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微发泡注塑嵌饰板可以达到轻量化目的,并且能够在其他内饰结构上进行推广.
关键词：嵌饰板；微发泡注塑；轻量化
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.24.022
随着汽车节能减排要求越来越高,轻量化设计已经成为汽车设计首要考虑因素,由于内饰件多为塑料件,本身密度就不大,重量所占比例就比较小,所以轻量化难度相对较大.为了保证产品的性能,传统的注塑工艺,从结构和料厚上优化的空间较小,鉴于此,出现了微发泡注塑成型工艺的应用.微发泡注塑成型技术突破了传统注塑的诸多局限,在基本保证产品性能的基础上,相比低密度材料以及麻纤板工艺,具有更高的减重率（低密度材料减重率为5%～10%,麻纤板为30%～50%,EIPP减重率为10%～30%）.
1 轻量化原理
微发泡注塑：简称EIPP（ Expanded Injection Polypropylene即注塑发泡聚丙烯）其原理是将聚丙烯原材料和小苏打类发泡剂均匀混合后进入料筒,熔融塑化射入模具型腔内,瞬间打开模具型腔一个精确位置,利用熔料中间层尚未凝结,并在发泡剂分解产生的气体推动下,迅速膨胀发泡,最终形成正常壁厚的产品.所以相比于传统注塑,更利于实现轻量化.
本文以车门嵌饰板的设计为例,说明微发泡工艺的可行性以及可推广性.
2 车门嵌饰板设计
2.1 门嵌饰板微发泡注塑造型约束条件定义及确认
（1）微发泡是通过定模沿拔模方向微开来实现的,例如,动定模先保持1.8mm间隙,同时注入含发泡剂的原材料,然后定模微开0.7mm,材料冷却过程中沿定模移动方向发泡,产品厚度由1.8mm变为2.5mm,达到正常设计厚度.所以车门嵌饰板的A面不能设计抽芯、滑块的结构,否则模具无法实现微开,例如门板上索环螺钉安装孔结构,抽芯方向与微开方向干涉,就不能采用此工艺；
（2）微发泡产品是沿着模具脱模方向发泡的,产品表面拔模角越大,发泡率越高,拔模角为α的面 ,发泡率为sin α,例如拔模角为30°,发泡率为50% .所以车门嵌饰板在开发时,将A面尽可能做平（除了必要的造型特征）,以达到最佳的发泡效果.
2.2 门嵌饰板微发泡材质定义
基于对传统注塑材料PP+EPDM-T20的性能要求,门嵌饰板微发泡选用的材料性能不能低于传统材料,经过筛选,采用PP/PE-T20.
2.3 门嵌饰板产品结构设计
2.3.1 结构设计要点
（1）由于零部件发泡是沿着脱模方向发泡的,所以产品尽量是一个大平面,可以最大的发挥微发泡轻量化的优势,对于喇叭网、Boss柱、doghouse等受力要求高的区域,不能有发泡层,否则会影响到产品局部强度,需要增加模具随动机构,保证受力要求高的区域不发泡；
（2）由产品发泡率与拔模角的关系可知,产品拔模角越小,发泡率率越低,同时结构设计时需要考虑将产品的基础料厚根据拔模角调整,产品的设计料厚为2.5mm,注塑原始壁厚为1.8mm,EIPP皮层厚度约为0.6mm,两层皮层约为1.2mm,中间可供发泡的厚度约为0.6mm,中间发泡层发泡由0.6mm發泡到1.3mm.发泡率一般控制在2-3倍,可保证发泡层均匀同时实现理想减重效果；
（3）分型线处不能有发泡层,否则会出现飞边毛刺.分型线处料厚设计成1.2mm,注塑后只有皮层,不发泡.
2.3.2 产品结构确定
（1）轮廓尺寸的确定.嵌饰板外轮廓根据造型要求确定,前门嵌饰板外形尺寸为567mm×220mm,后门嵌饰板外形尺寸为665mm×213mm.
（2）安装点的确定.EIPP嵌饰板与普通注塑嵌饰板安装点设定一致,通过BOSS柱与门板本体和扶手面板连接,保持各个安装点距离≤100mm布置,拐角处一般需要布置安装点.
2.4 门嵌饰板CAE分析
对嵌饰板进行刚度分析：模拟肘部推开车门,选择肘部与门嵌饰板接触点分析,要求使用Φ20的压头,施加50N的力,最大允许变形量5mm.
经过分析,前门嵌饰板变形量2.5mm,后门嵌饰板变形量3.6mm,均满足设计要求.
3 车门嵌饰板理论减重值和减重率
（1）在车门嵌饰板结部件构设计时,含BOSS柱,doghouse、加强筋等部分不发泡,大面发泡,假设大面占零部件总重量比例为b；
（2）假设EIPP注塑原始壁厚为T,传统注塑零部件料厚为2.5mm；
（3）零部件的减重比例变化说明： ① 若零部件结构复杂,不能发泡的结构占零部件的比重越高,则b值越低,EIPP减重比例就会降低； ② 依据（1.1产品的发泡率与拔模角的关系）,拔模角越小,发泡率越小,原始壁厚T设计越大,也会降低减重比例.
经计算,四门嵌饰板理论减重0.228kg,理论减重率为22%.
门嵌饰板模具开发完成后,实物称重,共减重0.24kg,减重率为23%,满足轻量化指标,且不低于理论减重率.
4 微发泡注塑的扩展
EIPP嵌饰板目前已经成功开发完成,减重率也达到目标值,经过试验验证,各项性能也都达到试验标准,由此证明了微发泡工艺的可行性,在新开发的车型中,已经开始扩展到门内饰板本体使用.在后期项目中,会考虑在尾门内饰板本体、地图袋内板、副仪表板侧边板等尺寸更大的产品中应用,将会拥有更大的减重量.
5 结论
本文主要论述了一种轻型车门嵌饰板的设计及应用,该结构采用微发泡注塑工艺,微发泡注塑技术仅通过特定设备与模具的回退动作实现轻量化,具有良好的尺寸稳定性、改善零部件翘曲变形等优点,与传统注塑相比,减重率可达10%～30%,该嵌饰板的成功应用,为注塑件提供了有效地减重方法,可以在其他车型、其他结构上进行扩展使用,实现产品轻量化设计.
参考文献：
[1]夏青.微孔发泡注塑工艺研究[M].北京化工大学,2012.
[2]胡广洪.微细发泡注塑成型工艺的关键技术研究[J].上海交通大学,2009.
作者简介：张露平（1989-）,女,工程师,从事内饰设计工作.
饰板论文参考资料：
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