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夹心注塑——老司机分享高强度汽车门把手制造工艺

事汽车行业的朋友们常说“车灯是车的眼,格栅是车的脸”,一辆车的气质,从这两个外饰件上能够清晰地体现出来。


而不知大家注意过没有,我们上下车的时候,第一个接触的部件,往往是门把手。如果参照前面的比喻,那么门把手或许就是一辆车的十指,从把手的造型、外观,我们能够看到一辆车的个性:从DS5的感应式外把手和回旋状的内门把手,我们看到的是特立独行;从凯迪拉克的灯带式外门把手和柳叶形内门把手,我们看到的是典雅华贵;从特斯拉的伸收式外门把手,我们看到的是前卫和科技。



门把手是一个兼具了外观与功能性质的零部件。除了被赋予视觉要求外,把手也要承担安全职责。因此,在加工方法和选材上,门把手都有一些特殊的要求和特点。而其选材,又往往是根据加工方法而决定的,内外门把手又有所区分。


外门把手的加工方法较多,比如有直接注塑、气辅成型、分体式注塑等。相较而言,内门把手就简单得多,最常见加工方式一般就是直接注塑。因为制件本身相对比较单薄,因此减小壁厚的气辅成型和相对较复杂的分体式注塑都使用得很少(解锁器与把手柄分别独立的结构并非分体注塑)。


近年来,一种新型的内门把手加工方式,正逐渐成为内门把手的加工潮流,这就是本文将主要介绍的夹心注塑工艺。


夹心注塑,顾名思义,是由两种材料形成内外两股料流最终固化成为目标制件的加工方式。从这一表述来说,很多人会将之与双色注塑联系到一起,而事实上,这两者是同属于共注塑范畴下的两种不同的加工工艺。


常见的双色注塑具有两个料筒和两个型腔,所加工出的产品结构是类似于蛋饼形式的双层结构,多用于具有表面效果和包胶等后加工的制件上。夹心注塑是共注塑的另一种方式,与双色注塑类似,夹心注塑同样具有两个料筒,它的料流也是分层流动的。但不同点在于,夹心注塑一般是先注塑外部表皮组分,当注塑胶量达到一定程度后再向其中注射芯层材料或发泡芯体材料。并且,它只有一个型腔,产品是类似于蛋黄派式的包裹结构。


如图2所示


那么夹心注塑在应用过程中有什么需要注意的么?事实上,由于这种加工方式的特点,夹心注塑在材料选择、结构设计和加工工艺上都有一些需要“讲究”的地方。


首先,对于夹心注塑来说,双色注塑中采用增加接触面积和凹凸槽结构的方式难以实施,因此选取的材料的粘合性能要好。材料粘合性能好,界面层的作用力大,不容易分层、脱落。其次,对于夹心注塑来说,内外层材料熔体粘度差异过大,会破坏表层/芯体结构均一,所以选取的材料的熔体粘度差异不宜过大。除此以外,要注意的是两种材料的热收缩率不能差异太大,尽量做到收缩率的匹配,通常要求芯体材料的收缩率略小。


一般而言,夹心注塑内门把手时,芯层多采用玻纤填充料来提高刚性和强度,而表层出于美观考虑,常采用适合电镀或喷漆的ABS或PC/ABS等材料。因此,内外收缩率的问题不大,需要特别关注的主要是两种材料的相容性和粘度差异。


夹心注塑塑料制品的设计,除了要考虑普通注塑制品要考虑的问题以外,还要考虑以下方面:


1. 制品的结构形状设计


对夹心注塑,因为熔体流动中,在表面张力作用下截面有趋向于圆弧的现象,所以制品的截面形状最好为圆形,这样表皮层厚度最均匀。若是非圆形,则应避免尖角过度,如图a所示,A处的表皮很薄,易穿透。


 图3. 制件结构设计的截面示意图


为保证物料一直保持层状结构,制品结构设计上应尽量使用各种圆弧和倒角作为结构过渡。如图3-b所示制品上有凹槽,模具凸起的型芯将破坏熔体的层状流动。


2. 两种材料的质量比例


对于夹心注塑来说,两种材料各自的注塑量决定了制件最终的内部结构。因此,在设计注塑工艺的时候,两个螺杆中的熔胶量、射胶量与注塑时间的参数设置至关重要。应根据实际测试的性能要求来确定两种材料的这些参数信息。



 图4. 上汽某项目门把手毛坯件


如笔者在上汽某项目中使用了目前市用量最大的上海锦湖日丽的高电镀结合力PC/ABS材料HAC8244,原设计是采用此材料直接注塑成型,但由于制件结构细长,因此拉拔强度较弱。后改进为采用玻纤增强的SAN+30GF进行夹心注塑生产内门扣手。与未填充采用纯PC/ABS电镀材料注塑的制件相比,夹心注塑门把手将极限拉拔强度从200N提高到了450N。


但是,第二次生产的门把手拉拔强度却只达到了300N。


为何批次间差异如此之大呢?笔者观察了前后两批次门把手毛坯件及截面的情况,发现强度较高的第一批填充量较高,填充前沿靠近把手前端,而第二批的填充量相对较低,填充前沿只到了把手中段。由此可以解释为何第二批次把手的拉拔强度要显著低于第一批。


由此,我们探索了不同材料注塑比例对制件强度的影响。发现当表层与芯层材料比例固定为3:7时,制件结构强度达到较高的400~450N,而继续提高填充的玻纤材料比例,制件前段表层容易被填充料流冲破,造成制件报废。因此,我们固化了全套的注塑工艺和表芯料的比例,并用以后续生产。


综上所述,夹心注塑用于生产门把手可以显著提高制件的强度,同时降低制件的材料成本(SAN+GF材料成本低于电镀PC/ABS)。当内门把手制件无法改变结构设计又需要提高制件强度的情况下,采用夹心注塑生产内门把手,无疑是一个明智的选择。同时,对于原先采用电镀尼龙的主机厂来说,这又是替代昂贵尼龙电镀件的绝佳方案,单车内开手柄降本,甚至可以达到30元左右。


本文作者:宁波东昊汽车部件有限公司 叶立纯


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