王新蒙
（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山，063299）
摘要：針對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾功能件模內(nèi)裝飾（IMD）成型的需要，設(shè)計(jì)了該功能件的IMD成型工藝方案，完成了兩副關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。IMD成型工藝包含膜片文創(chuàng)圖案絲印、膜片預(yù)成型、膜片沖裁、膜片模內(nèi)注塑等環(huán)節(jié)。針對(duì)膜片預(yù)成型工序設(shè)計(jì)了一種膜片高壓預(yù)成型模具；針對(duì)模內(nèi)注射成型工序，設(shè)計(jì)了一種兩板兩腔單次分型側(cè)澆口注塑模具。實(shí)踐證明，該成型工藝工序設(shè)計(jì)合理，成型模具裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用，能為同類(lèi)內(nèi)飾件的成型設(shè)計(jì)提供借鑒。
關(guān)鍵詞：模內(nèi)裝飾 高壓成型 汽車(chē)內(nèi)飾 工藝設(shè)計(jì) 模具設(shè)計(jì)
對(duì)于集藝術(shù)性、時(shí)代性為一體的具有文創(chuàng)圖案標(biāo)識(shí)的功能性內(nèi)飾件，如空調(diào)調(diào)控面板、中控?fù)跷徊倏孛姘宓龋柽\(yùn)用特殊的注射成型工藝，保證塑件外表面上文創(chuàng)標(biāo)識(shí)的耐磨性能及其清晰度[1-3]，此工藝被稱為模內(nèi)裝飾（IMD）。該技術(shù)是將印有圖案的薄膜放入注塑模內(nèi)進(jìn)行注塑的一種新技術(shù)，其在汽車(chē)內(nèi)飾件生產(chǎn)中有著廣泛應(yīng)用，并被廣大消費(fèi)者喜愛(ài)[4-6]。下面結(jié)合某乘用車(chē)行車(chē)模式功能鍵觸摸蓋內(nèi)飾件的IMD成型進(jìn)行該工藝技術(shù)介紹，以供工藝制作及模具設(shè)計(jì)參考。
１行車(chē)模式功能鍵觸摸蓋塑件形狀
采用IMD成型的功能鍵觸摸蓋塑件如圖1(a)所示，塑件外圍尺寸為 45mmx11mm。塑件由三部分構(gòu)成，如圖1(b)所示，最外層為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）保護(hù)膜耐磨層（厚度為0.125~ 0.250mm），中間層為絲印油墨（厚度為0.125~0.250mm），最內(nèi)層為丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）硬膠塑膠層（厚度為２ｍｍ）。該塑件在文案位置處實(shí)際上有三層，而在非文案處則為兩層
２塑件IMD成型工藝
１）PET硬質(zhì)膜定制。膜材料選用深圳市森銳泰科技有限公司的PET膜，該膜特點(diǎn)：防變形能力較好，耐高溫、耐水、耐化學(xué)性，熔點(diǎn)260℃以上，透明性非常優(yōu)越，透光率90%，不同厚度透光率幾乎不變，適用于高端面板印刷。膜的定制采用單面加硬膜，厚度為200μm，該厚度的薄膜應(yīng)用于該產(chǎn)品特點(diǎn)：抗刮傷性好，耐腐蝕性好，單面可印刷，紫外光膠（UV)/PET油墨附著力強(qiáng)，透明度可達(dá)90％以上，可單面/雙面油墨增強(qiáng)附著力處理，印刷附著力強(qiáng)。本次成型選用的膜片為單面加硬膜片，加硬膜面涂裝硬度級(jí)數(shù)為2Ｈ。PET膜片為卷料。
２）油墨絲印。將圖1(a)所示的文字及圖案經(jīng)預(yù)變形尺寸分析后，通過(guò)絲網(wǎng)印刷的方式，印制于非加硬膜面一側(cè)，如圖2(a)所示。
３）定位孔沖裁。油墨烘干后需要進(jìn)行定位孔設(shè)置，為下一步的膜片高壓成型做準(zhǔn)備，定位孔沖裁如圖2(b)所示。
４）將圖2(b)中獲得的膜片置入高壓成型機(jī)內(nèi)，進(jìn)行膜片的預(yù)成型，該步驟需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用膜片高壓預(yù)成型模具，成型好后的膜片再進(jìn)行下一步的修邊沖裁。
5）將成型后PET膜片放置于專(zhuān)用IMD注塑機(jī)內(nèi)進(jìn)行注塑，需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的模內(nèi)成型注塑模具，該注塑環(huán)節(jié)不同于普通注塑，對(duì)環(huán)境溫度控制要求較高，需要設(shè)置特殊的注塑機(jī)及專(zhuān)用注塑機(jī)工以保證塑件在一定濕度和溫度條件下進(jìn)行注塑。注塑機(jī)環(huán)境采用如圖3所示的工棚進(jìn)行控制。
工棚主要是保證制作IMD塑件注塑機(jī)為恒溫、恒濕、去靜電的使用環(huán)境。各零件作用：件６，９，15薄膜圍成注塑機(jī)所需要的獨(dú)立工作空間，其內(nèi)設(shè)置有件14，３，８，這３個(gè)隔熱小孔通風(fēng)板形成Ⅰ~Ⅴ共５個(gè)空間，其中Ⅳ空間為灰塵過(guò)濾空間。其中件13，16，３，８設(shè)置有小圓孔，起到通風(fēng)的作用。件５，６起到與外界空氣隔絕的作用，件４用于調(diào)節(jié)件５的壓緊程度。其工作原理是：件１送等離子風(fēng)至第Ⅴ室，經(jīng)件２過(guò)濾后進(jìn)第Ⅲ室、Ⅱ室、Ⅰ室，隨后由件11抽送至外部環(huán)境中，以防止Ⅱ室內(nèi)加熱空氣倒流進(jìn)Ⅲ室，而影響Ⅲ室內(nèi)的溫度，從而引起IMD制品的翹曲變形。件12為開(kāi)啟注塑機(jī)艙門(mén)時(shí)，保證操作者身上無(wú)靜電釋放。件１所送進(jìn)的風(fēng)為等離子空氣。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ室內(nèi)皆設(shè)置有溫度、濕度控制傳感器，以保證件１在空氣輸送期間隨時(shí)依據(jù)工況變化而做濕度調(diào)整，保證Ⅱ、Ⅲ室內(nèi)的恒溫、恒濕環(huán)境。
３膜片高壓預(yù)成型模具設(shè)計(jì)
3.1模具結(jié)構(gòu)
膜片高壓預(yù)成型模具的結(jié)構(gòu)如圖４所示。
3.1模具結(jié)構(gòu)
膜片高壓預(yù)成型模具的結(jié)構(gòu)如圖４所示。
模具結(jié)構(gòu)類(lèi)似于板料沖壓模具，由上、下兩部分構(gòu)成。其作用是：模具在高壓成型機(jī)內(nèi)放置好后，模具打開(kāi)，將圖2(b)中進(jìn)行定位制成后的PET印刷膜片放在圖4(a)所示的由定位針17與膜片上相應(yīng)的定位孔定好的位置，高壓成型機(jī)內(nèi)的加熱裝置對(duì)膜片進(jìn)行加熱，再將高壓成型機(jī)上部的沖頭將模柄18下壓，將上模與下模閉合，對(duì)膜片進(jìn)行成型，成型的膜片如圖4(b)所示。
3.2工作原理
具工作原理如圖5所示。將PET膜片放入模具中，依靠定位針17定位加熱好后，模具閉合，高壓成型機(jī)將高壓氣體注入膜片上部的腔體中，從而將軟化后的膜片通過(guò)高壓氣體往下壓，緊貼住下方的下型芯19，同時(shí)膜片下方腔體中的氣體由抽氣機(jī)抽走，保證膜片能無(wú)間隙緊貼下型芯19的表面并將其包緊，形成圖4(b)所示的成型膜片。成型后膜片的脫模由型腔板20推出和氣體輔助頂出２種方式相結(jié)合來(lái)從型芯19上頂出。
４模內(nèi)成型注塑模具設(shè)計(jì)
4.1模具結(jié)構(gòu)
將圖4(b)所示預(yù)成型膜片進(jìn)行沖裁修邊后，再將該膜片放入圖6所示的IMD注塑模具中，對(duì)膜片的內(nèi)表面進(jìn)行注塑增強(qiáng)加固。使用兩板兩腔單次開(kāi)模冷流道側(cè)澆口結(jié)構(gòu)的注塑模具，單腔中，澆口采用開(kāi)設(shè)于脫模推板27上的流道澆口34進(jìn)行澆注，模腔內(nèi)的排氣則依賴于型芯26與脫模推板27之間的安裝間隙來(lái)進(jìn)行，其安裝間隙不大于0.02ｍｍ。
單腔型腔的成型件主要由型腔中央鑲件29和型芯26構(gòu)成。采用8mm水道33進(jìn)行冷卻，型芯26、脫模推板27、型腔鑲件28都需要冷卻。成型后的塑件脫模依靠３種機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：一是依靠推桿32和脫模推板27組合在一起的外沿推板機(jī)構(gòu)實(shí)施外邊沿的推出脫模；二是內(nèi)壁上設(shè)置頂針25的頂出脫模；三是塑件內(nèi)壁上４個(gè)倒扣的彎銷(xiāo)內(nèi)收抽芯脫模機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)由彎銷(xiāo)30驅(qū)動(dòng)安裝于型芯壓板24以下的內(nèi)滑塊31實(shí)施內(nèi)收抽芯，實(shí)現(xiàn)塑件內(nèi)壁上４個(gè)倒扣的脫模。
4.2模具工作過(guò)程
模具工作過(guò)程按照如下步驟。
１）模具安裝于注塑機(jī)上后，在圖6(b)的P2面處打開(kāi)，依靠機(jī)械手，將圖4(b)中沖裁好的膜面放入型腔中央鑲件29內(nèi)，并通過(guò)背面中空吸住貼緊鑲件29的腔壁。
２）模具在P2面處閉合，注塑機(jī)噴嘴通過(guò)澆口襯套21將塑件注塑到模腔內(nèi)，熔融塑料通過(guò)流道澆口34進(jìn)入模腔，采用低壓注塑方式進(jìn)行注塑。經(jīng)保壓、冷卻等過(guò)程后，等待開(kāi)模。
３）模具在P2面處打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)，彎銷(xiāo)30將驅(qū)動(dòng)內(nèi)滑塊31完成塑件內(nèi)壁４個(gè)倒扣內(nèi)收抽芯脫模。
４）注塑機(jī)頂桿推動(dòng)蓋板22、推板23頂出，從而推動(dòng)推桿32及其連接的脫模推板27、頂針25等聯(lián)合將塑件從型芯26上頂出，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。
５）復(fù)位時(shí)，第４步中的頂出機(jī)構(gòu)必須先復(fù)位，而后模具再次從第１步往復(fù)循環(huán)進(jìn)行。
05 膜片注射成型工藝
通過(guò)塑件IMD成型工藝過(guò)程可以看出，膜片熱氛圍高壓吸塑成型、模內(nèi)IMD注射成型是關(guān)鍵的成型環(huán)節(jié)，該工序中用到的模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)如表1所示。
６結(jié)論
ａ）針對(duì)某汽車(chē)內(nèi)飾件藝術(shù)圖案裝飾成型需要，設(shè)計(jì)了IMD成型工藝方案。
ｂ）針對(duì)膜片預(yù)成型工序設(shè)計(jì)了一種膜片高壓預(yù)成型模具；針對(duì)模內(nèi)注射成型工序，設(shè)計(jì)了一種兩板兩腔單次分型側(cè)澆口注塑模具。最終生產(chǎn)出的內(nèi)飾件文創(chuàng)圖案美觀清晰、色澤鮮明。
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