浅谈嵌件注塑技术及其自动化生产在汽车内饰零件中的发展趋势

胡铭

摘 要：随着各行各业快速发展的塑胶产品类型与技术需求，注塑技术工艺由以往的传统注塑工艺往多元化方向进行转变，衍生出较多类型的特殊注塑工艺，如气辅注塑工艺，低压注塑工艺，多色注塑工艺，嵌件注塑工艺，IMD/INS注塑工艺等等，以满足各产业快速发展的脚步，实现增效降本，提高市场大环境中的核心竞争力。

关键词：汽车内饰;嵌件注塑;自动化生产;仪表板气囊区域

本文主要针对嵌件注塑工艺来展开技术交流，首先简要介绍下嵌件注塑工艺的基本原理， 嵌件注塑工艺是指在注塑成型前，预先放入异材质嵌件，待其放置到位后注塑模具开始合模，继续成型，期间使熔融状态的注塑材料与嵌件相结合，成为一体化产品的特殊注塑工艺。以往行业中应用比较多的嵌件注塑都是嵌套金属件，但随着应用产品种类的增加，产品功能性的需求，嵌件种类也逐步扩展开来，如网布，玻璃，木材，线圈等等。

1 嵌件注塑工艺的主要特点

不同材质各有的特性可以在同一个产品上充分结合并展现;

不同材质的物理性能优势能够满足一些新产品设计的特殊性能需求;

缩短产品制造生产工序，避免大量的且复杂的装配作业;

相对于几道直接装配生产模式，嵌件注塑使得复合产品的可靠性更加高;

2 嵌件注塑工艺的嵌入方式

纯人工放置：人工放置模式局限性较大，不适合大型吨位注塑机（一般超过350吨以上），仅限一些简单且结构较小的嵌件产品生产，生产效率相对较低，且安全性不足，随着人工成本的不断增加以及生产安全的必要性，这种模式逐步被淘汰。

机器人自动放置：目前生产企业主流模式，越来越多的企业采用的是六轴机器人加载机械抓手进行全自动放置嵌件，生产节拍效率高，对员工人身安全保障高，机械摆放的重复稳定性与精度都非常高，从而确保了批量产品质量的稳定。

3 嵌件注塑工艺在汽车内饰领域的应用及实例介绍

本人所处汽车内饰行业，嵌件注塑工艺在汽车内饰领域比较常见，特别在仪表板气囊区域应用较为广泛，较多车型的仪表板气囊区域应用了嵌件注塑工艺，故本文以具体实例细节进行介绍，使读者可更加实体化的理解该特殊注塑工艺类型的实际应用。众所周知，汽车内饰产品设计必须满足国家法律法规的各项规定，同时也必须满足主机厂对于产品功能的设计定义。仪表板气囊区域的强制性安全性能要求尤其重要，故应用在仪表板气囊区域的嵌件注塑工艺往往对于技术要求会更加高，要确保发生意外时仪表板区域气囊点爆时的正常开启。仪表板气囊区域嵌件注塑工艺的应用主要类型，目前主要分为两类，一体化嵌件注塑与分体式嵌件注塑。

一体化嵌件注塑：

基本介绍：由于网布，螺母嵌件注塑技术的日趋成熟，气囊框与仪表板一体化嵌件注塑成为仪表板类产品设计的一种趋势。某德系品牌汽车，其仪表板经常用到这类设计，该工艺的最大难点与最大挑战就在于仪表板气囊门总成（见图1，金属螺钉与网布的焊接集成体）在全自动嵌件注塑生产过程中的稳定性与精确性。

机械抓手（嵌件部分）吸取嵌件，抵达等待位置→注塑模开模到位，顶出成品→机械抓手（产品部分）进入设备内部，采用吸盘取件→真空信号满足后，机械手整体上升，抵达模具内放嵌件位置→机械抓手（嵌件部分）放置已吸取的嵌件到模具抽芯处→模具抽芯动作，夹紧嵌件→机械抓手退回安全位置→注塑模合模注射→机械抓手放产品→重复循环。

为了实现上述所说的全自动化生产的稳定性与精确性， 以下三点技术细节问题需特别关注;

（1）机械抓手设计复杂性：由于嵌件注塑工艺相对传统注塑工艺增加了一步嵌件放置环节，对于机械抓手的设计需要兼备嵌件以及注塑成品取件的两个部分，注塑成品的取件部分，设计与应用已非常成熟，没什么特殊，一般都是吸盘吸取，夹具夹取或两者结合形式为主;其复杂性在于嵌件部分，由于嵌物有些是单一材料简单构造（见图3），也有些是多种材质复合型的复杂构造（见图4）。

为了确保嵌物放入模具型腔时就能精确放置，在抓取时就需要精确抓取定位，故导向，限位与感应判断是该部分必不可少的三大设计要素，之前做过的一个实例项目，其嵌件抓取要求特别高，主要分成了两块细节，一是应用插片机构来定位气囊门总成中网布折叠槽，保证该产品结构功能性（气囊爆破时网布该折叠部分拉住气囊门总成），二是应用了三个直径10mm的吸盘来真空吸附金属螺钉，在此项目开发初期，最不稳定的就是插片机构，由于插片机构是由齿牙排布而成，开发初期经常性的出现部分齿牙未插入，或者齿牙插入后又松開，或者齿牙偏移角度过大将网布冲破等等异常情况，也是通过不断的调整，优化设计构造，固化设计数据，将所有齿牙的宽度，长度，间隔及偏移角度等等要素都完全与网布折叠槽匹配好，最终确定了最优方案，实现了稳定且精确的连续抓取要求。

（2）对于注塑设备的重复开模精度稳定性：如之前介绍，嵌件注塑放置精度具有高要求的特性，机械手一般选用的都是六轴机器人为主流，可以确保实现各方向的翻转与柔性动作实现，在注塑设备选型上，对于嵌件注塑工艺，必须关注该设备开模稳定性的验证研究，有过对液压机型的具体量化数据对比，在同一开合模的设备工艺参数下，连续生产过程中，国产设备比进口设备重复开模波动大3%左右，由于仪表板类产品的吨位使用较大，一般都要2200吨～2800吨左右，进口设备（德国KM注塑机）一般都是较为推荐的设备机型，经过跟踪研究，KM设备可以保证开模阶段最终实际距离波动值处于±1mm（如上述第一点举例说的问题，嵌件网布折叠槽在模具型腔内的放置卡槽宽度也就在4mm， 为了避免嵌件放置位置的偏差问题，如果设备开模位置波动>±2mm，机械抓手上网布齿牙部分基本上也非常容易就会撞模损坏，无法正常连续生产）。另外除了合适机型的选择，我们也要在尽可能不影响生产节拍的前提下，设置最优的开合模设备参考，既确保了重复开模精度，又不影响到整体的生产效率。

（3）实际调试过程中轨迹优化：除了上面说的两个关键细节以外，在整个机器人编程调试阶段，也是需要通过一次次不断的尝试，才能确定最优的轨迹编程，因为有些细微调整，无法在机械抓手机构上或者开模距离调整上完全解决，只能通过程序轨迹的精细化参数设置，如0.5°或1°的倾斜角度，抽芯设置的等待時间等等。

分体式嵌件注塑：

这种类型是将气囊区域的嵌件设计独立出来，后续再通过焊接工艺，将其焊接在仪表板本体上的一种工艺设计类型，此类也应用的比较广泛（如图5）。

分体式嵌件注塑工艺特点：

相对于一体化嵌件注塑设计，独立式气囊框嵌件注塑，设备吨位会相对小很多，同时也容易应用自动化程度更高的流水线形式，比如说在嵌物供料机构，仪表板一体化嵌件注塑涉及的嵌件由不同材质组成（网布，金属铆钉等）的异形结构，这种不容易堆叠，从而导致其不太容易实现批量供料，只能通过人工摆放方式，一个一个的放置到定位胎具上，因为网布，金属铆钉都需要精确定位，但独立式的气囊嵌件注塑，一般只用了纯网布进行嵌入，其定位精度的保证只要通过两至三个定位孔导向进入即可实现，再加上批量堆叠也可以实现，从而便于了工程设计人员对于这部分的供料机构的自动化应用进行开发，目前国外较为先进的就是全自动化嵌件注塑工艺流程，应用的就是这种独立式气囊嵌件注塑产品，批量网布嵌物自动上料，通过六轴机器人的抓取，放入模具型腔，取出上一模注塑成品，合模继续生产，一气呵成，生产效率极高（如图6所示）。

除了仪表板气囊框产品多类型的嵌件注塑，汽车其他零部件上的嵌件注塑应用现在也是越来越多的实现全自动化生产，如开发过的某款电动汽车上应用的一个箱体结构产品，需嵌件金属螺钉，也是通过振动盘排序自动供料上线，来满足机械抓手精确抓取，实现注塑自动化生产（如图7所示）。

4 嵌件注塑工艺的推广应用

出于对某些产品性能或功能上面的设计特殊要求考虑，嵌件注塑还会伴随着其他特殊工艺的复合应用。比如说嵌件注塑的同时，还应用了多色注塑工艺，即嵌件+多色复合工艺类型，在实际新项目中也有类似案例出现。

5 结语

通过以上几个方面的基础介绍，大家可以看出，嵌件注塑工艺除了对产品本身的设计结构有一定要求外，注塑机，注塑模具，及辅助设备工装等实现相辅相成的有效组合，才能建立一套稳定的全自动化生产系统，如此可以大大降低产品的日常废损，提升企业生产效率，减少故障停机率，同时在人力成本不断上升的大环境下，企业也会更加倾向于嵌件注塑的全自动化生产模式。