浅谈汽车外饰塑料件设计缺陷

张岩

浅谈汽车外饰塑料件设计缺陷

张岩

（上海构尔汽车有限公司，上海 201800）

在汽车造型设计中，汽车造型样式研究可用于指导汽车外观设计。汽车造型风格是对汽车性能、时期特征、市场美学、制造技术工艺、材料应用、人体工程学等因素的综合表达。对汽车外饰塑料零件的设计的理解和认识对于汽车造型设计很重要。文章将研究汽车外饰塑料零件的设计缺陷，为汽车外饰塑料件设计的理论知识奠定基础。

汽车；外饰；造型设计；塑料件

1 用于汽车塑料件的特殊要求

随着中国塑料工业的快速发展，汽车塑料件的设计技术、理论和方法的开发相对国外技术来说处于劣势，通过逆向工程的方法会有所提高，但是逆向工程的方法主动性低，独立研发措施不能被发挥出来，创新性降低，同时别再精密度上的制作方法远远落后，本章分析了汽车用塑料零件的特殊要求[1]。

1.1 轻量化

将塑料零件应用于汽车的主要目的是使它们轻巧，因此在设计塑料零件时，只要满足不同的设计要求，就应考虑使塑料零件尽可能轻，目前国家最常用的技术就是轻量化。据最新报道可以了解到，技术相对成熟的国家其轻度下降20％至25％。在接下来的十年中，塑料和塑料复合材料是汽车重要的轻质材料，不仅使零件质量降低了约45％，而且使成本降低了约45％。

在未来的汽车装饰品发展中，常见材料为塑料及其复合品，会使汽车轻度降低约45％，成本降低约45％。随着汽车轻量化的不断提高，轻量化制造技术将越来越多地应用于汽车外饰零件的生产[2]。

（1）微型铸造喷射器工艺：这是一项创新的精密喷射器技术，克服了传统喷射器铸器的局限性，显著降低了零件的质量，缩短了旋转周期，提高了稳定性。

（2）低压两层注射技术：传统上，手工缝制的零件和吸附零件会立即放入模具中。通过该技术生产的产品的装饰已大大改善，并且降低了产品的质量。

1.2 恶劣工作条件下的可靠性

汽车用户通常会质疑塑料零件的可靠性，汽车的使用非常复杂，许多塑料零件都在恶劣的环境下运行[3]。

1.2.1用于外饰零件

包括外观和功能部件。设计必须首先考虑天气条件的影响，例如轮罩，前后灯罩，保险杠等必须承受上述极端温度，以使零件不会遭受线性膨胀系数的影响并防止雨水和其他液体腐蚀。

1.2.2内部零件主要是指功能零件

例如，轴承的设计首先要考虑材料的耐磨性和摩擦性低的问题。由于线性膨胀系数大，导热系数低，易吸潮的特点，塑料轴承应大于金属轴承的匹配间距，例如制造塑料齿轮时，掌握好精度和尺寸、低吸油性和耐磨性是重中之重。塑料比金属的强度小，但轻量化大，因此可以在负荷较高的时候使用。斜齿轮：塑料件比金属件的尺寸稳定性差，因此必须适当增大侧面间隙和径向间隙。

1.3 装饰性

Panoz与Feynlab一起使用，当涂料储存器被加热时，记忆的共聚物层可用于去除表面上的划痕，并返回到原始结构，适合小划痕和圆形。油漆修复技术使用特殊的保护剂，使用高密度复合材料，具有网状结构，用于汽车漆的外层，即使被划伤，也将慢慢返回并自行愈合。德国福特汽车公司和巴斯夫共同开发了一项新技术，该技术通过在黑色涂料层的表面上施加透明的特殊涂料来照射反射光，并开发了变色汽车系统，变色特殊处理系统使用了几层特殊涂料，因此汽车多角度反射不同颜色的光，显示多种不同颜色。随着技术的成熟，运营成本将会降低[4]。

1.4 环保问题

本文从两方面论述塑料件外事的环保问题：使用环保材料保护自然环境以及在生产和使用过程中对居民的伤害；所使用的材料必须被视为可回收利用。在设计汽车外饰时，必须考虑到所用材料对乘员无害，这一点很重要。汽车塑料零件对减轻汽车重量和增加资源利用的影响是很大的，但是，塑料污染不可避免对自然环境产生影响。通常，有三种处理塑料废物的方式：垃圾掩埋，焚化和回收。显然，前两种方法会对环境产生重大影响，因此开发了一种简单的可回收的热塑性材料。例如，保险杠通常使用聚丙烯，并添加其他改性剂，汽车报废后，可以重复回收使用[5]。

2 汽车外饰塑料件的材料创新

获得材料创新大奖的是用于新仪表板表面的搪塑成型级TPE，这是北美第一个获得材料创新奖的应用。在外饰装饰大奖的决赛入围者中，丙烯酸柱式镶饰件首先用于福特flex和林肯MKS型触摸屏窗口操作系统。Altuglas国际公司已开发出一种改良的Plexiglas丙烯酸尾灯材料，该材料比其前任产品更具抗冲击性和耐刮擦性，并且还开发了一种能够产生深射流的新型着色剂工艺包。如果使用新的标准高光材料制作零件，则可节省$2.50，除了选择这种塑料材料以外，还可以选择硬涂层PC、预喷涂铝和粉末涂层钢，包覆成型的外饰产品，例如半透明的触摸屏式视窗，由新的黑色改性丙烯酸和2mm厚的中等耐冲击丙烯酸制成。

3 汽车外饰塑料件缺陷原因

3.1 充填时间

在汽车塑料外饰的制造中，填充的时间长短影响生产效率，当然时间越短效率越高，想要缩短时间就要升高温度，适当降低粘度是塑料溶体充分降解，这会影响塑料制品的性能。设置熔化温度来实现提高生产效率的目的，以便在不使材料变质的情况下尽可能加快填充速度。

3.2 熔体前沿温度

预熔融温度是当聚合物到达孔附近的某个点时的初始温度。此情况可能出现在制造中的某一时刻，也可能出现在整个制造中。如果薄部件的温度过低，则会导致无效流动或短射；如果零件的较厚部分的温度过高，则材料的温度会降低，并导致诸如裂纹和翘曲之类的表面缺陷。

3.3 塑料件表面温度

塑料件的表面温度表示在模制过程中塑料部件的表面和空腔的表面的平均温度，可用于确定塑料组件表面上的高温点和低温点。该结果对翘曲有显著影响，并且当塑料部件的表面温度过高时，调节冷却管降低表面温度，来降低翘曲的程度。通常，最高混合度为86.66，最低温度为29.94℃。通常，保险杠表面的温度分布相同，侧面的温度较低。因为在侧面上有冷却管回路，并且侧面上的冷却效果更好。但是，有必要使整个扇区的温度分布相同，以避免温度分布不均产生缺陷。因此，只要正确地从保险杠周边移除冷却剂管，整个部件的温度分布是均匀的，从而确保良好的冷却。

3.4 熔接痕和熔接线

在填充的时候，如果处理不当会形成熔接痕和熔接线，熔接痕和熔接线的存在会影响塑料制品的结构强度，甚至会让其损坏，形成的表面缺陷通常是凹痕，有时会引起颜色变化，严重影响表面光洁度，虽然很难，但也不是不能避免的。为了准确地预测孔附近的熔接线及其位置，需要提高插入准确性，塑料部件中的孔与凸块中的孔相同，因此，插入物填充方法与浇注塑料的填充方法非常重要，两者的效果非常相似。改进插入物质的量有助于准确预测焊缝以及孔或凸耳附近区域的焊缝，减少熔接痕和熔接线的产生，使制作效率更高。尽量迎合敏感区域和有较高外部需求的区域对准确度的要求，这样可以减少熔接痕和熔接线的形成，使塑料外饰的制作更加完美。

解决方案是：塑料外饰地制造时，必须增加壁厚，以将注射压力平稳地传递到熔融树脂的前端，这增加了熔体压力并减少了熔接痕和熔接线的程度。在模具设计中，有必要改善浇口系统地设计并修改浇口以减小流道的尺寸，前提是要保持熔融树脂的流动，通过摩擦产生热量，形成需要的成型条件，由于前两阶段的织布使模具温度升高而发亮，使它们更具粘性，可以使用更多的流体材料来减少熔接线和熔接缝。

因为保险杠结构必须对称且熔接痕必须居中，如果塑料部件的结构发生变化，也就是说，要想增加保险杠的厚度来保证质量，就必须使用更多的材料，无形当中增加了制造成本。由于确定了材料的流动性，所以只要控制了塑料件的模型，就能有效避免提高磨具温度而带来的缺陷。

3.5 气泡

气泡（也称为气袋，里面有封闭的空气）是由于在塑料溶体与模具或者车辆结合时，在塑料内部或内侧孔表面形成的气泡。气泡会引起塑料零件的缺陷，例如黑点，霉菌等。由于塑料件是在高温和高压下形成的，当塑料零件形成过程中自己发生燃烧，就会出现黑点。这是因为脱模的熔体压力不足以填充气体所占据的空间，最后一种现象是未填充塑料零件。当然，气泡也会在塑料零件上造成表面缺陷，接下来我们叙述下如何减少塑料件气泡的产生，减少塑料件地制造损失。

在塑料外饰零件的设计中，尽可能均匀地改变厚度，以使熔体平稳流动。

在设计塑料外部部件时，让溶体平稳的留下来，使溶液在容器的厚度尽可能均匀。在塑料件的设计中，在模具和模具之间的接口，分型面，内部零件和最终填充区域（例如模具）中设置了排气孔。在壁之间，针的位置和图形的磨具将改变浇口的位置，以使最终填充区域处于最佳位置，安排适合的通风口数量，以便在填充过程中空气能够逸出。但是，请注意，通风孔不能太大，以免产生飞边。在成型条件下，必须控制注射速度，以使型腔中的空气有足够的时间逸出，重要的是要考虑到塑料零件的设计应具有均匀的厚度，并且必须在模型的中间提供通风口，不要降低注射速度以提高生产效率并防止其他缺陷。

3.6 冷却时间

冷却时间是每个设备达到最佳温度的冷却时间，并且测量在填充过程结束时开始，最好的条件是尽快冷却每个塑料部件。结果表明，应注意设备之间的冷却时间差异，冷却剂管放置在不易冷却的单元附近，尽快冷却或保持冷却时间恒定，同时，可以在冷却时间表中找浇口固定的冷却时间，如果浇口变硬直到零件完全冷却，会让零件的形状不合格。冷却时间直接影响生产效率，因为冷却时间占注塑件整个生产过程的很大一部分，在保证产品质量的前提下，应尽可能减少冷却时间，冷却时间通常为158秒，冷却到可爆裂约80秒的温度，侧面冷却时间非常短，冷却剂管应放置在难以冷却的肋条附近，以使整个产品尽快得到均匀冷却。

4 结论

在中国加入世界贸易组织（WTO）的背景下，国内汽车塑料零件制造商将不可避免地面临外国对手的挑战。学习先进的设计方法和理念可以提升塑料件制造和研发，总结设计经验能提高设计技能，独立开发新产品并在激烈的竞争中树立坚实的立足点。

[1] 郭如峰,梅雪川,叶敏,郭鹏.超声波熔接机器人在汽车外饰件中的设计与应用[J].现代制造技术与装备,2019(12):15-18.

[2] 王琛,郝旭飞.汽车外饰的历史与发展[J].汽车文摘,2020(02):41-46.

[3] 唐崇智.互联网汽车外饰造型设计研究[D].长春:长春工业大学, 2019(01)25-28.

[4] 付公羽.一汽—大众车身外饰产品开发战略研究[D].长春:吉林大学,2017(05)45-49.

[5] 李峥.新能源汽车外观设计研究[D].北京:北京理工大学,2016(03) 10-15.

Talking about the Design Defects of Automobile Exterior Plastic Parts

Zhang Yan

（Shanghai Goer Automobile Co., Ltd., Shanghai 201800）

In automobile styling design, research on automobile styling style can be used to guide automobile appearance design. Automobile styling style is a comprehensive expression of automobile performance, period characteristics, market aesthetics, manufacturing technology, material application, ergonomics and other factors. The understanding and knowledge of the design of automotive exterior plastic parts is very important for automotive styling design. In this article, the design defects of automotive exterior plastic parts will be studied to lay the foundation for the theoretical knowledge of automotive exterior plastic parts design.

Vehicle; Exterior decoration; Form Design; Plastic parts

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.063

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张岩，男，工程师，就职于上海构尔汽车有限公司，从事汽车设计工作。