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树脂材料在汽车制造业中的应用

树脂材料在汽车制造业中应用及其广泛，无论是在汽车的设计试制阶段还是在批量生产阶段，根据材料用途大致可分为以下几种：样车模型制作材料（数据控制模型）；汽车覆盖件成型树脂模具材料 ；汽车非金属性零件的模具材料和制造材料 ；砂型铸造的型板和芯盒材料 ；生产线上的检具和装焊夹具 ；复合材料车身车型开发材料高性能树脂 ；金属间或非金属间粘合的结构胶粘剂。

车型开发材料

通常，新车外型的开发过程包括：

□ 造型设计、建立数模；

□ 做比例模型、展示模型，来检验造型效果的工程结构设计、工艺设计；

□ 制造临时模具（树脂模具、中低熔点合金模具），用于小批量试制；

□ 制造永久模具（钢模）进行批量生产。

在日本丰田系的开发部还沿用油泥来做造型设计，然后反求出数模。但无论哪种设计方法，最后都要用树脂材料做出展示模型及主模型。目前几乎所有的汽车厂商和著名的汽车设计公司都是用由原瑞士汽巴（Ciba）公司开发的模型糊和可加工树脂板（代木）这两种材料，即RenShape系列，它的密度从0.2～1.1的材料都可以用来制作多种设计、展示模型、主模型及打胎模。

用模型糊制作车模的方法之一是先用苯乙烯泡沫塑料制作一个略小于实际尺寸的整体模型做基体骨架，然后在其上均匀覆盖上适当厚度的模型糊，使其大于车的尺寸，待模型糊完全固化后，即可用数控铣床来加工。数控加工完成后，在经过刮腻子、打磨、喷漆等后续工序，最后完成汽车模型的制作。

用可加工树脂板制作模型更为简单，即将板材切割成所需尺寸粘接成毛坯后数控加工即可。使用RenShape模具树脂的模型材料有如下特点：

□ 模型材料具有极好的机械加工性能，加工速度快，且加工过程中粉尘极少；

□ 尺寸稳定，不易变形，边缘强度好，加工表面光滑细腻，能制作极度精确的模型表面，质感好，无纹理，任何方向性能一致，经喷漆烤漆后效果更佳；

□ 加工时无需昂贵刀具，普通刀具即可，且刀具损坏率极低，节约刀具成本；

□ 加工完毕的模型存放条件不苛刻，且不受化学品侵蚀，可长期保存；

□ 板糊相间，丰富的产品系列，为不同类型的模型制作提供了多种选择；

□ 易于粘接，易于喷漆，易于改型及修补。

其中最后一点对设计和制作非常实用，因为在车型的设计过程中，修改是极为普遍的，模型糊修补后和原先已固化的材料之间的粘接性非常好，修补部分不会脱落，在机械加工过程中，新老材料也不会出现加工差异。

以上这些优点，都是铝、木材、油泥等材料无法比拟的。数控加工的普及和如UG、Pro-E等三维设计软件的广泛应用，人们对这些材料的依赖性越来越强。

塑料产品的快速制造

随着塑料在工业中日益广泛的应用，尤其是汽车、通讯、电子、家电等领域，塑料制品的制造已成为工业制造的重要组成部分。传统上产品由金属注塑模具加工，但金属注塑模具制造周期长、成本高。在新产品开发未定型阶段，投入大量资金和时间难度很大，试制的成本和周期制约了新产品快速响应市场的需求。

快速成形技术（RP）的出现给塑料快速加工带来希望。对于注射用金属模具的快速制作，国内外进行了大量的研究，基本上都采用了RP技术并结合精密铸造、电铸、金属粉末烧结以及研磨等技术。例如德国EOS公司的EOSINT M系统就是利用直接金属激光烧结工艺（DMLS）生产金属模具，用于生产有系列特征的注塑塑料原型制件。另外，陶瓷型精密铸造法、金属喷涂法等均可实现快速制作注射模具。

但各种金属快速注塑模具制作方法都不同程度地受各种因素、条件的限制，在现实生产中还难以广泛应用1些体育赛事已规定了使用塑料瓶来装啤酒悍马配件。

油盘塑料制品的快速制造一般采用三种工艺：

1、真空注型工艺

以RP原型为基础，配备真空注型机和制作硅胶模具，以PU为原料，在真空环境配料、搅拌、灌注、成型。

该工艺易操作，复制效果好，但该工艺制件速度缓慢，特别是制件大小受真空室大小的限制。目前一般用于音箱支架小尺寸薄壁零件的单件至十几件数量的制作。

2、常温低压灌注工艺

亦称PIM技术（Parts In Minutes），利用原型翻制树脂简易模具(包括软模、硬模及抽芯活块)并考虑浇冒口的位置和流道， 将模具夹紧达到合适的合模力。在常温状态下，通过双组分低压灌注设备，将PU原料低压灌注，产品放热固化成形。

该工艺的制件材料系列化（共有10种物理性能非常接近于橡胶、PE、HDPE、PP、ABS的材料）；1min固化，10min脱模；产品精确度高，可着色、印刷、喷涂，收缩率比ABS小；由于操作于常温状态，可制作大尺寸的塑料件，适于少量生产。

3、机用金塑注塑模

亦称高温树脂型腔模工艺，使用耐高温树脂，利用原型来翻制树脂型腔模， 将树脂型腔模镶嵌在标准的金属模架内，再安装在普通注塑机上，使用常规工程塑料(如ABS、PP)射出成形。 该工艺制模周期大大缩短，制模成本明显降低，适用于寿命在几千件范围之内的中小件型腔。

以上三种工艺中前两种工艺我公司从1998年就已在国内推广，并在很多车型上得已应用，例如华晨集团在意大利研发的“中华”新车型是我国第一辆具有自己知识产权的车型。由于该车转向管柱的上下护罩、手套箱的托架、锁上和骨架共5组塑料件设计多次改动，在距2000年12月16日的新车剪彩仪式还有不到2周时间时，这5组塑料件仅有意大利发来的CAD三维设计数据，而整车的其他部件均已完成。如果按传统工艺制作这5组塑料件，新车剪彩仪式按期举行已无可能，事关重大。一汽金杯的M1产品设计处在全国范围内招标，最后交由我公司制作，并在新车剪彩的前几天满意地拿到10辆车装配用的这5组塑料制品。中央台联播节目如期播出了“新中华”剪彩的盛大仪式。这5套塑料件模具费合同金额为人民币45具有强大的抗干扰能力000元，而同样的金属注射模模具费高达76万元，加工周期最快也要3个多月。这是一个由客户提供CAD设计数据，在一周时间里生产出塑料制品的快速经济制作的典型案例。现在，第三种工艺我公司也已完成研发，进入实用阶段。

检具、夹具、胎具

一个整车有上百件的钣金件，它们都有相锚固钻机对应的检具，其他像风档玻璃、车灯等也都需要专用检具。制造这些检具需要大量的加工工时。若使用金属材料，则周期长、成本高。近年来，全球汽车厂商也基本上使用可加工树脂板然后将合成气净化和模型糊（国内企业中除上海通用使用BM5166外，其他企业大多数使用RenShape 460）制造检具以及总成件组装的总成装配检具。

在工业生产中也要使用大量夹具，用树脂材料制作夹具更是有着其它材料和工艺无法比拟的优越性。有些夹具用液体的树脂材料制造非常方便，只需将工件放在平台上，准备好围框及需要的预埋件，浇铸树脂，待其固化取出原型工件，夹具就制作完成。因为树脂与工件之间理论间隙是零，因而定位精度非常高。这种方法大量用在塑料件超声波/磨擦焊接的定位夹具中。

在焊装生产线上有很多种类的装焊夹具，制作方法除了上面提到的数控加工板材（或模型糊），浇铸树脂还可用玻璃纤维和树脂制造一些薄壳类的焊接样板，这样不但制作方便经济，而且使用轻便。还有一些特殊情况只有树脂材料才能做到，例如一些夹具及流水线的工装板、托盘等需要表面是要求硬度在Shore A35-A90的弹性体（俗称“软工装”）；当在车门内饰板装门把手时需要一个胎具，因为把手和内饰板都是塑件易磨损，所以胎具不能是硬的。原来的方法是在胎具上铺了一层毡子，但这样既不牢靠也易掉毛，而表面用弹性体树脂，下面用硬树脂来制作成整体胎具，既保证了胎具强度又拥有了软表面。

复合材料车身

为了适应汽车节能的要求，很多厂商都在想方设法地降低车身重量。随着汽车工业的发展，原来用于赛车的复合材料（如聚氧树脂加碳纤维）逐渐应用于轿车覆盖件和很多其他零件上，因而形成了如下用于制造复合材料车身的环氧树脂系统：手糊基层工艺的树脂系统、树脂真空渗透工艺的树脂系统（VERTM）、模压成型的树脂系统（SMC）、复合材料部件间粘接的结构胶粘剂和三明治板材粘接的胶粘剂。

通过以上介绍，我们可以看出，树脂材料丰富的产品体系覆盖了从产品设计、造型、试制、装配、维修、配件等各个阶段的模型、工装及产品的材料需求，为产品设计人员及工艺制造人员提供了最大的自由度，缩短了产品开发时间，降低了开发生产成本，现已被众多领域内的客户认可。 (end)

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