摘要本文对汽车毛毡轮罩的成型工艺方案进行了简要分析和研究。作者通过对汽车轮罩发展史的概述，使读者了解了汽车轮罩的功效及制造工艺，并对毛毡轮罩的使用效果和成型工艺产生兴趣，然后介绍了毛毡轮罩成型的工艺步骤和关键技术点，通过工艺技术的解析以及难点的解决初步展现了毛毡轮罩的成型加工过程。关键词汽车毛毡轮罩工艺研究
Research on the Molding Process of Automobile Felt Wheel House //Li Guofeng
Abstract This paper makes a brief analysis and research on the molding process of automobile felt wheel house.Through a sum-mary of the development history of automobile wheel house,the writer makes the readers know about the efficiency and manufac-turing process of felt wheel house and develop the interest in the use effect and molding process of felt wheel house,and then in-troduces the molding procedures and key technical points of felt wheel house.Through analyzing the techniques and settling the difficult points,this paper preliminarily presents the molding process of felt wheel house.
Key words automobile;felt wheel house;process study 1概论
随着国内汽车行业的不断发展，汽车已经成为非常普遍的交通工具，并且家用汽车市场份额不断增长，乘用车市场空前火爆，国内外多家主机厂瞄准中国市场制定了不同的扩张策略和产品定位策略。
大众消费者对于乘用车的审视标准也在逐步转变，舒适性、人性化、轻量化、油耗低等指标成为主要考评指标，影响这些指标的关键零部件也成为各主机厂技术升级和产品调整的重点方向[1]。
硬塑件逐步取代金属件，软饰件逐步取代硬塑件，近年来防噪音轮罩产品已经成为国内多家汽车生产厂家的重点发展方向。
最早的汽车轮罩采用金属冲压成型。冲压轮罩属于典型覆盖件，与一般冲压件相比，具有形状复杂（多为空间曲面）轮廓尺寸大，材料薄，表面质量要求高等特点。在轮罩的制造过程中，要经过拉伸、修边、剖切、整形、翻边等多道加工工序才能完成。其因成型工艺复杂、产品重、成本高、噪音大等缺点，已经被塑料轮罩取代。
塑料轮罩尽管加工工艺简单、成本低、重量轻、利于环保回收但是降低噪音效果有限，并且在雨天行驶过程中，高速旋转的轮胎带起的水滴打到轮罩表面后反溅出的水雾对后面车辆的行驶安全带来巨大的隐患[2]。
新型毛毡压制成型轮罩，有效解决了以上问题，将轮罩轻量化，减少行驶能耗；加工流程机械化，效率大大提高，成本下降；降噪效果明显，通过噪音测试，平均数据为24dB ，比
设计要求<30dB 还要降低1/5，完全达到预期设计目标；后
期回收利用方便，环保节能。
率先掌握该产品设计和生产必将赢得先发优势。全毛毡压制成型工艺在国内处于起步阶段，国内有能力配套的厂家屈指可数，目前国内部分企业均采用人工烘料、上料等工序，生产稳定性和产品质量稳定性较差，客户意见较大，经常发出抱怨。我公司技术人员经过一年多的技术走访、技术分析、技术改建和小样测试等步骤，掌握了无纺毡压制成型工艺和自动生产各个工艺环节，并且结合国外先进制造技术，对已设计研制设备进行技术改造和升级，使得该研制设备达到国内领先水平，为公司今后实现自动化生产和精益化管理打下了坚实的基础。
2主要技术指标分析
方向盘锁死
与如今常用的几类轮罩相比，一次成型带毛毡塑料轮
罩具有重量轻、降噪音效果好的特点，以下是几组性能对比数据。
通过上述比对数据，可以发现毛毡轮罩单位重量最小，其同面积零件重量是最轻的，换言之也是能耗最少的。噪音测试结果与毛毡嵌入注塑轮罩测试结果接近，在同等水平下，考虑到制造工装投入以及产品成本和工艺因素，毛毡轮罩性价比最优。
3材料选择
3.1主要材料性能分析
毛毡材料是由PP 和低熔点PET 混纺组成，其具有重量轻、轻度高、加工成型方便、耐化学腐蚀和吸音效果好等特点，是一种热塑性材料。
PP ：聚丙烯，是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业界有广泛的应用，是平常常见的高分子材料之一。
PET ：聚对苯二甲酸乙二醇酯对苯二甲酸与乙二醇的聚合物，英文缩写为PET 。这种纤维强度高，其织物穿着性能良好，目前是合成纤维中产量最高的一个品种，分子结构的高度对称性和对亚苯基链的刚性，使此聚合物具有高结晶度、高熔融温度和不溶于一般有机溶剂的特点，熔融温度为257～265℃；它的密度随着结晶度的增加而增加，非晶态的
密度为1.33g/cm 3
，拉伸后由于提高了结晶度，纤维的密度为
1.38～1.41g/cm 3
，从X 射线研究，计算出完整结晶体的密度
为1.463克/g/cm 3
。非晶态聚合物的玻璃化温度为67℃；结晶聚合物为81℃。聚合物的熔化热为113～122J/g ，比热容为1.1～1.4J/(g.k)，介电常数为3.0～3.8。PET 不溶于普通溶剂，只溶于某些腐蚀性较强的有机溶剂如苯酚、邻氯苯酚、间
甲酚、三氟乙酸的混合溶剂，PET 纤维对弱酸、弱碱稳定[4]
。
本论文研究过程采用上海普纳特汽车毛毡制品有限公司提供的PP/PET 无妨复合针刺毛毡，材料厚度为5mm ，面
密度为1200g/m 2
，其中PP 含量为55%，PET 含量为45%。材
作者简介：李国锋（1981—），工程师，研究方向为塑料成型加工。
汽车毛毡轮罩成型工艺研究
李国锋
（上海天原集团胜德塑料有限公司
上海200241）
中图分类号：U465
文献标识码：A
文章编号：1672-7894（2014）25-0114-03
汽车轮罩类型
单位面积平均重量驾驶性噪音要求
测试噪音结果
华普海尚毛毡轮罩（0.120～0.140）g/cm 2
<30dB(A)（60km/h ）
23dB(A)（60km/h ）普通塑料轮罩（0.170～0.190）g/cm 2
<42dB(A)（60km/h ）
37dB(A)（60km/h ）毛毡嵌入注塑轮罩（0.130～0.150）g/cm 2
<30dB(A)（60km/h ）
24dB(A)（60km/h ）背粘毛毡轮罩
（0.200～0.220）g/cm 2
<30dB(A)（60km/h ）
26dB(A)（60km/h ）
表1新型轮罩与通用轮罩的重量、噪间对比表[3]科研应用
114
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总第289期2014年9月(上)
Total.289
September 2014(A)
料主要物理性能见表2。
3.2PP/PE 非织造材料成型工艺参数
该混纺材料收缩率较大，尺寸精度控制困难，故模具设计过程中要考虑收缩率的设置，特别是径向和横向的区别；加热温度敏感，加热温度过低，材料塑性不够，产品刚性不够；加热温度过高，材料熔融，产品过硬、过实，失去吸音降噪的主要性能。工艺温度、成型压力和保压时间是成型过程中的三个主要控制因素。
4成型工艺研究
4.1工艺路线
毛毡轮罩成型工艺说明：
图1毛毡轮罩工艺流程图
毛毡推进毛毡仓，由机械手进行取件并送到指定位置，固定于送料框四周，然后送料框沿导轨移动至加热工位进行毛毡加热，到预设时间后，毛毡推出加热箱，到热压工位，辅助夹装机构进行自动夹紧和铺料，压机下行进行压制成型，成型动作完成后自动取件装置将半成品取出，并在切割工位进行定位，切割设备运作进行产品切割，完成后取件，完成压制和切割成型。
生产出来的制品经检验后，需根据不同要求进行绒边去除工序。然后视要求采用热焊工具对产品进行组装。
对整理完毕的产品，最后进行质量检查，并定期进行抽样测试性能。4.2加热方式选择
对于此类毛毡来说，加热效果的好坏直接影响产品表观质量、性能特征以及生产节拍的快慢，因此加热方式的选取显得尤为重要。一般对于此类混纺毛毡而言，采取红外线加热、陶瓷瓦加热、接触式加热等几种方法。本工艺研究通过在1000*800mm 的毛毡上划定5个测温点，通过加热达到毛毡最佳塑化温度160-170℃，从加热时间、塑化混匀、能耗指标等几个角度选取最佳加热方式。图2为5个测试
丰田召回约1万辆tundra车型
点分布图。
4.2.1红外线加热
采用红外加热管，上下各两组单独控制，总额定功率为120KW 。设定温度为230℃，毛毡加热时间为70秒，温控屏显示加热管实际温度均低于但接近设定温度，而毛毡表面热敏纸测试温度却差别较大，且离设定温度差距较大，见表1。
雪佛兰trax
通过工艺实验表明，红外加热热能损失比较严重，加工毛毡胚料中间和四角温度相差较大，会导致毛毡塑化程度不均匀，产品局部差异性大。另外，毛毡在加热过程中如果
雪铁龙c2怎么样有碎屑掉在红外加热管上，会产生大量的烟雾，如果不及时
清理，很容易引起火灾，存在重大安全隐患。4.2.2加热瓦加热
本研究采用陶瓷加热瓦并排分布于加热箱内，由于加热瓦单个面积比较小，为了便于温度控制，我们采取上下各四组单路控制，额定功率为190KW 。上下几个控制区均设定为200℃，毛毡加热时间为70秒，实际显示温度均等于或略超设定温度，毛毡3号（中间点）测试点温度达到热敏纸的最高温度，其他四点均低于最高点一格，见表2。
通过工艺实验表明，陶瓷加热瓦加热效率比较高，毛毡温度相对平衡，但是仍是中间温度高，四周温度低，毛毡塑化程度均匀性稍差，产品局部差异不明显。并且，和红外加热一样存在火灾安全隐患。4.2.3接触式加热
本研究采用导热油作为加热介质的接触式加热方法，在接触平板下方通过循环导热油加热，使得接触平板受热，在导热平板上铺设特氟龙防粘布，并将毛毡置于特氟龙布上进行加热。油温控制器选择350℃的中温型控制器即可，额定功率为30KW ，采用上下各一组控制器，设定加热温度为200℃，毛毡加热时间为60秒，实际显示温度略低于设定温度，毛毡5个测试点温度基本一致，因为热敏纸精度问题，经过多次测试，5个点的平均温度基本相同，见表3。
通过工艺实验表明，接触式油加热效率高，能耗低，毛
毡温度平衡，毛毡塑化程度均匀性很好[5]
，要达到160℃-170℃毛毡最佳塑化程度，加热时间仅为50秒左右。毛坯料碎屑容易清理，不存在火灾隐患。
通过三种加热方式的比较，PP/PET 纤维混纺毛毡轮罩材料加热最佳方式为接触式加热，其加热效率高、能耗低、安全性高。
4.3压制成型工艺控制4.3.1成型压力
成型压力对产品质量和模具寿命有着很重要的影响，压力过低，导致产品密实度低、品刚性差，尺寸不合格、切断部位毛糙或者切不断等缺陷；压力过大，导致产品应力过大、吸音效果差、模具寿命缩短等缺陷，因此选择合适的压力才能控制住产品的质量、确保模具寿命[6]。
冲床冲压力计算公式P=klt Г其中:k 为系数，一般约等于1,
l 冲压后产品的周长，单位mm;t 为材料厚度，单位mm;Г为材料抗剪强度，单位MPa.根据计算轮罩产品周长为8560mm ，材料成型后厚度为3.5mm ，材料抗剪切强度为45MPa ，则理论压力为P=1×8560×3.5×45=1348200N ，折合成吨位压力为137.57T ，即
序号测试项目性能要求测试标准
1面密度1200+/-50g/m 2nach /to GME 603012厚度3,5+/-1mm min GME 60303-1D 3断裂拉力≥500N/5cm GME 60325-B 4耐温性能200h,+80毅C GMI 60307-H 5环境老化±0.5%max GMW14729(1=48h)
6
抗弯刚度>5N
ISO 178
表2PP/PET 无妨复合针刺毛毡物理性能表塑料名称PP/PET
密度（g/cm 3
）0.8-1.2（根据吸音要求选择密度）收缩率  1.2-1.4
加温烘烤
170～180
60压机类型YQ32-315成型压力（t ）70成型温度（℃）>160模具温度（℃）40－60保压时间（s ）15成型周期（s ）80
毛毡预
处理
方法温度（℃）时间（S ）表3毛毡压制成型的主要工艺参数
图2测温热敏纸分布图
115
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理论成型压力数据位137.57T。
在实际使用过程中，如果仅仅是成型不需要冲切产品，则一般压力选择为60T左右，若为成型和产品冲切工艺在一起，则一般选取压力为260-300T左右，根据上述计算，选取压力超出理论压力2倍，完全满足成型工艺压力要求。4.3.2保压时间
为了使产品具有足够的刚性和尺寸稳定性，在毛毡冷却固化定性过程中压机需要保持一定的压力并维持一定时间，这个时间称之为保压时间。保压时间与材料的特性、产品厚度、产品结构、成型温度、模具温度等都有着较大的关系。针对毛毡轮罩胚料为1200g/m2，成型后产品厚度为3.5mm的材料通过多次测试最佳保压时间为10秒，时间太短，产品固化不好，时间过长，增长加工周期，生产效率下降。
4.3.3冷却水温
为了缩短生产周期，减少产品变形，提高产量，毛毡压制成型轮罩模具都要采取降低模具温度，加快冷却的方法。本研究中，模具水温控制在40-60℃。
5成型缺陷及解决方案
5.1收缩一致性差，产品局部变形
主要原因：a毛毡胚料加热不均衡，温度差异大；b模具冷却不均衡，凹凸模温或者局部温差大；c保压时间太短，冷却不够。
解决方法：a选取合适加热方式，加热过程中注意温差控制，特别是四周温度和中心温度的差异不能超过10℃；b 模具冷却水设计时注意冷却水路布置要均衡，采取单回路形式，凸凹模的温差不超过5℃；c适当控制保压时间，根据产品尺寸情况合理控制时间。
5.2毛毡压制拉伸过程中局部缺料或过薄
主要原因：a毛毡在模具成型区域内有效面积不够，导致局部稀疏，甚至破裂；b模具局部间隙过小，毛毡被挤压过实甚至出现倒毛现象；c模具局部困气。
解决方法：a让材料在模具成型范围内有效面积增大，在压制之前进行局部预留料处理；b模具设计时注意模具刚度，调整模具间隙达到合理程度；c模具上困气部位设置排气机构。
5.3毛毡压制褶皱
主要原因：a模具升降周边形状复杂，毛毡的拉伸时受到的阻力不相同，导致产品褶皱；b加热后的毛毡料在压制时局部供料过多，导致挤压褶皱。
解决方法：a根据产品形状特征调整模具R角，调整局部阻力，使毛毡压制顺畅；b减少褶皱区域的供料量，尽量展平毛毡。
上述缺陷基本都与工艺的一致性和稳定性有关，如果我们采取关键工序自动化装置，则可以得到有效的控制，产品质量稳定性大大提升。
1—针刺抓手；2—升降气缸；3—伸缩机械手；4—平移气缸；5—料框；6—烘箱；7—加热瓦；8—压机
图3自动生产线布置图
6结语
毛毡压制轮罩产品已经成为国内多家汽车生产厂家的重点发展方向，就目前市场应用方面来讲，几乎所有高端车型全部采用毛毡轮罩，一些合资品牌也正向中低端产品推行全毛毡轮罩，比如大众已经在多个中端车型使用，通用也在新车型开发上开始使用，其比传统汽车轮罩具有显著的降噪、减排、环保等作用。全毛毡压制成型工艺在国内处于起步阶段，国内有能力配套的厂家屈指可数，因此，率先
掌握该产品设计和先进生产技术必将赢得先发优势。本文针对毛毡轮罩压制成型工艺进行了流程概述和关键技术的剖析，简要阐述了毛毡轮罩压制加工过程中的重点和难点。由于涉及多项保密技术，本文不便详细阐述，不便之处还望读者谅解。
参考文献
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机械),2009(7).
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及其性能研究[J].材料应用,2012(5).
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大学,2011.
[6]张德益.汽车内饰件压制成型工艺研究[D].南京：南京理工大学,2009.
编辑王恒平
加热区域
上加热区下加热区
加热时间/秒1区2区3区4区
设定温度：℃230230230230
70面板显示温度℃228227228226
结果1号2号3号4号5号149154166149149表4红外加热温度、时间及毛毡表面温度
注：1-5号为毛毡5个测温点，热敏纸均采用TMC-C.10格测温纸。
加热区域
上加热区下加热区
电动汽车噪音加热时间/秒1区2区3区4区5区6区7区8区
设定温度：℃200200200200200200200200
70面板显示温度℃200201201205206206205205
结果1号2号3号4号5号171177182177177表5陶瓷加热瓦温度、时间及毛毡表面温度
注：1-5号为毛毡5个测温点，热敏纸均采用TMC-C.10格测温纸
上加热区下加热区
200200面板显示温度℃194198
结果1号2号3号4号5号177171177177171
加热区域设定温度：℃
加热时间/秒
60
表6接触加热温度、时间及毛毡表面温度
注：1-5号为毛毡5个测温点，热敏纸均采用TMC-C.10格测温纸
科研应用
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