汽车塑料件皮纹设计及制作原理

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前言

伴随着汽车行业的发展趋势，消费者对汽车内外饰件的精细化和个性化关注程度越来越高。塑料件的皮纹作为影响汽车内外饰风格的最重要因素之一，涉及到美学、触感、以及安全性，并能一定程度地削弱产品外观缺陷，提升内外饰件的品质和价值，显示了其参与市场竞争的重要作用。

1. 皮纹的概念要素

皮纹是指生于生物表皮的天然纹路，通常指在人类或其他动物如牛、鹿、鳄鱼等皮肤表面自然的纹路；也可泛指在植物如树木表皮、断面、叶片等表面的纹理；随着现代设计概念的扩展，发展到其他天然或人工物品表面的纹理，如石材纹路、织物纹路、电火花纹路等。

动物皮纹

植物皮纹

其他皮纹

本文中的“皮纹”，即是指塑料产品表面的纹饰。塑料产品由于材质不同，表面的排列、组织、构造不同，因而产生粗糙、光滑、软硬感，表现为皮纹不同。

1.1 皮纹按风格分包括以下三个方面：

特征性

指纹路单元的形状可以用几何形态或象形形态来描述。常见形态如线状、块状、线块结合和荔枝形状等等，如图1皮纹单元的块状结构。纹路单元的形状大小、方向、排列组合方向和单元组合的疏密程度都对皮纹的宏观风格有重要影响。

方向性

有些皮纹的纹线特征有明显的方向性，如图2示，可以看出这种皮纹纹线明显的脉络走向。有些规则单元特征的皮纹就没有方向性，如图3示。汽车用皮革的皮纹没有方向性的较少。

层次性

皮革上的花纹基本都是立体皮纹，立体皮纹具有层次性，在微观上表现为皮纹在深度方向上由2～5个不同深度数值的层组成；在宏观上表现为皮革表面的粒面饱满圆润，层次丰富起伏，特征过渡自然，给人的视觉冲击比较柔和，可借助50倍数的放大镜来察看层次。下图即为典型的多层次皮纹。

  皮纹的块状特征和层次感

皮纹的脉络方向

皮纹的规则单元

1.2 皮纹按大小来分可分为以下三种：

粗皮纹

是真实世界已有皮纹仿真演化而来，纹路接近真实纹理，比较细腻，有层次感，可以提高整车内饰档次，一般纹理深度在80～150um之间。粗皮纹一般用作汽车内饰的主皮纹，有很强的整体协调感，需要整车内饰统合设计考虑。

细皮纹

是一种精致细腻的纹路，类似砂石表面的状态，加工工艺也很多，主要有火花纹，喷沙纹等，细皮纹一般是单层次皮纹，纹理深度在0～80um之间。细皮纹可以单独局部装饰也可和多种其他纹路进行搭配。

几何皮纹

呈现几何规则的纹理，在汽车上主要体现科技、力量、潮流等概念，一般纹理深度在80～150um之间。几何纹有极强的方向性及规则性，大面积使用会大大提高其加工难度，价格也较高。

  粗皮纹     

细皮纹  

几何皮纹

2 皮纹的实现

普通皮纹/梨地纹咬花原理：

立体纹理的咬花原理：

3. 塑料件设计规避要点

塑料件结构设计的合理性与皮纹的质量、清晰度及成型难易息息相关。经借鉴行业设计经验，针对两种典型内饰注塑材料PP和ABS，皮纹深度对于塑料件的拔模角度要求分别不同：

零件的拔模角度与皮纹加工深度直接影响零件的脱模性能。

一般塑料件的拔模角度需定义在 0.5°以上，但对于有皮纹的饰件，常规经验是 13μm深度的皮纹要求拔模角为 1°，比如门护板本体选用110μm的皮纹腐蚀时，那么需要求前期设计的拔模角度约8°。

但理论值必需结合实际情况，有些面如果无法做出较大的斜度，这一块区域的皮纹可相应采用做浅处理。根据成型条件、材料、零件壁厚和零件的直立高度等因素的不同，皮纹深度和拔模角度的比例会有所不同。如果拔模角度小而皮纹太深则可能造成零件脱模时出现卡滞或白化等不良现象。

常用纹路的深度范围：

①细皮纹, 皮纹深度为0一80μm；

②火花纹, 皮纹深度为20 一40μm, 比同深度的细皮纹, 更加细腻柔和;

③拉丝纹, 皮纹深度为20一80μm ;

④粗皮纹及几何纹,皮纹深度为100 一150μm。

一般来说，拔模角度与皮纹加工深度的关系见下表：

表1 拔模角度与皮纹加工深度的关系

4. 皮纹区域定义的基本原则

零部件的皮纹由主机厂设计部门正式公布，一般分布在可见区域，包括高可见区和低可见区，喷漆件和镀铬件除外。

同一种皮纹应用于不同形状的物体效果不同，而零部件不同的曲面及搭接部分对皮纹的要求各异，所以我们期望在汽车造型设计阶段即考虑内饰不同区域的皮纹布置和定义。

内饰设计中皮纹区域定义的基本原则如下：

1）仪表板、门护板、A柱护板等属于高可见区，塑料件表面面积较大，这些视觉主要部位需要效果较好的皮纹。立体皮纹层次丰富、光泽柔和、装饰效果较好，因此，这部分区域通常选择立体多层次皮纹。

2）在一些较小的塑料件表面，如按钮、旋钮、小的电器功能操作面板等表面，因为面积小，不适宜风格相对较大的立体纹和普通皮纹，而比较适用风格较小的精细皮纹，通常使用磨砂纹，这样使得整个件和皮纹看起来精致，协调。

3）在一些不常见面，如储物盒内侧面、眼镜盒内侧面、手套箱内侧面、等等一些具有开合功能的内侧面可以做普通皮纹以节约成本。

另外，在单个零件的皮纹腐蚀和有相互配合关系的零件皮纹腐蚀时，既要关注其美观性也要保持皮纹的连续性，主要归纳如下几点：

1）单个零件的皮纹腐蚀区域，一般都腐蚀到该零件以总成件出现的可视面为止，如图4门护板总成，各单件的皮纹腐蚀均以在门护板总成的可视面为基准。

2）单个零件的R角，即零件的两个相邻面交接过渡且呈弧形的区域，皮纹需做到可视面往R角方向约2～4mm范围内，保证在人的视觉范围内看到的地方都经过蚀纹处理。如图5示，仪表板右部检修盖板与周围的件配合时,外露的部分即是R角的面。如果皮纹没有做到R角,表面就会感觉皮纹中断,影响美观。

3）同一零件有两种皮纹的交接区域：

如门护板本体，同一零件上不同区域定义了两种皮纹，两者的交接区域皮纹腐蚀尤其要保证两种皮纹的平缓过渡，通常是对R角要做相应的处理，比如说过R角稍浅或是在离接缝2-3mm的地方开始变浅。

皮纹制作原理：　

本工艺采用抗蚀转印油墨，在贴花纸上丝网印制装饰纹，用贴膜法把装饰纹油墨转印到模具上，经干燥修整后，进行化学腐蚀，便在模具上制得凹凸型装饰纹。

工艺流程：

底图制作→照相制版→制丝网版→油墨调配→贴花纸印装饰纹→油墨干燥→模具前处理→贴花转印→干燥→修整→腐蚀→检验→清理、防锈。

2装饰纹模具的工序

2.1　底图制作

装饰纹底图除电脑或手工绘制外，多数选用塑料样件和人造革上的装饰纹。

塑料样件应选取花纹清晰、均匀、平整的表面，先喷一层黑色自干漆，晾干后，用200目以上的白粉(碳酸钙)涂抹，填平纹路，再轻轻抹去突出面的白粉，使其露出黑色，直至版面花纹清晰，黑白分明，底图便告完成。

如选用人造革装饰纹，可将人造革摊平钉紧在木板上，按上述要求同样加工，最好选用黑色人造革，可省去喷漆。

2.2　照相制版
采用CR或SO软片，1：1对底图进行拍摄。照相底片大小以100mm×200mm左右为宜，便于制丝网版和贴花转印。

2.3　制丝网版
用200～300目黄色涤纶丝绢，0.02mm厚的蓝色感光膜，铝质框架和照相底片，按制造印刷线路丝网版的方法制造。

2.4　油墨调配
选取优质固体沥青500g，装入清洁无锈铁罐，加煤油300ml，放在可调温电炉上熬炼1～2h，控制微沸状态，适当搅拌，炼至适合丝网印刷的稠度，以冷却至室温为软冻状，表面又不结皮不起皱为佳，此为沥青油墨。

沥青油墨和2711—4油墨(天津油墨厂产品)，按重量比1：1混合，再加入牡丹牌No78燥油，用量为混合油墨重量的2%～5%，用油墨刀调匀，便制得抗蚀转印油墨。

2.5　贴花纸印装饰纹
用WPS400型丝网印刷机，装上丝网版，橡胶刮板放上适量抗蚀转印油墨，先用废蓝图纸反面试印，用力要均匀，轻重要适度，不要回墨，直至印出均匀清晰的装饰纹，再用贴花纸印制。

贴花纸印前应裁成适当大小，用干净橡皮刮板刮平。印制过程中如发生油墨堵塞网孔，图纹不清晰，说明油墨过干，可加适量煤油调稀；

如果印制的装饰纹易模糊，说明油墨中煤油过量，可将油墨放在玻璃板上，用油墨刀反复调合，挥发部份煤油再印制。

2.6　油墨干燥
将印好的贴花纸放入烘箱网格上，油墨面朝上，均匀摊开，不得重叠，控温40～45℃，烘至油墨半干状取出，即轻摸贴花纸上油墨不粘手，稍加压力便粘手，一般约烘10～15min。油墨烘得过干，转印时与模具不粘或结合力差；油墨过潮，转印易模糊。

2.7　模具前处理
此工序应在贴花纸印装饰纹前做好。

模具做装饰纹表面粗糙度应达到以上，不应有砂孔、划伤，以保证装饰纹完整、清晰、一致。未达到要求，应补充研磨。

用回丝沾汽油擦洗模具型腔及四周，使表面清洁。不做装饰纹表面用硝基漆、过氯乙烯漆保护，刷涂二至三遍，孔、槽可用橡皮塞、橡皮泥、封箱带保护。

待漆膜干透，做装饰纹表面用氧化镁水浆除油、清洗，直至表面能被水完全润湿。然后，用海绵将水吸干，电吹风吹干。

2.8　贴花转印
根据模具型腔特点，将贴花纸剪成便于粘贴的形状，轻轻揭下印有装饰纹的一层薄纸，油墨面向模具，细心粘贴，要求平整服贴不起皱，平面用橡皮刮板刮一下，曲面用脱脂棉花揉成团，垂直用力压纸基，使贴花纸上油墨转印到模具上。

转印完后，用海绵沾少量水将贴花纸润湿，再轻轻揭下纸基，用海绵或吸水纸吸干模具上的水。

2.9　干燥
转印到模具上的油墨，夏天可自然干燥，冬天需用红外线灯烘干，要求表、里干透。

2.10　修整
贴花转印相互交接处及有缺陷的装饰纹，用0号或1号描笔蘸取转印油墨修补，补后用红外线灯烘干，再用笔式修版刀修整多余油墨，直至装饰纹均匀清晰，衔接自然。

2.11　腐蚀
(1) 腐蚀液的配方
　　三氯化铁　　　　　450～560g/L
　　盐酸　　　　　　　5～10ml/L
　　煤油　　　　　　　10～15滴/槽
　　腐蚀液婆美度控制36～40°Be。

(2) 腐蚀前准备
模具腐蚀前，做装饰纹处应用氧化镁水浆除油、清洗，再用水枪喷射自来水1min，以检查油墨与模具结合是否牢固。

然后用羊毛排笔蘸腐蚀液刷一遍，无油墨处应呈均匀灰色，完全被水润湿，以保证腐蚀均匀。在上述操作过程中，如有油墨脱落，应立即停止腐蚀，推倒重来，重新贴花转印。

在正常操作情况下，油墨与模具结合是非常牢的，发生脱落原因是操作不当，如贴花转印时，模具潮湿不干，或贴花转印纸上油墨烘得过干，或贴花转印后没有进行刮压，操作时应留心注意。

(3) 腐蚀
确认模具可以腐蚀后，型腔四周用双面不干胶纸和聚氯乙烯塑料布贴围三层，形成腐蚀保护围裙，比模具长出400～600mm。腐蚀机采用喷嘴式球形喷头，半个球体均布19个喷嘴，可均匀立体喷射。

用电动葫芦吊挂模具，型腔朝下，喷头朝上并处于保护围裙中心，两人扶住模具缓慢旋转，开动腐蚀机，用秒表计时，腐蚀7～10min，夏天取下限，冬天取上限。

对装饰纹腐蚀深度有具体要求的模具，应用同种钢材做装饰纹腐蚀试样，测出所需时间。

2.12　检验
将模具吊出，自来水迅速冲洗，用5～10倍放大镜或橡皮泥压印装饰纹，检查腐蚀深度。如腐蚀深度不够，可吊回补充腐蚀。达到要求，立即出槽清理。

2.13　清理、防锈
用自来水冲洗模具，洗净残余三氯化铁，拆除塑料围裙，用回丝擦干表面，剥去封箱带和过氯乙烯漆，硝基漆用香蕉水擦去，油墨用汽油擦除。清理完后用电吹风吹干模具，再用回丝沾防锈油涂抹模具表面。

3　工艺特点

(1) 采用自配油墨，具有抗蚀性好、粘合力强、可自然干燥、转印性能好等优点；

(2) 采用自制球型腐蚀喷头，腐蚀液能喷射成均匀半球面，适合复杂型腔腐蚀，加上型腔朝下，不会堆滞腐蚀液，能获得腐蚀深度均匀、无※角、图纹清晰、高质量的装饰纹；

(3) 工艺方法简单，操作容易，适合大、中、小模具，不受几何形状限制；

(4) 设备简单，材料消耗甚少，主要消耗贴花纸、转印油墨、保护漆，成本低廉，经济效益高。