(完整版)搪塑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

4.1.3.1 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VW Passat 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 DSY 258.45 3842B

棕色RESINOPLAST DSY 258.64 380B

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TL 522 9

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。

4.1.9 PVC 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

可 移 动 外 壳

环 氧 模1 主 模

型

环 氧 模 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。

8 周

?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， P VC 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

6.3.2 搪塑成型

6.3.4 冷却

6.3.5 脱模

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 = 460 J/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 粉末生产表皮。

－温度过高的区域在表皮上将反映出颜色变暗。

－如果白色表皮各部位的颜色一致，则表明烘箱的温度设置基本确定。

?温度记录法

－需使用一红外照相机。

－此系统不是非常有效，因为模具上有花纹的区域与没有花纹的区域存在着辐射系数不同的问题。

6.5 搪塑

6.5.1 搪塑的基本原则是什么？

6.5.2 哪些是重要

点？

相同的温度高温计和温

度记录仪是必须的。

转速

转速升高，表皮重量将下降。

敲击

清除粘在熔化的粉末上但粘得不牢的未熔化的粉末。

6.5.3 哪些参数影响表皮厚度？

模温

?模温取决于：

－在烘箱内的加热

－循环是否中断

?车间的环境温度

颜色改变，取决于粉末的改变。

模具的改变。

粉末流动速度( 与模具形状有关系)。

注：模具与料盒间的密封由密封条保证。

密封条需定期更换以保证其作用。

6.5.4 搪塑

6.5.4.1 原理

?搪塑模与料盒合在一起( 料盒应与模具对应，如本体的料盒对应本体模具，气囊盖板料盒对应气囊盖板模具)。

?料盒与搪塑模绕一单向轴旋转，使PVC 粉末( 或其它热塑性材料) 因重力落入模腔内。

目的是使粉末均匀地充入模腔以获得均匀的厚度。

?在循环中及结束时小锤的敲击是为了使过多且粘得不牢的粉末掉下来。

6.5.4.2 建议

?模具在合适的温度开始旋转。

?调节加热系统以确保模具温度均匀。

?重视搪塑参数的设定。

?尽量避免过于复杂的形状。

?注意粉末的使用特性。

?为避免多余的粉末在粉末结块前小锤开始敲击。

6.5.4.3 料盒中粉末的数量

料盒中粉末的量－－→能够充满模具内腔。

仪表板＝ 110－260 kg

气囊盖板＝ 110－260 kg

6.5.4.4 模具形状布置

模具形状应利于循环中容易地清除模腔及角落里多余的料。

6.6 凝胶

6.6.1 无后加热的凝胶

6.6.1.1 凝胶的原理

这一过程发生在搪塑的末尾阶段，在热量的作用下，粉末聚集在模具表面。

在模具余热的作用下，没有完全熔化的粉末继续熔化使PVC 粒珠紧密地排列。

6.6.1.2 需考虑的参数

?时间

?模温

?模具方向

模腔一侧必须朝上以避免PVC 飞边而导致表面缺陷。

6.6.1.3 无后加热的凝胶的缺陷

?凝胶时间过长。

?厚度不均。

6.6.2 有后加热的凝胶

6.6.2.1 凝胶的原理

模具放入烘箱内使没有熔化的PVC 熔化，使厚度均匀，缩短凝胶时间。

6.6.2.2 什么是重要点？

?烘箱温度。T＝200－350℃

?热空气直接吹向模腔。

?所有的参数( 凝胶时间、模温等) 都是为了得到理想的产品质量。

6.6.3 PVC 的凝胶

6.6.3.1 无后加热的凝胶的原理

凝胶只是通过模具加热来保证。

缺点

凝胶过慢。

6.6.3.2 有后加热的凝胶原理

?凝胶在烘箱内进行。

?模具内表面朝向热空气方向以更有效地凝胶。

?如果模具外表面朝向热空气方向，凝胶将很慢并容易使表皮烧伤。

?凝胶臂系统用来使模具在烘箱内旋转以避免产生飞边。

?采用后加热的凝胶以保证凝胶质量并缩短循环时间。

?采用足够的旋转角度和热空气流速以保证凝胶质量并避免产生飞边。

6.7 冷却

6.7.1 冷却的原理

?冷却是向模具喷淋一定时间的冷却水使模温从200℃以上降到一定温度以便于脱模。

?使用喷嘴以确保提高冷却效率并缩短冷却时间。

?冷却水经回收过滤用于下一冷却过程。

6.7.2什么是重要点？

6.7.2.1 水质

?稳定的稳定。

?使用过滤装置

－－避免当水与热的模具接触使水温上升时析出盐( 需用经软化的水)。

－－避免由于模具和环境氧化作用产生的污物堵塞喷嘴( 滤纸规格：25μm)。

?使用水槽

6.7.2.2 喷嘴方向朝向模具

最优的喷水形状。

优化喷水角度(43℃－106℃) 以缩短冷却时间并使冷却均匀。

6.8 脱模

?细致、准确地操作。

?需要经过培训并多加练习。

6.8.1 什么是重要点？

?为了避免在表皮上留下水迹，脱模前首先要擦去模具边上的水。

?脱模方向，避免表皮被撕裂或刮伤。

?脱模时间( 约20 秒)，与工艺节拍协调并保证温度的平衡。

?模温，以确保脱模容易。模温与冷却时间有关。

6.9 加料系统

1－螺杆传输机构

2－下料斗

3－缓冲料斗

4－加料头

6.9.1 采用哪种加料方式？

?手动

每一个料盒上都有料位的标线。

?自动( 自动料斗)

每一循环后加料

每次加到料盒中的粉末理想的数量应不超过20kg 以避免加料前后料盒中粉末温度有明显差别。

6.9.2 与使用料盒相关的风险

?料盒与模具贴合处的硅橡胶密封条裂开及热敏感性。

?按规定程序定期更换密封条是非常重要的。

?粉末更换时如清洁度不够可能导致与污染相关的问题。

6.10 洗模

6.10.1 洗模原则

洗模要注意清洗掉下述各种痕迹：

?污垢

?PVC 残渣

?水迹

?脱模剂

?指纹等

最后一点是必须避免的事故。

经清洗的模具应该回复原始的外观状态。

6.10.2 什么是重要点？

?模具浸入80℃的20％ NaOH 溶液2 小时。

注：随着溶液NaOH 浓度的降低，模具浸入洗模池中的时间延长。

当NaOH 浓度低于10％，溶液必须更换。

?压力随去离子水上升( 避免产生沉积物)

?在160℃左右的烘箱内干燥30 分钟。

?喷涂一层薄而均匀的脱模剂。

－脱模剂的作用是使脱模容易并保证表皮质量( 外观、光泽)。

－脱模剂的组成：蜡( 或树脂 0.6%)、溶剂(12.4% 二丁醚,87% 油脂溶剂) －根据其组成，该脱模剂对呼吸道粘模有刺激性。

－使用温度注意其物理特性( 沸点：142℃，燃点：194℃)

－每次喷脱模剂的时间应一样并利于生产。

7 工艺控制要点