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
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