阳模真空成型曾经是主流仪表板表皮的成型工艺技术,因为其很高的生产效率和低廉的模具成本, 但其致命的缺陷是由于表皮在各部位拉伸量的不均匀而导致的皮纹的变形甚至消失,由于花纹的变形会导致表面光泽的变化.同时由于是当时搪塑技术的盛行使得基于PVC/ABS几乎失去了其市场, 而随着无缝安全气囊的出现而引起的低温爆破实验的要求又进一步加剧了这中情况, 尤其是在欧洲. 因此, 在上世纪80年带末到来本世纪初, 阳模真空成型技术几乎销声匿迹了。直到第二代TPO表皮材料的出现----在2005年。 德国BENECKE KALIKO公司推出了新开发的TPO 表皮,这种材料通过对表皮表层的特殊的交链处理,保证了表面层的稳定性,从而在一定程度上保持了花纹的原状, 能够有效地克服表皮拉伸所引起的变形,因此这种工艺有重新找到了其市场。当然, 对于花纹的深度和表皮的拉伸量有一定的限制. 相对于阴模真空成型, 阳模真空成型的模具表面不需要花纹, 因此无论是加工周期和成本都要低很多,可以有效地缩短开发周期, 而且不需要将花纹转印到表皮上, 因此对于表皮的加工温度不需要那么高,对设备的要求也不是那么高, 总体而言, 其综合成本还是比较阴模吸塑要低。.TPO II是德国BENNECK KALIKO公司2005年才推出的, 之后在欧洲的一些车车型上有了一些应用,2008年才有应用此材料的技术的新车上市,属于最新的应用成果之一。
阴模真空成型
前文提到,因为真空成型的表皮,花纹的变浅或者消失主要取决于拉伸的情况,表面的视觉效果也会因光泽度的变化而改变。为此,一种相对较新而且经济的工艺技术——阴模真空成型(IMG)技术便应运而生。该技术在很大程度上改善了这些缺点,可以避免皮纹的变形或者消失。同时,可以在一副模具上实现不同的花纹,本从而将不同的花纹转印到表皮上, 实现花纹的多样化。
用于阴模真空成型技术的模具表面上刻有皮纹,一般只有在真空成型时皮纹才会转压到表皮上去。因此,表皮上的皮纹是均匀的,不随表皮拉伸量的变化而变化,而这正是传统的真空成型工艺难以做到的。此外,阴模真空成型工艺还可以和复合工艺结合到一起使用,将衬有发泡层的表皮成型后直接复合到仪表板骨架上, 从而省略了发泡工艺。既保证了经济性,又保证了表皮的外观质量,其外观质量
可以与搪塑表皮的外观质量相媲美。在生产周期和成本方面,阴模吸塑技术要比搪塑工艺要低,
因此该工艺在欧美尤其在日本已得到了广泛应用,目前正在被逐渐引入中国市场。国内也是最近两年才有仪表板上采用采用整体的阴模成型技术的车型上市.
图:阴模成型示意图
总体而言, 真空成型工艺的生产效率是比较高的而且设备的投资成本相对是比较低的,在模具的成本上也是比较低的, 寿命又很长, 因此其经济性很好。 其不足主要是在设计宽容度方面, 带倒扣的结构无法实现, 在R角方面,也只能做到1。5毫米左右。 结论:
本文介绍的各种仪表板表皮的材料及加工工艺, 性能特点各不相同,成本的差别也很大,正所谓尺有所短,寸有所长, 无法进行简单的孰优孰劣的比较而得出结论。 只有结合汽车本身的市场定位、 造型及设计人员对内饰造型和设计要求,包括功能性要求,审美性要求, ,经济性和适用性要求,创造性要求等来进行综合的权衡和比较后,才能作出恰当的选择. 参考文献:
Trends in Automobile Interiors, Berhard Klein, Kunstoffe International 3/2009 因需而生的A面表皮加工技术, FRIMO公司王继武 汽车塑化,2007年2期。 汽车仪表板表皮专用材料,现代塑料加工应用,王慧芳等,2001年7月 阴模成型及模内压纹技术 FRIMO公司,王继武译 汽车塑化 2007年4期 汽车仪表板骨架设计中的优化分析
关键字:仪表板骨架 刚度 优化 CAE 仪表板骨架是仪表板总成及附件的关键承力件,其一般结构形式为一根从左到右的横梁及焊装支架以承受各种电子、空调、转向模块。对仪表板骨架的一个重要设计要求是保证一定的结构刚度,其定义为骨架安装在车身上,转向管柱通过支架连到骨架上(转向系统当作刚性处理),方向盘处受垂直力和侧向力时抵抗变形能力,刚度方向如图1所示。此刚度值作为仪表板总成设计早期的关键指标,直接影响到驾驶员可感知的方向盘抖动和碰撞过程中方向盘的侵入变形量,在设计早期必须得到严格保证。
关键字:仪表板骨架 刚度 优化 CAE
仪表板骨架是仪表板总成及附件的关键承力件,其一般结构形式为一根从左到右的横梁及焊装支架以承受各种电子、空调、转向模块。对仪表板骨架的一个重要设计要求是保证一定的结构刚度,其定义为骨架安装在车身上,转向管柱通过支架连到骨架上(转向系统当作刚性处理),方向盘处受垂直力和侧向力时抵抗变形能力,刚度方向如图1所示。此刚度值作为仪表板总成设计早期的关键指标,直接影响到驾驶员可感知的方向盘抖动和碰撞过程中方向盘的侵入变形量,在设计早期必须得到严格保证。
图1 仪表板骨架刚度分析模型 2 影响刚度的因素分析
汽车仪表板骨架刚度由仪表板骨架本身的刚度和仪表板骨架在车身上的安装刚度共同决定。对于仪表板骨架本身的刚度,鉴于转向管柱的安装方式,转向管柱的安装支架的设计好坏直接影响到仪表板骨架本身的刚度,所以转向管柱的安装支架的设计很重要。此外,仪表板骨架中的横梁与A柱连接处的接头刚度,横梁与前地板的连接形式,横梁与防火墙的搭接设计均会对仪表板骨架本身的刚度有影响。
汽车仪表板骨架在车身上的安装点比较多,一般有十多个,每个安装点的一般只关注三个平动方向的刚度就可以了。每个安装点的刚度对系统刚度的贡献量不一样,同一个安装点的不同方向的刚度对系统刚度的贡献量也不一样。对贡献量大的安装点的刚度、对贡献量大的方向,需要在设计之初有一个充分的认识,进而便于下一步采取有效的结构形式来尽量满足仪表板骨架在车身上的安装刚度要求。
为了降低油耗和减少制造成本,减重是当务之急。当整个系统的构架已经完成,每个零件的形状以及与周边零件的连接都已经确定,这时可通过对仪表板骨架这一子系统各个零件的厚度进行优化设计,在不降低性能的基础上,进一步减重。
图2 仪表板骨架结构 3 优化分析
下面就从影响汽车仪表板骨架刚度的几个主要方面来对汽车仪表板骨架进行优化分析设计。
3.1 转向管柱安装支架的优化
转向管柱安装支架的优化模型没有考虑车身,与车身连接的地方约束住。 (1) 在原始设计结构的基础上进行拓扑优化,整个上下支架均为优化区域。
目标是:上下支架质量最小;
约束是:反映刚度的位移小于原始结构位移的 1.05倍,以确保一定的优化余量; 优化参数是:上下支架的壳单元的密度。 结果见图3
图3 转向管柱安装支架的拓扑优化结果
拓扑优化结果中,浅兰色的区域为趋向保留的材料,ISO surface 取 0.3。 (2) 在原始设计结构的基础上对支架进行形状优化。 目标是:反映刚度的位移最小; 没有约束;
优化的参数是:上支架某形状的线性变化因子。 结果见图4
图4 转向管柱安装支架的形状优化结果