汽車裝飾件的高質(zhì)量、低成本解決方案——向后處理說(shuō)再見

2019-01-02

信息導(dǎo)讀:

——內(nèi)容刊載于Kunststoffe Magazin 2018年11-12雙月刊。Kunststoffe Magazin 是世界著名的塑料行業(yè)媒體品牌，德國(guó)排名前二的塑料行業(yè)雜志，在德語(yǔ)國(guó)家發(fā)行量位居第一（IVW認(rèn)證）。

圖1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋FoamPro+DecoPro（微發(fā)泡+模內(nèi)裝飾）解決方案

（可任意更換裝飾層種類，如木皮、鋁箔、PU，本文主要以鋁箔裝飾進(jìn)行介紹）

如今，模內(nèi)裝飾在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和質(zhì)量等多方面更具靈活性，正逐步取代噴涂工藝。其中，汽車零部件的模內(nèi)裝飾發(fā)展尤為迅速。為緊隨最新技術(shù)趨勢(shì)，伊之密與合作伙伴聯(lián)合開發(fā)FoamPro+DecoPro方案，在2018ChinaPlas上成功展示，獲得客戶高度認(rèn)可。

此方案融入多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)：

（1）裝飾箔背注射工藝—裝飾箔沖切和注塑一步成型；

（2）模內(nèi)刻紋—賦予裝飾件優(yōu)質(zhì)外觀；

（3）微發(fā)泡成型工藝—實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品重量減少、成型周期縮短和鎖模力降低。不論從產(chǎn)品本身，還是加工成型，這都是一個(gè)卓越的產(chǎn)品方案。

FoamPro+DecoPro模具圖

高精度成型設(shè)備

作為中國(guó)裝備技術(shù)領(lǐng)域的標(biāo)桿企業(yè)，伊之密現(xiàn)已成立注塑機(jī)、壓鑄機(jī)、橡膠注射成型機(jī)、高速包裝系統(tǒng)、機(jī)器人自動(dòng)化集成系統(tǒng)等多個(gè)事業(yè)部，在裝備制造領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)多元化發(fā)展。

2018年上海ChinaPlas上，伊之密DP系列兩板式注塑機(jī)搭載FoamPro+DecoPro隆重推向市場(chǎng)。該方案所用注塑機(jī)為UN1000DP-IU9000，如圖2所示。該設(shè)備應(yīng)用奧地利KEBA公司的操作系統(tǒng)。

鎖模單元使用高響應(yīng)伺服控制技術(shù)，開合模重復(fù)精度達(dá)±0.1mm。射膠單元，雙比例閉環(huán)控制技術(shù)保證產(chǎn)品重量重復(fù)精度≤3‰。料管加熱采用陶瓷發(fā)熱圈，使用PID控溫技術(shù)，控溫精度±0.5℃。

伊之密“智能鎖模”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模板平行度自動(dòng)修正控制，實(shí)現(xiàn)注射壓縮和二次開模等精密成型技術(shù)。本案例采用二次開模技術(shù)，行程1.00mm。

圖2 伊之密UN1000DP-IU9000車間實(shí)拍

裝飾鋁箔（Decorative Foil）

本案例所用裝飾鋁箔由德國(guó)Lyondellbasell公司提供。如圖3所示，裝飾鋁箔由柔性表層、鋁質(zhì)中間層和PIT（塑料界面技術(shù)）層組成。PIT層是裝飾箔和塑料基體之間必需的粘結(jié)層，而柔性表層使模內(nèi)刻紋成為可能。鋁箔裝飾層不僅賦予發(fā)動(dòng)機(jī)蓋良好的金屬光澤，還提高制品耐久度，一定程度阻隔發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。

圖3 裝飾鋁箔的組成

裝飾鋁箔總厚度是0.3mm，鋁層厚度是0.2mm。裝飾件能夠在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)客戶需求轉(zhuǎn)換成木皮、TPO或紡織材料。裝飾件厚度沒有嚴(yán)格限制，保證模內(nèi)刻紋清晰即可。

沖切模（Preform Tool）

沖切模同時(shí)具備沖切和沖壓功能，結(jié)構(gòu)如圖4所示。整卷連續(xù)的裝飾箔固定在沖切模之上，每次合模之前裝飾箔被拉緊在沖切模和動(dòng)定模之間，合模沖切成預(yù)設(shè)形狀并沖壓出一定表面形狀。開模之前，定模側(cè)壓縮空氣和動(dòng)模側(cè)真空泵啟動(dòng)，模具打開時(shí)鋁箔固定在動(dòng)模一側(cè)。

在沖切模的底部，有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輥筒，它能在開模同時(shí)將鋁箔收卷預(yù)定長(zhǎng)度，保證下一周期的鋁箔供應(yīng)。如圖5所示，在驅(qū)動(dòng)器的作用下，有一個(gè)切斷裝置及時(shí)將用過(guò)的鋁箔切斷。鋁箔沖切方案由德國(guó)GK Concept公司與伊之密合作開發(fā)。

圖4 機(jī)械手轉(zhuǎn)移沖切完成的鋁箔

圖5 定模側(cè)一覽

模內(nèi)刻紋（In-mold graining）

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋方案關(guān)鍵技術(shù)之一是模內(nèi)刻紋，該技術(shù)在汽車內(nèi)外飾件領(lǐng)域受到廣泛專注。模腔表面紋理如圖6所示，當(dāng)熔融材料采用背注射技術(shù)注入模腔，裝飾箔（鋁或木材）形成相應(yīng)表面紋理。模內(nèi)刻紋關(guān)鍵點(diǎn)是根據(jù)注塑壓力選擇厚度、機(jī)械性能適中裝飾箔。成品裝飾箔表面紋理深淺由其硬度和注射壓力等因素決定。同時(shí)，塑料基材和裝飾層之間粘結(jié)是另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

模內(nèi)刻紋技術(shù)極大地提高了制品表面質(zhì)量，特別是微發(fā)泡制品。

圖6 型腔表面的紋理

工藝過(guò)程（Process ）

如圖7所示，沖切模和注塑模并排安裝在兩塊模具夾板之間，然后整體固定在伊之密DP1000-IU9000注塑機(jī)上。機(jī)械手將沖切完成的鋁箔轉(zhuǎn)移到注塑模內(nèi)，通過(guò)抽真空將鋁箔固定在注塑模腔。

之后，聚合物熔體經(jīng)背注射進(jìn)入模腔，熔體充滿模腔同時(shí)，注射壓力使得裝飾箔壓出與模腔表面一致的顆粒紋。方案中原料是PA66+30%GF，這是一種廣泛應(yīng)用于微發(fā)泡領(lǐng)域的材料。該材料是由AKRO-PLASTIC公司提供。

本發(fā)動(dòng)機(jī)蓋方案還用到MuCell?微發(fā)泡注塑技術(shù)。塑化過(guò)程中，超臨界流體（SCF）通過(guò)打氣頭被定量注入料筒內(nèi)，并在螺桿作用下與塑料熔體混合擴(kuò)散形成均相體系。常用超臨界流體有氮?dú)夂投趸?。之后，此均相體系注入模腔內(nèi)。均相體系進(jìn)入模腔時(shí)壓力下降，使其內(nèi)溶解的氣體析出，氣泡核形成與長(zhǎng)大。該過(guò)程與熔體沖模同步進(jìn)行，最終結(jié)果是在產(chǎn)品內(nèi)部形成均勻封閉泡孔結(jié)構(gòu)。

此外，為了進(jìn)一步發(fā)揮微發(fā)泡注塑工藝的潛能，本方案還配合二次開模技術(shù)。即熔體注射完成后，以較快速度移動(dòng)模板使模具打開一定間隙。關(guān)鍵點(diǎn)是開模與產(chǎn)品發(fā)泡同步進(jìn)行。如圖7所示，隨著模具內(nèi)部氣泡不斷長(zhǎng)大，塑料件厚度增加。

二次開模配合微發(fā)泡注塑工藝所得制品比同厚度實(shí)體制品減重可達(dá)30%。同時(shí)，極大地消除了產(chǎn)品翹曲變形，鎖模力下降50%，大幅度縮短成型周期。

圖7 生產(chǎn)流程全覽與原理示意

圖8 伊之密注塑機(jī)中微發(fā)泡設(shè)置頁(yè)面

本方案中的T300超臨界系統(tǒng)由Trexel提供。成型參數(shù)設(shè)定時(shí)，我們只需要在系統(tǒng)中輸入打氣量、產(chǎn)品重量等參數(shù)，如圖8所示。伊之密注塑機(jī)已經(jīng)將超臨界系統(tǒng)整合到注塑機(jī)操作界面中，使整套設(shè)備更具人機(jī)交互性。

模具采用熱流道搭配伺服針閥，由意大利HRSflow提供。伺服針閥澆口可自由設(shè)置澆口打開時(shí)間和大小，可更好調(diào)節(jié)注塑沖模過(guò)程，從而減輕消除產(chǎn)品質(zhì)量問題。

自動(dòng)化（Automation）

沖切完成的鋁箔由機(jī)械手轉(zhuǎn)移到注塑模型腔內(nèi)固定，隨后產(chǎn)品由機(jī)械手轉(zhuǎn)移到傳送帶。所用機(jī)械手為三軸伺服驅(qū)動(dòng)，保證鋁箔及產(chǎn)品轉(zhuǎn)移的精確性。自動(dòng)化系統(tǒng)由寧波偉立機(jī)器人科技有限公司提供。

對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)，重點(diǎn)是各個(gè)工序的先后次序與銜接配合，比如塑化、打氣、鋁箔沖切轉(zhuǎn)移、抽真空、合模、注射、取件。如圖9所示，伊之密注塑機(jī)將動(dòng)作控制全部整合到操作系統(tǒng)中，使整個(gè)流程更緊湊，工藝參數(shù)設(shè)置更高效。