复杂结构零件免喷涂工艺的研究应用?

张旺星

摘 要：对带孔状结构零件采用精密高光注塑工艺，运用免喷涂材料，实现外观颜色件的成型，达到汽车造型设计要求，同时实现了整车成本的降低，满足了电动汽车绿色出行的设计理念。通过采用独立模温控制的针阀热流道设计，解决了带孔状复杂结构零件的熔接线问题，同时改进金属粉的形状和颗粒大小，结合高温成型，解决了表面流痕，达到A级表面效果。

关键词：免喷涂 高光注塑 汽车内外饰 复杂结构 改性材料

1 引言

随着国家开展美丽中国，构建生态文明建设的方针政策的大力推行，新能源汽车全国范围大力推广，绿色出行和绿色制造顺势蓬勃发展。伴随消费者生活水平的提升，个性化、高质感、高颜值、多色彩的外观需求，是新能源内外饰件设计制造的发展方向，于是低成本的免喷涂材料在汽车内外饰件领域的应用大放异彩[1]。

目前，在汽车内外饰件中，免喷涂材料主要应用在结构简单、平面形状的零件上，应用范围较窄，且表面颜色质感一般，如前后保险杠下装饰板，而对于带孔结构、结构复杂的零件，会产生熔接线、流痕等表面质量缺陷[2]。本文通过对带孔狀结构复杂的零件，采用金属免喷涂材料，实施高光注塑工艺的研究和应用，解决了以往表面缺陷问题，达到汽车A级表面外观要求。

2 免喷涂材料应用的现状分析及改善思路

2.1 免喷涂材料应用的优势

为了满足客户绚丽多彩的个性化需求，汽车内外饰件传统工艺是采用喷漆、电镀等，对环境污染严重，尤其是内饰件，随着ELV和VOC的法规要求，喷漆和电镀的制造成本越来越高，而免喷涂材料既可兼顾客户需求，同时又满足环保要求，备受整车厂的青睐。两种工艺对比如下。

对比以上两种工艺可知，免喷涂材料的应用，减少了中间许多环节，大大节约了制造成本，提升了生产效率，既经济又环保，而且外观可随设计者需求，制作出不同色彩效果。概况免喷涂材料的优势主要有：生产效率高、绿色环保、成本低、耐摩擦性好、可回收、还有金属质感好，遮蔽性较好等特点。

2.2 免喷涂材料应用的现状分析

国内免喷涂材料由上世纪70年代的本色塑料，逐步发展到80年代的有机染料染色塑料，再发展到90年代的喷漆/电镀，具有金属质感的表面处理工艺，到21世纪，演变成了金属塑料，无需任何表面处理，注塑成型后，零件表面呈现出金属质感效果[3]。其原理就是在塑料基材中，添加金属色粉或者珠光色粉，有物理改性和化学改性。由于在塑料基材中添加了金属色粉，散热速度远远高于塑料基材，导致注塑难度增加，故只能应用在结构简单或平面结构零件，如门内拉手柄、保险杠下装饰板、行李架，脚踏板等简单结构零件，如下图：

然而，对于带孔状结构复杂的零件，采用免喷涂材料，会出现表面质量缺陷，无法满足设计者要求，如下图：

2.3 免喷涂材料应用的改进思路

针对免喷涂材料产生的注塑表面缺陷，本文从原材料的物性值：提升熔体流动指数进行改进，同时对模具结构和热流道进行改进，然后借鉴高光注塑工艺，提升模温，彻底解决表面质量问题，其中材料的改进效果尤为重要。

3 免喷涂材料应用的改进与实现

3.1 材料的改进

在材料方面，通过提升材料的熔融指数，提高材料的流动性，可有效解决表面流痕等质量缺陷，同时有助于注塑工艺的调整，具体材料熔融指数调整如下：

对于铝粉，其颗粒和形状对熔接痕处的表面缺陷影响大，会放大产品表面缺陷。对于当前材料中使用的普通铝粉，一般采用片状、大颗粒铝粉，优点是会产生漫反射，金属质感较容易显现出来，但注塑时，铝粉颗粒在熔接痕处容易翻转，造成表面有一条较明显的熔接痕，如下图5。现改进铝粉形状，由片状改进球型，铝粉颗粒略微缩小，取得表面效果如图6。

3.2 模具结构的改进

对于普通喷涂工艺，模具会采用开放式3点进胶方式进行设计，如下图7，熔接线通过油漆遮蔽，满足设计要求，而对于免喷涂无法满足，见上图4。本文通过在模具热流道上进。

行优化设计，分别采用3点针阀式独立模温控制系统进胶和5点针阀式独立模温控制系统进胶设计，进行模流分析见上图8和图9。针阀式进胶可根据具体注塑工艺，调整进胶时序，有效控制结合线的位置，而独立的模温控制系统，可有效监控汇流时，材料的温差不超过10℃，使得产品表面的熔接线肉眼不可视，达到设计要求。经最终分析，本文选用3点针阀式独立模温控制系统进胶的方式，进行改进优化。

3.3 高光注塑工艺的应用

本文采用高光注塑工艺，通过保持模具高温，使得材料在模具腔体内有很好的流动性能，实现无缝填充，这样就能消除产品表面的熔接痕、银丝等外观缺陷，使得产品呈现喷涂效果：金属质感。本文通过对母模水温分别进行90℃、95℃、100℃进行实验调试，具体注塑参数见表2：

通过三种水温参数的调试，90℃产品仍有可见熔接线，95℃及以上，熔接线不可见，见图10。

经过小组评审，达到设计要求。

4 总结与展望

本次研究在解决复杂结构零件的免喷涂成型工艺过程中，充分运用了系统分析的方法，分别在材料方面、模具方面及注塑工艺方面的逐一改进，最终达到了零部件的设计要求。就目前实际来看，随着新能源汽车国补政策的快速下调，导致整车零部件成本压力巨增，本着降本不降质的原则，采用本文研究应用方法，可解决汽车内外饰零件中，复杂装饰小件的免喷涂工艺缺陷，达到环保和降本的目的，应用范围更加广泛，整车单台成本可降低100-150元左右，应用前景可观。

参考文献：

[1]康继超，李旭，崔许刚，陈绪强.新环保塑料材料用于新能源汽车内饰的探讨[J].汽车实用技术，2020（09）：11-13.

[2]高剑波，李少伟.免喷涂技术在汽车领域的研究与应用-保险杠下护板免喷涂可行性分析[J].汽车实用技术，2019（21）：170-172.

[3]陶永亮，王晓光，欧阳婷.免喷涂材料在汽车零件中的应用[J].橡塑技术与装备，2019，45（18）：21-24.