要包括切割、焊接和弱化工艺。

切割工艺主要用于因注塑工艺要求导致产品上多出设计的部分，进行2次加工处理以满足设计需求，常见的有搪塑发泡完成后封堵的卡扣孔。切割工艺分为冲切、铣刀切割、水刀切割和激光切割。

焊接工艺主要用于手套箱内外板、前除霜风道及其他不容易做出安装结构或需要较高强度的零件。仪表板系统常用的焊接工艺有热板焊接、超声波焊接和振动摩擦焊接。

弱化工艺主要是隐藏式副气囊安装区域的仪表板表皮、骨架及发泡层的弱化，以确保气囊能够顺利展开。目前常用的弱化工艺有激光弱化和冷刀弱化。

3.1 切割工艺[4]

4种切割工艺对比，见表3。

表3切割工艺对比

3.2 焊接工艺[5]

3.2.1 热板焊

热板焊（图8）是应用比较广泛且加工方法最为简单的塑料焊接工艺之一。焊接过程中，随型加热板放入2零件之间，并对零件进行加热至熔化温度，然后取出加热板，对零件进行加压力，使熔化的焊筋贴合在一起，在可控压力下冷却和凝固而形成焊接。热板焊焊接零件尺寸跨度大，焊接时间从几秒到几十分钟，有些大的制品甚至需要几小时焊接。设备简单，投入低。

图8 热板焊

3.2.2 超声波焊

超声波焊接（图9）是利用高频振动波传递到2个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使2个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。超声波焊接速度快，焊接强度高、密封性好。适合大批量生产，但是焊接后存在焊点外露缺陷。

图9 超声波焊

3.2.3 振动摩擦焊

振动摩擦焊（图10）是利用电磁传动装置使2个塑料零部件产生相对运动，通过摩擦运动在零件内部产生热量，进而熔化基材后，使2零件焊接到一起的方法。振动摩擦焊的振幅0.15～5 mm、焊接时间1～10 s、焊接压力1～4 MPa。振动摩擦焊几乎能焊接各种成型工艺的零件。

图10 振动摩擦焊

以上3种焊接工艺对比见表4。

表4 焊接工艺对比

3.3 弱化工艺

弱化工艺主要用于副气囊区域仪表板本体、表皮等的弱化，以保障气囊能够顺利弹出且不产生飞溅物伤及乘员。目前常用的弱化工艺有冷刀弱化和激光弱化2种，此2种弱化工艺与3.1所述切割工艺同理，只是切割工艺需要将产品完全切割掉，而弱化工艺需要控制产品残余厚度，2种工艺比较，激光弱化对于产品残余厚度精度控制更好，产品外观质量更高，但相应的激光弱化设备投入也更大。目前对于软质仪表板的弱化多采用性价比更高的冷刀工艺来实现。

4 表面装饰工艺

仪表板作为驾驶室内与乘员最直接接触的零部件，其丰富的表面装饰工艺能够提升整车内饰品质，给乘员带来良好的驾乘感受。目前仪表板系统应用的装饰工艺主要有皮纹、喷漆、电镀、烫印、丝印、水转印、IMD、INS、TOM[6]以及植绒等。皮纹、喷漆、电镀在内饰上应用非常广泛，此处不做赘述。下面对烫印、水转印、IMD、INS和TOM的集中装饰工艺技术做简要概述。

4.1 烫印工艺

烫印工艺通过压力和热量将热烫箔的油墨色彩转印到塑料件上。零件表面质量要求高，烫印要求烫印面的落差在10 mm以内，长度在450 mm以内，宽度9 mm以内最佳。可以通过不同的热烫箔实现不同的色彩需求。烫印需开发专门的工装和硅胶压头，无污染。常用于出风口叶片顶端的电镀效果饰条。在外饰上应用较为广泛。

4.2 水转印工艺

水转印工艺用特殊化学处理的薄膜，印上所需的色彩纹路后，平送于水的表面，利用水压的作用，将色彩纹路图案均匀地转印至样件表面，这时披覆膜则自动溶解于水，经过清洗以及烘干后，增加一层透明的保护涂层，达到保护漆膜的目的。水转印为高污染工艺，随着国家对环保要求的提高此种工艺将逐步被淘汰，但因其成本较低，对产品表面造型要求较低，故还有一定程度的应用。工艺流程如图11。

图11 水转印工艺流程

4.3 IMD工艺

IMD工艺是将连续片材的一部分置于模具腔内，注塑后塑料件将片材表面丝印的图案带走，与片材分离。IMD产品各部分高度差不能太大，通常在10 mm以内，产品装饰面只能做到分型面且要求装饰面不能有尖角，产品表面是连续的表面。可见，IMD工艺对产品的造型面要求较高，需要在前期造型阶段特别注意。IMD工艺属于模内转印，要求生产环境高度清洁，且模具成本较高，一次成型即可同时获得亚光、电镀、金属拉丝等多种工艺效果，IMD薄膜制作周期长。IMD无污染，产品合格率在75%左右。工艺流程如图12。

图12 IMD工艺流程

4.4 INS工艺

INS工艺是将装饰薄膜通过真空吸附及冲裁成型，得到预制片材。再将预制片材吸附到模具内，然后合模并注塑，片材与塑料成为一体，得到具有装饰表面的样件。该工艺适用于复杂的三维表面零件，且可以实现倒扣包模，环保无污染，塑料流痕缺陷可以被覆盖，零件表面硬度、耐湿性、耐磨性、耐腐蚀等性能上优势明显。需要投入真空成型和冲切模具，对生产环境要求较高，成本相对IMD高。可实现1个零件2种装饰色彩。工艺流程如图13。

图13 INS工艺流程

4.5 TOM工艺

TOM工艺是一种通过活用真空成形技术，利用真空或大气压，把已加工过并涂布有黏着层的薄膜，紧密贴附于加工物表面的新一代加饰工艺，即模外装饰技术。TOM所采用的膜片可以带表面触感并实现3D立体效果，外观品质较INS和IMD高，膜片成本高。对产品形状要求低，设计自由度大，膜片边缘可实现包覆效果。对于小型零件可实现一模出多个，生产效率更高，同样对环境要求较高。工艺流程如图14。

图14 TOM工艺流程

上述5种工艺的特点见表5。

表5 表面装饰工艺对比

5 结束语

汽车工业发展迅速，各工艺日趋成熟，在国内车型上已得到广泛应用，大大提升了内饰的品质感，针对车型不同定位、不同风格、不同成本要求，有多种工艺可以应对，相信随着科技的不断进步，越来越多的成型工艺、加工工艺及表面装饰工艺会在仪表板上得以开发并应用。

真皮包覆、智能表面等提升内饰科技感，豪华感的表面装饰工艺以及微发泡等轻量化成型工艺在未来汽车发展过程势必会得到广泛应用。