搪塑实用工艺及搪塑模具知识.docx

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搪塑实用工艺及搪塑模具知识

1介绍

我们的任务是按照客户的要求生产出合格的仪表板。

2说明

在设计并生产任何产品之前，必须建立详细的说明书。

客户提供详细的技术说明书。

对于仪表板主要部分的技术说明，主要为：

∙表皮

∙骨架

∙泡沫

上述三者都必须是完美的，才能生产出合格的仪表板。

在这本教材中，我们主要是讲解仪表板表皮生产中的一种技术，即搪塑。

仪表板搪塑表皮有哪些技术特点？

外观：

必须满足的要素：

∙光泽

∙花纹

∙颜色（色牢度）

∙外表的凝胶状态

需要避免的缺陷：

∙穿孔

∙污迹

∙水迹、油迹、指纹等痕迹

∙变形

∙烧伤

为了降低表皮成本及使发泡容易，控制表皮重量（即表皮厚度）

优良的粘结力

撕剥力

延伸率

肖氏硬度

3技术

3.1制造方式的特性是基于什么技术

∙安全性、可靠性

∙生产速度

∙精确性

∙花纹质量

∙颜色

∙设备对于其它产品的通用性

∙较低的材料消耗率

优点：

∙模具费用较低

∙没有合模线

∙表皮较软、手感较好

∙花纹一致性较高

采用的最好方式：

旋转成型

3.2旋转成型的原理是什么？

旋转成型，又称搪塑成型，是一种用热塑性和/或热固性树脂制造中空部件的工艺。

这种工艺制造的产品能具有各种外形并且具有持续的厚度，范围从0.5-15mm。

在产品的制造过程中，产品的外表面取决于模具内表面的形状。

3.3就仪表板而言，旋转成型的重点是什么？

使用的半模叫一个壳（shell）,shell和料盒结合后绕着一个单轴作旋转。

这种方式更适于搪塑成型。

旋转过程中，粉末进入模具，与热的模具接触、熔化并在模具内壁上形成厚度不均匀的片材。

4材料

4.1材料描述

4.1.1哪些是材料必须具备的特点？

∙搪塑所用材料必须与生产中的其它材料有良好的相容性，如：

PUR泡沫。

∙必须有良好的流动性。

∙必须有良好的柔性。

∙良好的防腐性。

∙良好的抗老化性。

∙低收缩率。

∙染色的可能性。

∙较低的受污染性。

∙较低的水敏感性。

4.1.2哪种材料对于搪塑成型是最好的？

PVC

4.1.3PVC

4.1.3.1综述

PVC，即聚氯乙烯，其分子式为：

PVC是目前搪塑工艺中应用最多的材料。

无定形热塑性材料（含有3－8％的结晶）。

＝－→在温度上升，熔融过程中没有固定的熔点。

用来表示这种熔融状态的术语为：

凝胶

目前PVC粉末粒子的直径为60－700μm

4.1.3.2PVC的组成

这种材料从混料场所直接送来而不经过其它的加工。

混料的过程包括向PVC粒子中加入各种辅料使之形成珠状的粒子。

4.1.3.2.1稳定剂

目的：

∙温度升高时防止HCl的释放。

∙起化学反应以防止PVC变色。

稳定剂种类：

∙钙－锌，是目前应用最广泛的稳定剂，包括提供给ECIA的粉末。

铅、锡、镉和钡基稳定剂均符合欧洲标准。

4.1.3.2.2增塑剂

目的：

∙通过减小分子链之间的作用力来软化材料，改善加工性能。

∙增塑剂也可使脱模变得容易。

增塑剂种类：

4.1.3.2.3着色剂

种类：

∙有机颜料，优点是用量少但着色力强。

∙无机颜料，着色力较低＝－→颜料数量较多但提供了更好的遮盖性，使PVC发黄变色的可能性降低（如二氧化钛、白色颜料）。

4.1.3.2.4干燥剂

目的：

∙吸收过量的增塑剂或其它液体。

∙涂覆PVC粒子以提高材料在搪塑时的流动性。

∙干燥剂可能会影响表皮的脱模

类型：

非常精细的PVC粉末，

4.1.3.2.5脱模剂

目的：

∙润滑模具以利于表皮的剥离。

∙脱模剂向表皮表面迁移。

应用时必须注意与PUR泡沫的粘结性。

类型：

硬脂酸锌

4.1.4PVC凝胶

4.1.4.1凝胶的原则

温度升高时粉末的转变过程：

第一阶段：

颗粒增厚并结块（颗粒堆积在一起）。

第二阶段：

颗粒间凝结。

第三阶段：

在核心处颗粒熔化并全部凝胶。

4.1.4.2不充分的凝胶

颗粒简单的堆积在一起并熔化。

4.1.4.3凝胶过度

PVC温度增高越多，粘度下降越多。

如果热量不下降，PVC形成流体流到一点并形成原料流挂。

∙在VWPassat仪表板出风口处原料流挂。

4.1.5配方参考资料和性能

颜色

供应商

黑色

RESINOPLAST

DSY258.453842B

棕色

RESINOPLAST

DSY258.64380B

4.1.6粉末性能

4.1.6.1流动

当模具旋转时粉末必须平稳地流动而不受阻。

PVC粒子必须一层层紧密堆积。

质量不好的材料会引起以下结果：

∙表皮厚度变化较大。

∙模具旋转时成型困难且成型的表皮多孔。

∙凝胶困难引起局部表皮过厚。

4.1.6.2结块

粉末粒子结成一团。

结块主要会引起流动困难。

结块的原因：

PVC粒珠外表未形成完全的球状。

见干燥一节：

4.1.3.2.4

流动性试验：

Rossi-Peake、结块试验。

4.1.6.3粒子尺寸

建议：

∙PVC粒子应该有恒定的尺寸。

粒子尺寸不均造成的后果：

∙粒子形状不均会造成表皮颜色不均（有色斑）。

∙粒子尺寸过大－－→凝胶不好但流动性较好。

∙粒子尺寸过小－－→流动性一般。

4.1.6.4表层密度

表层密度反映了粉末货PVC粒子中空气的含量。

粉末暴露于空气中时间越长，表层密度值越低。

空气如同一层隔热体，使PVC粒子之间的热传导下降。

表层密度与凝胶速度之间存在着一定的关系。

4.1.7仪表板标准

∙VW标准见TL5229

4.1.8粉末的储存

4.1.8.1包装：

粉末以每袋500－750kg的形式提供给客户。

4.1.8.2储存环境：

∙粉末应避免放在寒冷的环境中，一般储存温度要求为：

10℃－40℃之间。

∙使用前应提前48小时放于工作环境（至少20℃）。

∙料袋不能叠起来存放。

4.1.9PVC的特性

4.1.9.1与PUR泡沫作用而老化

∙氨基向PVC迁移＝－－→加速PVC的降解，包括变色及雾化。

∙增塑剂从PVC表皮向PUR泡沫迁移＝－－→降低表皮的机械性能。

添加剂挥发（如增塑剂）

氨增PVC表皮

基塑

迁剂

移迁PUR泡沫

移

注意：

表皮变色也可能是由于PVC变黄而不是颜料造成。

4.1.9.2增塑剂的挥发

增塑剂过度挥发引起的后果＝－－→雾化。

4.1.9.3增塑剂向ABS迁移

增塑剂向ABS件迁移的后果是＝－－→ABS件在受力下（甚至是很小的力）易断裂。

4.2材料型号

4.3与材料有关的风险性

材料隐含的风险是什么？

风险

5模具制造

5.1模具设计

说明书

使用材料：

镍

为什么？

镍能提供：

∙优良的耐热性

∙优良的冲击强度

∙优良的热膨胀系数

∙优良的耐酸性

要求：

∙考虑尺寸

∙易脱模

∙恒定的壁厚

5.2模具

5.2.1模具制造，电镀工艺（Galvanoform&Kruth）

不同模具制造阶段和时间需求

阳模苯乙烯模

在阳模上复制外形可移动外壳

环氧模1

主模型

环氧模2

电镀模

电镀

5.2.2过程

1、使用DFN制造阳模

将表皮的收缩率和厚度计算在内。

2、复制模具外形

将客户的结构考虑在内

∙花纹取向

∙花纹纹理损失时的表皮拉伸性

3、苯乙烯模具的制造（聚苯乙烯）

机制一块聚苯乙烯块

这种模具常用于制造“环氧”外壳。

这步操作与复制模具外形同时进行。

4、外壳用于制造不同的环氧模。

这个外壳易于与模具可移动部分脱离。

5、第一步环氧浇铸操作

环氧浇铸在外形模与外壳模之间，厚度大约在10－15mm之间。

模具脱离并与外壳模分开。

6、制造环氧树脂主模型。

用环氧模1制造模具。

模具剥离并与外壳分开。

与花纹相关的缺陷应在主模型时改正。

这步操作由雕刻师完成。

7、第二步环氧浇铸操作

用改正后的主模型制造环氧模2。

模具剥离并与外壳分开。

这个模具可使用超过4次。

双浇铸模。

8、用主模型复制二副模具。

一个复制1号，另一个复制2号。

将2个模型安装在一起。

9、用双模型制造环氧模3。

∙首先，制造一个双苯乙烯模。

∙一个外壳由几个部分组成，这些部分

可拆开以利于模型与环氧模脱离。

10、环氧模3浇铸操作

与拆开的外壳分离。

环氧模3＝2号

主模型，能重复使用4次。

11、制造双电镀模。

双电镀模用环氧模3制造。

与外壳分离，这个模具准备用于镍电镀阶段。

12、镍电镀阶段

∙硝酸银被至于电镀模上以确保适当的电流传导。

∙电极按照产品的形状进行放置。

∙进行电解质沉淀。

∙移走电极和外壳。

∙检查镍壳厚度。

∙厚度正确（研磨）。

∙电极和外壳重新放置在修正后的位置。

∙镍沉淀阶段，重复4－6个循环。

∙移走电极和外壳。

∙镍壳外表面磨光。

∙边缘磨光并钻出装配孔（固定在框架上用）

13、镍壳脱离

镍壳脱离并且电镀模被热和机械过程破坏。

14、镍壳脱银

∙在镍壳内表面的硝酸银涂层用化学溶剂溶解。

∙内表面用玻璃珠进行喷沙处理清洁。

15、表面外观处理

用KRUTH进行化学处理以获得要求的光泽水平。

5.2.3镍壳在KRUTH进行表面处理

∙原理：

通过用酸腐蚀镍壳表面来修改外观

∙单光泽外观制造程序

镍壳认可检验（运输损坏，电镀残余或脱银）。

定义使用的化学溶剂。

用油漆保护不处理的区域。

将镍壳浸入化学料槽，（时间和化学溶液浓度决定于处理要达到的效果）。

冲洗。

用“光泽仪”的反射测量外观光泽。

由于制造过程造成不同的外观光泽（背面光泽暗，表皮顶部光泽亮）

第一步全部处理阶段与单一光泽处理一样。

油漆用来保护模具花纹本底。

（油漆的粘度控制非常重要，花纹纹理的正确分布取决于它）。

将镍壳浸入化学料槽，（时间和化学溶液浓度决定于处理要达到的效果）。

冲洗。

用“光泽仪”的反射测量外观光泽。

注意：

∙此处理会造成镍壳厚度损失6－7μm

∙镍壳光泽水平高度依赖于使用来覆盖在阳模上的表皮外观。

5.3镍壳使用寿命

镍壳使用寿命是多久？

一付镍壳一般可生产20,000-30,000张表皮。

这个数值取决于：

∙正常的由于摩擦影响造成的机械损耗。

∙在清洗时受到的化学损耗，脱模剂和PVC自身引起的光泽损耗。

∙焊接处周围的裂缝，由于反复的热冲击造成。

∙与镍壳设计相关的问题：

反斜度，焊接处，花纹类型，尖角。

∙意外事故：

刮伤，工具痕迹，烧伤。

∙人为原因：

操作工培训和工作质量

∙

最后，为避免这些问题就必须采用一些检查和检验手段：

目测检验表皮质量，在特别的观测条件下检查光泽，等等。

注意：

以上黑体字是操作工的任务。

6制造过程

6.1旋转成型原理－搪塑成型工艺

用于制造仪表板表皮和汽车内装饰件附件的一种工艺。

用于生产精确，高产量的重复生产的带有纹理的表皮（表皮外观类似于皮革或其他式样），且这类表皮带有反斜度，边缘窄而深的相对复杂的形状。

使用一套旋转系统，PVC粉末（或其他适当的热塑性材料）放入一付温度约为240℃的镍壳中。

在镍壳模内表面上凝胶形成一片层。

镍壳冷却后进行脱模。

6.2表皮制造工艺过程

表皮制造过程包括5个步骤：

∙镍壳加热

∙搪塑

∙凝胶

∙冷却

∙脱模

∙镍壳加热

∙镍壳与料盒结合

∙旋转搪塑成型

∙镍壳与料盒分开

∙凝胶

∙镍壳冷却

∙脱模

6.3工艺参数的影响与结果

6.3.1模具温度

模温过低（<200℃）

∙凝胶不好；粉末只是部分熔化。

∙表皮有小孔。

∙表皮机械性能不好。

∙表皮过厚。

模温过高（>270℃）

∙过度凝胶产生飞边。

∙表皮发黄，在光源箱下可看出变色；在黑光下表皮呈现绿色。

∙模具过早产生结渣。

∙脱去PVC中的氯化氢；释放出有害气体。

∙粘模。

6.3.2搪塑成型

旋转过快

∙成型不完全。

∙边缘厚度不足。

∙局部原料堆积。

旋转过慢

∙表皮厚度呈波浪形。

旋转时间过长

∙表皮过厚。

∙凝胶困难。

∙表皮多孔。

∙表皮机械性能不好。

旋转时间过短

∙表皮过薄。

∙表皮机械性能不好。

没有敲击

∙表皮厚度参差不齐。

∙凝胶困难。

∙表皮多孔。

料温过低（低于20℃）

∙凝胶困难。

6.3.3凝胶

凝胶时间不足

∙凝胶不好，粉末只是部分熔化。

凝胶炉温度过低

∙表皮多孔。

∙表皮机械性能不好。

凝胶时间过长

∙产生飞边、表皮厚度呈波浪形。

凝胶炉温度过高

∙表皮发黄，在光源箱下可看出变色；在黑光下表皮呈现绿色。

∙模具过早产生结渣。

∙脱去PVC中的氯化氢；释放出有害气体。

6.3.4冷却

冷却时间过长

∙模温过低

冷却水温过低

冷却时间过短

∙模温过高

冷却水温过高

冷却水硬度过高

∙污染模具外表面，使生产时模具加热变得困难。

6.3.5脱模

脱模温度过低

∙低于40℃时，脱模困难。

∙影响搪塑时模具温度，可能因模温过低而模具不起转。

脱模温度过高

∙高于60℃时，表皮容易变形。

∙使操作工有烫伤的危险。

∙影响搪塑时模具温度，可能因模温过高而模具不起转。

6.4加热

6.4.1加热的规则

6.4.1.1加热原则

∙简单的加热（没有喷嘴）：

靠一般的热对流，模具加热时间会很长，因为在模具表面有一层空气隔离层阻止热交换。

∙使用喷嘴及流量计。

此系统的使用是为了引导周围的热空气吹向模具。

∙ECIA采用的热对流系统。

喷嘴系统用来破坏空气隔离层的作用。

6.4.1.2加热特性

Cp=460J/Kg.℃

6.4.1.3加热过程

∙模具加热至约260℃，略高于搪塑温度。

∙模具从烘箱移至搪塑工位过程中有轻微的冷却。

∙在搪塑工位模温到达适当的温度时开始搪塑。

∙搪塑过程中温度下降（约30℃）。

6.4.1.4加热烘箱设置

1）调整烘箱内的挡流板以获得合适的稳定的温度。

∙用风速表检测气流。

∙烘箱内温度稳定时，用热电偶检测温度。

∙

2）调整喷嘴。

∙使用一个生产所需的模具。

∙使喷嘴朝向加热比较困难的区域（如出风口、形状复杂的位置等）。

3）检测模具温度。

∙使用一温度记录仪，测温探头固定在模具上。

∙检测温度。

∙如需要，则进行调整。

4）辅助的控制方法。

∙白色表皮

－用白色PVC粉末