張寶江 魏風(fēng)

（一汽豐田技術(shù)開發(fā)有限公司）

隨著21 世紀(jì)科技的發(fā)展，新材料及新成型技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)汽車提出了輕質(zhì)、節(jié)油、高速、安全、環(huán)保、美觀等一系列高標(biāo)準(zhǔn)要求，低成本和輕量化已成為汽車工業(yè)設(shè)計(jì)的主流方向。塑料制品因具備抗腐蝕、隔熱、耐磨、減振、消聲等優(yōu)良性能及低廉的價(jià)格、簡(jiǎn)單的加工工藝，正逐步替代傳統(tǒng)金屬及一些合金材料[1]。開發(fā)具有較高強(qiáng)度的輕質(zhì)高性能新材料及設(shè)計(jì)新的輕量化結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為汽車零部件，尤其是汽車內(nèi)飾件材料的必然選擇[2]。作為汽車內(nèi)飾材料輕量化的一部分，文章將簡(jiǎn)要介紹發(fā)泡聚丙烯材料在內(nèi)飾零件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和注意點(diǎn)。

1 概述

1.1 發(fā)泡聚丙烯材料介紹

工業(yè)上使用的聚丙烯塑料發(fā)泡材料（EPP）由固體和氣體兩部分組成，呈黑色或白色的顆粒狀，直徑一般在2～7 mm。

隨著汽車輕量化的發(fā)展，材料輕量化對(duì)于汽車減重有著舉足輕重的作用。發(fā)泡聚丙烯具有高耐熱性、高沖擊能吸收能力、杰出的回彈性和熱成型性，因此，發(fā)泡聚丙烯在汽車上的應(yīng)用逐年增多。如汽車保險(xiǎn)杠（吸能塊一般采用發(fā)泡聚丙烯或者是PP 類支架吸能結(jié)構(gòu)，起到吸收撞擊能量的作用[3]）、汽車側(cè)面防震芯、汽車車門防震芯、高級(jí)安全汽車座椅、工具箱、后備箱、扶手、底墊板、遮陽板、儀表盤等部位均使用發(fā)泡聚丙烯材料。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：目前汽車上的平均塑料用量為100～130 kg/輛，其中應(yīng)用發(fā)泡聚丙烯4～6 kg/輛。

根據(jù)使用部位的不同，為對(duì)應(yīng)不同的使用強(qiáng)度要求，目前汽車內(nèi)飾零件中使用的發(fā)泡聚丙烯材料多為10～45 倍的高倍率發(fā)泡材料。

1.2 發(fā)泡聚丙烯零件生產(chǎn)工藝

發(fā)泡聚丙烯零件的主要生產(chǎn)流程為：原料→發(fā)泡→預(yù)壓→成型→干燥→粘貼附屬零件→檢測(cè)→出廠。其中，成型工藝一般分為進(jìn)料、水蒸氣加熱、冷卻及脫模4 個(gè)步驟，如圖1 所示。

圖1 發(fā)泡聚丙烯零件成型工藝流程示意圖

零件成型模具從左到右共分4 層，模具型腔共3 個(gè)，如圖2 所示。

圖2 發(fā)泡聚丙烯零件成型用模具結(jié)構(gòu)示意圖

2 汽車內(nèi)飾用聚丙烯發(fā)泡零件的設(shè)計(jì)

2.1 零件在車身的固定方式

根據(jù)發(fā)泡聚丙烯零件的大小和形狀的不同，其在車體中的固定方式也不同，目前主要采用的固定方式有4 種：

1）用焊接螺栓配合普通螺母固定；

2）用魔術(shù)貼粘貼在車身鈑金零件上；

3）粘貼在行李箱地毯的下方；

4）沒有明顯的緊固用的結(jié)構(gòu)，靠周邊零件的形狀限制發(fā)泡聚丙烯零件的移動(dòng)。

2.2 零件加工工藝要求

2.2.1 發(fā)泡聚丙烯零件加工工藝要求

由于發(fā)泡聚丙烯材料是由一個(gè)個(gè)發(fā)泡的小顆粒組成，受材料本身性能的限制，在設(shè)計(jì)發(fā)泡聚丙烯零件時(shí)，應(yīng)注意以下6 個(gè)方面。

1）為保證零件在制作完成后不缺料，零件最小厚度應(yīng)不低于10 mm。在低于10 mm 的情況下，可提前向零件制造商提供零件的3D 數(shù)據(jù)，由零件制造商對(duì)零件成型性進(jìn)行分析，以免零件的數(shù)據(jù)凍結(jié)后因制造問題再對(duì)零件進(jìn)行形狀修改。

2）零件在分模線以外的部分，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)圓角過小的棱線，一般要求最小圓角半徑R 不小于3 mm即可，圓角過小容易導(dǎo)致零件成型后出現(xiàn)品質(zhì)問題。

3）根據(jù)零件的大小和形狀復(fù)雜程度，最小拔模角度會(huì)有所不同，但零件的拔模角一般應(yīng)不低于3°。

4）零件上需要粘貼無紡布材料的構(gòu)成品時(shí)，零件表面的紋理會(huì)增加發(fā)泡聚丙烯和無紡布的接觸面積，根據(jù)零件表面紋理的不同，粘貼強(qiáng)度也會(huì)有所差異。出于行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的考慮，部分紋理樣式已被一些規(guī)模較大的零部件制造商以及發(fā)泡聚丙烯的原材料供應(yīng)商申請(qǐng)專利，在內(nèi)飾發(fā)泡聚丙烯零件設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，設(shè)定零件表面紋理時(shí)應(yīng)注意避開其他公司持有的專利。圖3示出發(fā)泡聚丙烯零件表面紋理。

圖3 發(fā)泡聚丙烯零件表面紋理示意圖

5）由于成型工藝的原因，在零件表面會(huì)有很多氣孔，可綜合考慮設(shè)計(jì)需求以及制造商的工藝能力，選擇采用針孔式或條狀式氣孔。

6）零件表面粘貼標(biāo)簽時(shí)，可以在粘貼標(biāo)簽處設(shè)置凹臺(tái)，以降低標(biāo)簽在零件運(yùn)輸、使用過程中脫落的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，為了使標(biāo)簽粘貼得更加平整，可在粘貼標(biāo)簽的局部，取消零件表面的氣孔。但因標(biāo)簽面積過大導(dǎo)致無法在粘貼標(biāo)簽的位置取消全部的氣孔時(shí)，應(yīng)盡量選用針式氣孔，因?yàn)闂l狀式氣孔會(huì)使得標(biāo)簽粘貼得凹凸不平。

2.2.2 發(fā)泡聚丙烯零件作為儲(chǔ)物裝置時(shí)與周邊零件的配合關(guān)系

發(fā)泡聚丙烯零件經(jīng)常被作為儲(chǔ)物裝置應(yīng)用在汽車上，當(dāng)其被用來作為隨車工具等物品的儲(chǔ)物裝置時(shí)，需要注意以下四方面。

1）為防止被放置的物品在汽車行駛過程中由于晃動(dòng)發(fā)出噪聲，應(yīng)在設(shè)計(jì)的過程中在被放置物品和發(fā)泡聚丙烯零件接觸的2 個(gè)側(cè)面部分設(shè)置適當(dāng)?shù)母缮媪?，用來固定被放置的物品?/p>

2）當(dāng)被放置物品是金屬材質(zhì)時(shí)，金屬物品與發(fā)泡聚丙烯零件接觸的兩側(cè)應(yīng)各設(shè)置不低于1 mm 的干涉量。圖4 示出發(fā)泡聚丙烯零件盛放金屬材質(zhì)物品時(shí)的干涉斷面圖。

圖4 發(fā)泡聚丙烯零件盛放金屬材質(zhì)物品時(shí)的干涉斷面示意圖

3）當(dāng)被放置的是三角警示牌或具有相似軟質(zhì)外殼的物品時(shí)，三角警示牌的樹脂軟質(zhì)外殼與發(fā)泡聚丙烯零件接觸的兩側(cè)應(yīng)各設(shè)置不低于1.5 mm 的干涉量。圖5 示出發(fā)泡聚丙烯零件盛放三角警示牌（軟質(zhì)外殼）時(shí)的干涉斷面圖。

圖5 發(fā)泡聚丙烯零件盛放三角警示牌（軟質(zhì)外殼）時(shí)的干涉斷面示意圖

4）設(shè)置被放置物品與發(fā)泡聚丙烯零件的干涉量時(shí)，應(yīng)注意干涉量會(huì)隨著被放置物品的材料體積質(zhì)量和質(zhì)量的不同而發(fā)生變化，但干涉量設(shè)定得不宜過大，過大的干涉量不僅會(huì)對(duì)被放置物品的取用和放置造成不便，還會(huì)使被放置物品在頻繁的取用、放置的過程中對(duì)發(fā)泡聚丙烯零件造成破壞。

2.3 零件設(shè)計(jì)時(shí)的其他注意事項(xiàng)

發(fā)泡聚丙烯零件在設(shè)計(jì)過程中，除了上述由于受材料本身性能限制要注意的幾點(diǎn)要求以外，還有以下注意事項(xiàng)。

1）在滿足發(fā)泡聚丙烯設(shè)定強(qiáng)度和不影響零件使用的前提下，可以多設(shè)計(jì)一些凹臺(tái)，這樣既可以減輕零件質(zhì)量，降低成本，又可以增加儲(chǔ)物空間。

2）在發(fā)泡聚丙烯零件外觀面設(shè)置凹臺(tái)時(shí)，在滿足設(shè)定強(qiáng)度和不影響零件使用的前提下，應(yīng)盡可能地使凹臺(tái)和零件外輪廓隨形，這樣看起來更加美觀。圖6 示出某車型使用的發(fā)泡聚丙烯零件。

圖6 某車型使用的發(fā)泡聚丙烯零件樣圖

3）當(dāng)發(fā)泡聚丙烯零件作為儲(chǔ)物裝置盛放其他物品時(shí)，若被放置的物品中有金屬類的物品被重疊放置，應(yīng)保證2 個(gè)金屬物品之間留有足夠間隙，以免由于制造公差等原因造成2 個(gè)金屬物品接觸、碰撞而產(chǎn)生噪聲。

4）由于發(fā)泡聚丙烯零件一般不作為外觀件使用，在車輛開發(fā)過程中，造型人員一般不會(huì)指定其顏色。但由于白色發(fā)泡聚丙烯零件的外觀和家電運(yùn)輸時(shí)使用的保護(hù)材料聚苯乙烯泡沫（EPS）相似，極易讓消費(fèi)者產(chǎn)生廉價(jià)感，進(jìn)而降低車輛的商品力，因此在開發(fā)過程中，應(yīng)盡量選用黑色。

5）當(dāng)發(fā)泡聚丙烯被作為芯材用來做填充物使用時(shí)，若零件外殼材料也是聚丙烯材料，可通過適當(dāng)?shù)墓に噷l(fā)泡聚丙烯芯材和聚丙烯外殼粘合在一起，不需要額外使用膠水，可有效減少因此產(chǎn)生的VOC 氣體。

2.4 發(fā)泡聚丙烯零件常見的品質(zhì)問題

發(fā)泡聚丙烯零件和其他材料的汽車內(nèi)飾件一樣，在生產(chǎn)制造過程中，由于各種原因也會(huì)存在各種各樣的問題，容易產(chǎn)生以下品質(zhì)缺陷：1）分模線處有材料溢出（俗稱毛刺）；2）零件缺料，部分區(qū)域未填滿；3）零件開裂或部分材料脫落。

3 結(jié)論

作為一種加工工藝較為簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的材料，今后發(fā)泡聚丙烯會(huì)被更廣泛地應(yīng)用在汽車內(nèi)飾零件中。文章介紹了發(fā)泡聚丙烯零件的加工工藝及零件設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)，為汽車內(nèi)飾工程設(shè)計(jì)人員在使用發(fā)泡聚丙烯材料時(shí)提供了較為量化的參考指標(biāo)。相關(guān)設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)一步了解發(fā)泡聚丙烯零件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)并設(shè)計(jì)相關(guān)零件；在提供的參數(shù)的基礎(chǔ)上與供應(yīng)商進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)探討，解決實(shí)際工作過程中的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)問題。