汽车内外饰光影的影响因素与优化方法
湖北工业大学武汉市精密模具工程技术研究中心郑新建
武汉高联汽车模具有限公司邱涛
（2014年12月31日至2015年8月6日）
光影是光源照射物体表面形成的影像。
当一束平行光线射到光滑无凹凸（哪怕是细微的凹凸也没有）表面上时，光线发生规律性反射，反射后的光线也相互平行，如图1所示，这种规律性反射称为镜面反射，镜面反射的光影，人眼看起来有光顺、光亮、舒适的感觉。
当一束平行光线射到凹凸不平（哪怕是极其细微的凹凸不平）的粗糙表面上时，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，如图2所示，这种分散性反射称为漫反射，漫反射的光影，人眼看起来就有不顺、变形、错位等缺陷。制品表面凹凸不平是光影缺陷的根源。
图1  镜面反射图2  漫反射
汽车整车光顺性评价问题中，经常存在汽车内外饰光影缺陷：光影不顺（不光顺）如图3所示、光影变
形（形状突变）如图4所示、光影错位（离开正确的位置）如图5所示。光影缺陷导致汽车整体光顺感差、精细感知差、品味差。
图3  光影不顺图4  光影变形图5  光影错位
汽车内外饰光影的影响因素有：零件高分子材料、产品结构设计、模具结构设计、模具钢材料、模具制造方法、模具加工精度、模具保养、热流道、模温机、注塑成型工艺、注塑成型设备、生产车间环境、生产工人技术水平等。
一、塑料材料
（一）高光塑料材料种类
1.ABS，成型出的产品在耐冲击性、表面光泽度以及硬度方面都比较好，所以在生产高光产品时，通常选用的是高光ABS材料。
ABS属于无定形聚合物，无明显熔点。由于其牌号品级繁多，在注塑过程中应按品级的不同制订合适的工艺参数，一般在160℃以上，270℃以下即可成型。在成型过程中、ABS热稳定性较好，可供选择的范围较大，不易出现降解或分解。
ABS的熔体粘度适中，其流动性比聚本乙烯（PS）、聚碳酸酯等要好，而且熔体的冷却固化速度比较快，一般在5～15秒内即可冷固。
ABS的流动性与注射温度和注射压力都有关系，其中注射压力稍敏感些。为此，在成型过程中可从注射压力入手，以降低其熔体粘度，提高充模性能。
ABS因组分的不同，吸水及粘附水的性能各异，其表面粘附水及吸水率在0.2%～0.5%，有时可达0.3%～0.8%之间，为了得到较为理想的制品，在成型前作干燥处理，使含水量降至0.1%以下。否则制件表面将会出现气泡、银丝等疵病。
2.ABS+PC，需要加1%金属粉提高高光效果
3.ABS+PMMA，需要加1%金属粉提高高光效果
4.HIPS
（二）光影的优化方法
1.尽量选择结晶度较少的材料或者非结晶材料
2.尽量选择收缩率小的材料
3.减少再生料的添加
4.原料干燥不当，改进干燥
5.减少粉体和液体添加剂的使用
6.减少润滑剂的使用
7.减少原材料中的气体分解
8.提高材料流动性，减少充模压力
9.提高材料的润滑性，减少材料与模具的摩擦系数
10.提高材料的脱模性，减少材料与模具的摩擦系数
汽车抛光二、产品设计
1.产品三维数模外表面若不光顺，表面是异形曲面、极不规则、不平顺，则要变更产品设计，让制品表面更平顺光滑。
2.制件壁厚不均或厚薄区域过度不合理，引起滞流在局部出现，可以设计成二次成型模具：在同一台注塑机上注塑，第一次成型不等壁厚的内表面结构，第二次成型等壁厚的外表面结构，但是产品只出模一次的模具。这样可以保证制件外表面注塑成型时是均匀壁厚，收缩均匀、表面光顺。
3.制件壁厚设计太薄，增加壁厚
4.制件存在导致滞流现象的加强筋，在保证变形要求的情况下，尽量减少筋位数量，筋位不宜太厚或太薄，最好在制件厚度的1/3左右。
众所周知：越光亮的产品对光的折射效果越敏感，表面稍有缺陷很快就会被发现，因此如何解决缩水问题是高光产品的首要问题。据经验统计：一般的产品筋位厚度不超过主体胶位厚度的0.6倍便不会缩水，或者说缩水较小不易被发现，可忽略不计。但对高光产品而言，这样的要求远远不够，还需将产品筋位的厚度减小到不超过主体胶位厚度的0.4倍，对于螺丝柱位还必须做火山口式斜顶结构。
5.产品的脱模斜度要拔到3度以上，因为是镜面产品，容易吸附，对出模有影响。
三、模具设计制造与保养
（一）型腔钢材
为了获得表面光影优良的制品，塑胶模具型腔用钢材，除了要求具有良好的切削性、放电加工性和焊接性能外，还需要具有极佳的抛光性和较高的硬度等特点，这不仅可以成型出表面光亮美观的产品，又可以减小塑料对型腔表面的磨损，既延长了模具使用寿命，又降低了注塑压力，保护了注塑机。
目前，常用的高光模具钢材有：
1.NK80（日本大同）,NK80可不用淬火处理
2.S136H（瑞典）, S136应在粗加工后淬火至52度，再精加工
3.CEANA1（日立），本身具备42度也不需要淬火处理
4.德国葛利兹品牌中也有不错的选择：CPM40\GEST80
（二）成型零件
1.模具的分型面配合，因为高光模具的温度高低有很大的落差，所以碰面配合要求较高，同时要减少碰穿面的面积，分型面四周有10mm配合就够了，其他尽可能
做避空处理。
2.模具定模镶芯或动模镶芯四面要做到掏空处理；模框与镶芯要有一定的间隙（视模具材料的热膨胀系数，单面1mm）。防止模框膨胀，以减少模芯于模框的接触面，做到使热能损耗最小化；模芯与模框的锁定采用斜契式或其它类似方式，前端采用隔热效果明显的粉尘树脂或其它材料（如石棉板）。
3.型芯、型腔的加工精度不高会使得制品表面有瑕疵，所以要求用高速CNC精加工，加工切削量控制在0.05mm～0.07mm。
4.模腔表面极度光亮（一般为镜面2级或更高），生产出的产品可以直接用于装机，无需做任何表面处理。
（三）型腔抛光
镜面加工的标准分为四级：AO=Ra0.008μm，A1=Ra0.016μm，A3=Ra0.032μm，A4=Ra0.063μm。
1.工作环境，要求是无尘车间
2.机械抛光，精铣、电火花、磨等工艺后的表面可以选择转速在35000-40000rpm的旋转表面抛光机或超声波研磨机进行抛光。常用的方法有利用直径3mm、WA#400的轮子去除白电火花层，然后是手工油石研磨。
3.手工抛光，要想获得高质量的抛光效果，最重要的是要具备有高质量的油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况，如机械加工、电火花加工，磨加工等等。手工抛光的一般过程如下：
（1）手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。油石的粒度一般的使用顺序为#180~#240~#320~#400~#600~#800~#1000。许多模具制造商为了节约时间而选择从#400开始。
（2）半精抛，半精抛主要使用砂纸和煤油。砂纸的号数依次为：
#400~#600~#800~#1000~#1200~#1500。实际上#1500砂纸只用适于淬硬的模具钢（52HRC以上），而不适用于预硬钢，因为这样可能会导致预硬钢件表面烧伤。
（3）精抛，精抛主要使用钻石研磨膏。若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏
进行研磨的话，则通常的研磨顺序是9μm（#1800）~6μm（#3000）~3μm（#8000）。9μm的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除#1200和#1500号砂纸留下的发状磨痕。接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为1μm（#14000）~1/2μm（#60000）~1/4μm（#100000）。
精度要求在1μm以上（包括1μm）的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行。若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间，灰尘、烟雾，头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。
4.手工抛光中用砂纸抛光应注意以下几点：
（1）用砂纸抛光需要利用软的木棒或竹棒。在抛光圆面或球面时，使用软木棒可更好的配合圆面和球面的弧度。而较硬的木条像樱桃木，则更适用于平整表面的抛光。修整木条的末端使其能与钢件表面形状保持吻合，这样可以避免木条（或竹条）的锐角接触钢件表面而造成较深的划痕。
（2）当换用不同型号的砂纸时，抛光方向应变换45°~90°，前一种型号砂纸抛光后留下的条纹阴影即可分辨出来。在换不同型号砂纸之前，必须用100％纯棉花沾取酒精之类的清洁液对抛光表面进行仔细的擦拭，因为一颗很小的沙砾留在表面都会毁坏接下去的整个抛光工作。从砂纸抛光换成钻石研磨膏抛光时，这个清洁过程同样重要。在抛光继续进行之前，所有颗粒和煤油都必须被完全清洁干净。
（3）为了避免擦伤和烧伤工件表面，在用#1200和#1500砂纸进行抛光时必须特别小心。因而有必要加载一个轻载荷以及采用两步抛光法对表面进行抛光。用每一种型号的砂纸进行抛光时都应沿两个不同方向进行两次抛光，两个方向之间每次转动45°~90°。
5.手工抛光中钻石研磨抛光应注意以下几点：
（1）这种抛光必须尽量在较轻的压力下进行，特别是抛光预硬钢件和用细研磨膏抛光时。在用#8000研磨膏抛光时，常用载荷为100~200g/cm2，但要保持此载荷的精准度很难做到。为了更容易做到这一点，可以在木条上做一个薄且窄的手柄，比如加一铜片；或者在竹条上切去一部分而使其更加柔软。这样可以帮助控制抛光压力，以确保模具表面压力不会过高。
（2）当使用钻石研磨抛光时，不仅是工作表面要求洁净，工作者的双手也必须仔细清洁。