(1)汽车内外饰结构设计与成型工艺-简介要点

汽车内外饰结构设计与成型工艺简介主讲李保生讲课提纲•概述:现代轿车塑料内饰件与外装件的应用•塑料制品的生产方法•热成型工艺简介•塑料制品的工艺结构设计•塑料制品的联接设计•塑料制品的表面装饰•汽车内外饰件的结构设计及成型工艺示例现代轿车塑料内饰件与外装件的应用(一)•轿车工业具有明显的技术密集、资金密集、综合性能及附加值高、经济效益好的特点，轿车工业与社会生产的关联程度很大，围绕轿车生产的发展可以带动大量的零部件生产企业以及原材料工业，对整个社会经济有巨大的带动作用。据估计，零部件的价值占一辆轿车的2/3以上。轿车是高附加值产品，产品加工深度大、增值多，劳动生产率高于其它产品，轿车的国际市场已超过1000多亿美元。高分子材料的出现，塑料制品的快速发展，为汽车减轻重量、降低成本以及减小能量消耗开辟了一条新的途径。无论是汽车内饰件还是外装件，塑料制品在现代轿车上的应用越来越广泛，从通用的PP、ABS树脂到高科技含量的POM、PEEK，汽车上所应用的树脂种类也越来越多。这是挑战也是机遇。减轻轿车重量的措施之一就是提高塑料制品在轿车上的应用。如今，已有越来越多的塑料零部件取代了金属制品而出现在汽车上，甚至全塑轿车也已经走到人们的面前。例如，美国通用汽车公司的土星汽车，其车身和车架均采用了新型的增强塑料；德国尼奥普兰公司的全塑壳大型轿车的质量只有普通轿车的43%，可节省燃料20%～30%。据介绍，它的一辆试验车曾横穿撒哈拉沙漠，能耐70℃的高温，并且在与4lkm/h时速的载货汽车相撞时，驾驶员和乘客均无损伤。世界汽车用塑料分布情况PPPVC聚氨酯热固性复合材料ABSPA其它PEPCPPOPOM聚酯汽车零件用聚合物(树脂)•聚氨基甲酸酯一般被用来制造座椅头枕、扶手、转向盘等，它不仅可以减轻汽车质量并能提高舒适性，而且在碰撞的情况下可以减少人身伤亡事故。现在，这种塑料还被用来制造车门、发动机罩、行李箱盖、散热器挡隔板等。今后，还将使用它来制造车轮罩、阻流板、车身壁板、内饰件、绝热件、空心零件和防腐零件等。•多聚乙烯氯化物主要被用来制造驾驶室中的内饰件，如侧板、顶篷和座椅的蒙皮、地毯、挡风玻璃密封条和窗框等。•聚丙烯主要被用来制造大型的汽车零件，如保险杠、金属保险杠的盖板、车门袋、车轮罩、通风系统管道、整流罩转向柱饰面、驾驶室侧柱等。除此之外，聚丙烯还被大量用来制造壳体零件，如风扇、齿轮传动和带轮传动装置的外罩、蓄电池底板等。•塑料玻璃(聚酪胶片)主要被用来制造车身板和散热器带窗孔的前板，今后在承重零件的生产中(载重车的悬挂、底盘、车架、钢板弹簧)也将会大量采用塑料玻璃。ABS（苯乙烯-丁二烯-丙烯腈）共聚物是汽车工业中应用最广泛的塑料之一，其优点是外观好、力学性能好，但价格较贵。这种材料被广泛用来制造汽车仪表板及其元件、转向柱外套、扶手、照明设备、测量仪外罩、抗冲击板、车门护板、前保险杠隔栅等。现代轿车内装塑料制品•目前，汽车制造商在汽车内饰方面追求的是进一步提高汽车内部空间的舒适性、安全性和装饰性，并向高级化方向发展。这种高级化体现在采用多种性能各异的材料，使车内所有表面软饰化（纤维织物、真皮革、植毛）并力求美化（花纹深粗、木纹、颜色匹配）。现在，软饰表面材料可以与内部吸音吸振材料和骨架材料一起复合成车内顶棚、豪华仪表板、方向盘、座椅等。当然，这种发展趋势实际上是与材料的再生利用、降低成本相矛盾的，因此，开发出既满足内饰高级化、软饰化、个性化，又满足轻量化、低成本、材料再生利用要求的内饰用新材料是当务之急。目前，汽车设计部门和内饰制造商们正在不断选择新型的内饰材料和成型工艺，以保证在不增加费用的情况下逐步满足汽车舒适性和安全性方面的要求。聚丙烯由于价格低而迅速在美国汽车上得到广泛应用。例如，克莱斯勒公司在有的车上（Neon）全部使用了由聚丙烯制成的内饰件。此外，戴-克公司（NS）、通用公司（M和APV）、福特公司（Windstar和Villager）等车型也都采用聚丙烯替代ABS制作内饰件。当然，由于ABS强度高、刚性好、耐高温、易于将装饰材料和软质表面粘结在一起，因而仍是主要的内饰材料之一。目前，许多公司，如GE高新材料集团、陶氏化学公司正在推出新型的ABS以降低成本。•1塑料仪表板•仪表板的发展趋势永远是容易装配且容易拆卸，而在选材上，则必须能够满足设计要求并且具有可回收性，尽量做到美观、低成本。针对这一发展趋势，热塑性塑料仪表板和单一品种塑料的仪表板是一个发展方向。例如，奥迪A8的仪表面板由PC/ABS共混材料或PPO共混材料制造。日本丰田汽车公司和美国福特汽车公司使用PPO制造的仪表面板具有低成本、较好的振动阻尼和易于再生利用的优点，使PPO成为未来汽车仪表面板的首选材料。•2车内顶棚•目前轿车顶棚一般为玻璃纤维+发泡聚氨酯+表面装饰织物等多种材料复合加工而成，货车一般采用表面附有人造革或纤维织物的泡沫片材粘贴型顶棚。考虑到功能要求以及回收利用的要求，未来车内顶棚的发展趋势是骨架、吸音、隔热和表皮材料尽量由同种材料构成，或者使用不需分离而直接一次性回收使用的增强复合材料。•3门立柱装饰板•门立柱装饰板材料常用PP和PPO。考虑到材料成本，将来高流动、高刚性、抗冲击性良好的PP材料具有一定的优势。门立柱装饰板表面色泽必须与车内整体颜色匹配，要求防静电、耐擦伤、美观，因此采用聚丙烯板材与表面装饰材料一体真空成形或热压成形的生产技术能够满足小批量的轿车生产。•4其他•塑料不仅轻而且具有隔音效果。瑞士哈特波恩公司开发了0.5mm/0.1mm/0.5mm的金属/塑料/金属夹层板，用于制造汽缸盖、发动机罩等，能隔离发动机的噪声。其冲压加工、涂装、点焊、电阻焊、氩弧焊等工艺性均表现良好，与低碳钢板材的加工性相当。现代轿车外装塑料制品•对于汽车外装件，常见的塑料制品从材料角度来看大致分为三大类，即热塑性塑料注射成形制品、复合塑料模压制品、聚氨酯反应注射模(RIM)成形制品。•1保险杠•保险杠材料多采用耐冲击性、耐候性、涂装性好并可注射成形的三元乙丙橡胶(EPDM)改性PP。这种增韧交联改性材料具有网状结构，可使冲击强度得到大幅度的提高，能满足保险杠耐冲击、耐热、耐老化、耐低温及刚性好、韧性好的要求。当前国内外的轿车保险杠多采用热塑性工程塑料如聚氨酯弹性体材料。•2散热器格栅•散热器格栅是表现整车性格的重要装饰件，因此选材时要着重考虑它的成形性和装饰性。一般前脸、前挡泥板、车门、下翼子板、侧门框装饰等是使用被称作“HPA”，即ABS树脂/聚碳酸酯的共混物，外加少量的第三种组分。•3风挡玻璃•窗玻璃塑料化的主要目的是节能和保护乘员安全。目前，中间夹塑料膜的复合玻璃普遍被用于高级轿车上。在美国，对风档玻璃的三层安全玻璃的里面，又进一步贴附了2mm厚的聚氨酯膜，这是为了保护乘员在车辆受到冲撞时不至于被玻璃碎片毁面而设计的，目前这种构造已得到普遍认可。此外，美国绝大部分客车均采用了丙烯酸树脂板。美国客车的窗玻璃，除前窗玻璃、司机左右侧窗玻璃外，已全部使用硬质透明塑料。•4车身•早在1983年，外装板的塑料化就已在三种车型上得到了应用——本田的帕拉特赛车、福特的旁蒂亚克·费勒车及雷诺的埃斯巴斯车。本田的帕拉特赛车是最早在外装板上大幅度使用塑料的。由于塑料部分占车身表面积的40%，从而使原来1t的车身重量减轻到700～800kg。在该车型中，塑料的重量构成比达11.1%，是轿车平均构成比5.7%的2倍。通用汽车公司的费勒车采用SMC(热固性片状模塑料)和R-RIM技术，其塑料化率高达9%，车重(原来为1157kg)也减轻了109kg•另外，戴－克公司将推出一种新型的塑料汽车——车身由PET塑料制造的六大部分组成(一般的金属车身组装需要大约80个部件)，而且不用油漆，能够使汽车的造价降低一半。•车身塑化的进展还得益于塑料成形加工技术的不断进步。过去，人们主要是以SMC为主对车身板用塑料进行了很多开发研究工作。采用SMC加工成的制品具有良好的机械性能、表面质量和自然时效性。其缺点是在不使用粘结剂的情况下较脆。•20世纪90年代，CTMT(玻璃毡增强热塑性复合塑料)材料在汽车上的应用曾被誉为是“20世纪汽车工业的一项重大突破”。这种材料由于力学性能优异、成形周期短、可制造大型结构件以及可以回收利用而受到汽车界的高度关注。•CTMT的初始产品是一种长玻璃纤维连续叠成的玻璃毡，经PP浸渍压制成PP增强片材。这种片材便于冲压成形，适合于制造结构件和大型覆盖件。另外，增强反应注射模工艺则具有优异的机械和物理性能以及抗表面裂纹能力，但表面质量比SMC差。目前，虽然采用薄壁技术制造（PV-RRIM）非常具有吸引力，但其加工成本高于SMC。塑料在功能零部件上的应用•高分子材料的未来除了高性能化外，高功能化也是一个重要的发展方向，今后这方面的开发利用将会十分活跃。•1塑料电池•在聚乙炔等导电性聚合物上包覆金属箔层，浸入电解液，引出导线，即可制得二次电池。塑料电池引人注目的原因是：※单位重量的容量大（Ah）；※能够释放高电压；※具有较高的功率输出密度；※形状可自由选择，方便在汽车上装配※无公害，不必担心镉等重金属污染。尽管如此，塑料电池仍有自放电大、寿命短的缺点。•2、光导纤维•光电元件的开发领域很广阔，在汽车上使用时输送距离不成问题，信息量也不多，因此，对输送损失和输送速度方面的要求并不严格，完全可以选用便宜的塑料光导纤维。丰田汽车的光导纤维控制系统、日产汽车的光通信和后座席控制系统所采用的光导纤维的芯线是高纯度的PMMA，其包覆层为氟素聚酯，表皮材料则为掺入碳的聚乙烯。随着电子设备的增加和电子控制的扩大，汽车的电气配线根数和重量也相应增大，因此，在汽车上采用塑料光导纤维能够带来明显的轻量化和成本下降的效果。•3、塑料磁铁•将铁氧体、稀土类钴、阿尔科尼铜等硬质磁性粉末用塑料粘接剂填充形成的塑料磁铁，同时具有塑料的优良成形性与磁铁的特性。在汽车上，它主要被用于刮水器电机的磁场带、蓄电池液面传感器上。塑料在现代汽车上的新应用•塑料是一种高分子材料，近年来在汽车上的应用越来越多，巳由内外装饰件向车身复盖件和结构件方面发展。例如前照面、保险杠、发动机罩、行李箱盖、顶盖、翼子板、车门内护板和某些车身骨架构件等。甚至有些大汽车公司正在用复合材料做承载力最大的底盘车架，例如福特汽车公司在2001年将复合材料底盘应用在一辆叫“探索者”的小皮卡样车上。•在过去几十年间，汽车的塑料用量已从60年代初的10公斤左右上升到现在的２００多公斤，其增长速度之快，主要是由于塑料的特性与人们对汽车的期望要求很搭配，因此“一拍而合”。塑料在汽车上的应用有以下6大优点：一轻量化是汽车业追求的目标，塑料在此方面可以大显其威。一般塑料的比重在0.9－1.5之间，纤维增强复合材料比重也不会超过2.0，而金属材料A3钢的比重为7.6、黄铜的比重为8.4、铝的比重为2.7。因此应用塑料是减轻车体重量的有效途径。二塑料成型容易，可使形状复杂的部件加工简单化。例如仪表板用钢板加工，往往需要先加工成型各个零件，然后，再分别用联接件装配或焊接方法而成，工序较多。而用塑料制品，则可以一次加工成型，加工时间短，精度有保证。三塑料制品的弹性变形特性能吸收大量的碰撞能量，对强烈撞击有较大的缓冲作用，对车辆和乘员起到保护作用。因此，现代汽车上都采用塑料仪表板和方向盘，以增强缓冲作用。前后保险杠、车身装饰条都采用塑料材料，以减轻外部物体对车身的冲击力。另外，塑料还具有吸收和衰减振动和噪声的能力，可以提高乘坐的舒适性。•四通过不同组份搭配的复合材料有含硬质金属的颗粒复合材料，有以夹层板材和树脂胶合纤维为主的层板复合材料和以玻璃纤维、碳纤维为主的纤维复合材料，这些复合材料具有很高的机械强度，可以代替钢板制作车身复盖件或结构件，减轻汽车的重量。五塑料耐腐蚀性强，局部受损不会腐蚀，而钢材制件一旦漆面受损或者先期防腐做得不好就容易生锈腐蚀。塑料对酸、碱、盐等抗腐蚀能力大于钢板，如果用塑料做车身复盖件，十分适宜在污染较大、湿度较高、含酸、碱