韋仁鮮、蔣連貴、廖春艷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

在汽車工業(yè)中，皮紋加工工藝是一種常見(jiàn)的表面處理技術(shù)，它賦予汽車表面類似皮革、織物等獨(dú)特的紋理和質(zhì)感；而不同的皮紋紋理可以展現(xiàn)不同的風(fēng)格和個(gè)性，提升了汽車的美觀度的同時(shí)，也增強(qiáng)了汽車表面的舒適性和耐用性；并且皮紋工藝在整車開(kāi)發(fā)中成本占比低，在汽車內(nèi)外飾中應(yīng)用廣泛，包括儀表板、門(mén)板、立柱、蒙皮等部位，對(duì)整車外觀質(zhì)量品質(zhì)感影響極大。

1 皮紋的定義和外觀質(zhì)量要求

皮紋是指通過(guò)腐蝕、激光等加工工藝在模具表面復(fù)刻出類似皮革、面料等幾何形態(tài)或象形形態(tài)的紋理效果。汽車皮紋通常分為：粗皮紋、細(xì)皮紋和幾何皮紋[1]（圖1）。

圖1 皮紋類型

圖1 皮紋類型

粗皮紋：手感圓潤(rùn)，能夠遮蓋缺陷并統(tǒng)一裝飾風(fēng)格，通常用于主紋理。

細(xì)皮紋：其效果仿磨砂，手感細(xì)膩，能提升感知質(zhì)量。

幾何皮紋：則具有規(guī)則或者半規(guī)則效果，有明顯的方向性、視覺(jué)沖擊強(qiáng)，以突顯亮點(diǎn)和營(yíng)造科技感，常用于裝飾紋理。

綜合皮紋紋理的特性、外觀裝飾作用以及遮蔽缺陷作用，良好皮紋外觀質(zhì)量評(píng)價(jià)包括：清晰的紋理細(xì)節(jié)，良好的層次感，合適、均勻的光澤度、良好的耐刮擦性，不存在明顯的外觀缺陷（比如飛邊、拉傷、焊印、花斑、虎皮紋等）。

2 皮紋開(kāi)發(fā)中的外觀質(zhì)量控制

汽車皮紋外觀質(zhì)量開(kāi)發(fā)通常包含模具開(kāi)發(fā)、皮紋前確認(rèn)、皮紋加工和皮紋后認(rèn)可幾個(gè)階段。

2.1 模具開(kāi)發(fā)

皮紋件模具開(kāi)發(fā)前需要確認(rèn)模具脫模角度、分模線位置、澆口形式及位置等。

模具脫模角度直接影響皮紋深度。脫模角度不足時(shí)會(huì)拉傷紋理，一般的解決措施是將皮紋做淺，這會(huì)導(dǎo)致皮紋深度差異。因此為避免皮紋后出現(xiàn)拉傷缺陷，皮紋零件模具需要滿足一定的脫模角度。而脫模角度的大小與塑料的性質(zhì)、收縮率、零件幾何形狀和壁厚均勻性有關(guān)。比如硬質(zhì)塑料比軟質(zhì)塑料脫模斜度大；形狀復(fù)雜或成型孔較多的塑料需較大的脫模斜度。通常紋理深度和脫模角度關(guān)系如表1。

分型線及澆口的設(shè)計(jì)不能影響零件的外觀質(zhì)量，分型線不能出現(xiàn)段差、飛邊等問(wèn)題。分型線設(shè)計(jì)原則上不能在A 面上，而由于零件結(jié)構(gòu)導(dǎo)致A 面出現(xiàn)分型線或者滑塊/鑲塊夾線的情況時(shí)，分型線不允許拉傷或者分型線臺(tái)階刮手。澆口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要便于切除澆口，澆口位置也應(yīng)盡量放在裝車位置不可見(jiàn)面處。澆口的數(shù)量應(yīng)有利于優(yōu)化熔接痕，或使熔接痕產(chǎn)生于零件不重要表面。

皮紋件模具開(kāi)發(fā)時(shí)原則上不允許有燒焊的出現(xiàn)，燒焊避免不了時(shí)，比如有小沙孔，則需要用激光補(bǔ)焊。而大面積補(bǔ)焊時(shí)建議用于鋼材一致的氬弧焊，焊后需要進(jìn)行回火處理，否則容易出現(xiàn)燒焊和非燒焊區(qū)域紋理、光澤差異問(wèn)題。當(dāng)然模具鋼材、模具拋光度也會(huì)影響皮紋外觀質(zhì)量，需要按照模具開(kāi)發(fā)定義要求控制。

2.2 皮紋前確認(rèn)

皮紋前確認(rèn)包括皮紋前紋理驗(yàn)證、光板件認(rèn)可和皮紋區(qū)域劃分。

2.2.1 皮紋前紋理驗(yàn)證

皮紋前紋理驗(yàn)證主要分析紋理的可行性，包含皮紋花斑表現(xiàn)、光澤表現(xiàn)、耐刮性能和特殊造型驗(yàn)證等。通常按照外觀配置圖定義的工藝要求復(fù)制樣板驗(yàn)證，復(fù)制的樣板確認(rèn)及調(diào)整建議需要與設(shè)計(jì)師一起確認(rèn)，直到紋理效果達(dá)到設(shè)計(jì)效果并且滿足外觀質(zhì)量要求。比如圖2 所示的紋理耐刮擦性確認(rèn)，圓柱面紋理不耐刮，優(yōu)化成圓球面紋理，耐刮擦性更好。

圖2 紋理耐刮擦性

2.2.2 光板件認(rèn)可

光板件認(rèn)可的目的，是通過(guò)檢查光板件外觀質(zhì)量，確認(rèn)模具狀態(tài)是否達(dá)到皮紋腐蝕要求。為便于識(shí)別光板件外觀缺陷，用于評(píng)估的樣件必須用黑色粒料生產(chǎn)，并且不允許對(duì)表面進(jìn)行注塑以外其他工藝的處理（如噴漆或拋光處理等）[2]，也不能修整澆口和飛邊，以便確認(rèn)澆口位置的設(shè)置是否滿足外觀質(zhì)量的要求。除關(guān)注光板件的表面質(zhì)量，如飛邊、斷差、刀痕、拉傷和砂眼等問(wèn)題外，還需要關(guān)注分型線精度是否能達(dá)到皮紋腐蝕后的外觀質(zhì)量要求。一般對(duì)于粗皮紋，皮紋深度大于120 μm 的，分型線臺(tái)階高度不大于100 μm；對(duì)于細(xì)皮紋，皮紋深度為30 ～50 μm 的，分型線臺(tái)階高度一般要求為30 ～50 μm。若零件的模具設(shè)計(jì)存在多個(gè)模腔，每個(gè)模腔的零件均需要提交進(jìn)行光板件評(píng)估。

2.2.3 皮紋區(qū)域劃分

皮紋區(qū)域劃分主要目的，是將外觀配置圖中定義的每個(gè)零件皮紋樣式及區(qū)域準(zhǔn)確明白地標(biāo)示在樣件上，以便皮紋供應(yīng)商準(zhǔn)確按照要求準(zhǔn)確加工皮紋。皮紋區(qū)域劃分時(shí)需要明確以下項(xiàng)目。

（1）紋理方向：匹配零件紋理方向及深度應(yīng)該保持一致。

（2）紋理深度要求：比如裝車主視區(qū)域皮紋深度不得小于50%，存在皮紋深度變化的默認(rèn)漸變過(guò)渡處理，不允許出現(xiàn)突變。

（3）光邊要求：分模線和碰穿位區(qū)域需要確認(rèn)是否留邊距（如留邊距常規(guī)邊距范圍為200 ～500 μm）；而碰穿無(wú)邊界或者分型邊界不清晰，需定義出清晰的邊界，并留出一定的腐蝕余量，用以保護(hù)分型線。

（4）R 角腐蝕區(qū)域確認(rèn)。

皮紋區(qū)域劃分一般在皮紋供應(yīng)商現(xiàn)場(chǎng)組織召開(kāi)，零件供應(yīng)商需在皮紋區(qū)域劃分前將2 套光板件提前發(fā)運(yùn)至皮紋供應(yīng)商處。皮紋區(qū)域劃分時(shí)，會(huì)結(jié)合零件結(jié)構(gòu)、脫模角度分析報(bào)告和零件匹配關(guān)系等，進(jìn)行關(guān)鍵質(zhì)量輸入，以保證紋理最終外觀質(zhì)量達(dá)到要求，比如皮紋區(qū)域局部深度做淺的漸變處理方式。對(duì)于復(fù)雜曲面，需要切割紋紙以保證紋紙粘貼平整的，原則上不能出現(xiàn)紋理變形扭曲等要求。

2.3 皮紋加工

汽車皮紋加工工藝中廣泛應(yīng)用的是激光雕刻和藥水腐蝕。

2.3.1 激光雕刻

利用激光設(shè)備的激光束將紋理精細(xì)的雕刻在模具表面上。激光雕刻的紋理風(fēng)格多樣性、設(shè)計(jì)自由度大。比如造型曲面變化大、幾何科技和參數(shù)化特征時(shí)，一般選擇激光加工更能保證紋理效果，但成本較高。

2.3.2 藥水腐蝕

將需要的紋理圖案通過(guò)網(wǎng)版印刷在膜片上，手工將膜片上的油墨轉(zhuǎn)印到模具型腔，在酸液與鋼材發(fā)生氧化反應(yīng)時(shí)油墨會(huì)起到保護(hù)作用，使型腔上腐蝕與未腐蝕區(qū)域形成凹凸差異。藥水腐蝕時(shí)存在紋理對(duì)齊或匹配要求的，為保證紋理一致性，相關(guān)的滑塊、彈塊、斜頂要求同步腐蝕，否則可能會(huì)出現(xiàn)明顯的色差。零件表面存在多個(gè)紋理類型時(shí)，需要做好封貼保護(hù)。

2.4 皮紋后認(rèn)可

皮紋后認(rèn)可主要評(píng)估零件紋理效果、外觀質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)意圖/標(biāo)準(zhǔn)板要求。確認(rèn)的內(nèi)容包括：確認(rèn)零件皮紋區(qū)域是否和畫(huà)皮紋的區(qū)域一致；評(píng)估零件的皮紋樣式、細(xì)節(jié)層次、紋理深度、方向和光澤是否與標(biāo)準(zhǔn)皮紋板一致；確認(rèn)皮紋加工前的表面缺陷是否加重或減輕；皮紋無(wú)紋理拉傷、損傷、扭曲、拼接線和臺(tái)階等紋理缺陷。對(duì)于有匹配關(guān)系的零件，需要將相關(guān)的零件裝配或者放在一起評(píng)估外觀狀態(tài)。因此用于評(píng)估的零件需是正式工裝、生產(chǎn)線以及批準(zhǔn)的材料進(jìn)行生產(chǎn)得到的零件。若零件的模具設(shè)計(jì)存在多個(gè)模腔，每個(gè)模腔的零件均需要提交用于皮紋后評(píng)估。通常皮紋常見(jiàn)外觀問(wèn)題及影響因素如表2 所示。

表2 皮紋外觀問(wèn)題和影響因素

綜上分析，皮紋光澤不一致和花斑問(wèn)題的影響因素較多，整改周期長(zhǎng)。光澤不一致問(wèn)題通常是因?yàn)榱慵蚩偝闪慵嬖诟叩凸鉂蓞^(qū)域；花斑問(wèn)題則是由于紋理單元格陰陽(yáng)面問(wèn)題，在產(chǎn)品上表現(xiàn)為分布不均的亮斑，實(shí)際也是紋理光澤差異的問(wèn)題。因此，皮紋光澤問(wèn)題影響因素多，是影響皮紋品質(zhì)感主要問(wèn)題之一。

2.5 皮紋光澤問(wèn)題分析及控制

光澤度是指在規(guī)定的入射角下，試樣的鏡面反射率與同一條件下基準(zhǔn)面的鏡面放射率之比（圖3）[3]。通常皮紋光澤評(píng)估方法是將皮紋樣件與標(biāo)準(zhǔn)皮紋板比對(duì)，目視光澤均勻一致性。若目視無(wú)法判斷是否可以接受，可用光澤儀進(jìn)行測(cè)量，以60°的數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)。

圖3 光的反射

皮紋光澤問(wèn)題分類如下（圖4）：①單個(gè)零件表面光澤度高，表現(xiàn)在零件上光澤高塑料感強(qiáng)；②單個(gè)零件表面光澤度低，紋理低反光效果，影響紋理耐刮性能；③零件表面光澤亮暗不均，表現(xiàn)在產(chǎn)品上花斑、虎皮紋，零件品質(zhì)感差；④零件間光澤度差異大：光澤一致性差，品質(zhì)感差。以下將從皮紋類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具、原材料和成型工藝5 個(gè)主要方面進(jìn)行分析對(duì)皮紋光澤的影響。

圖4 各類光澤問(wèn)題

2.5.1 皮紋類型

從模擬反光角度來(lái)說(shuō)，同一個(gè)角度射入的光下，對(duì)于規(guī)則紋，在單元格側(cè)面會(huì)產(chǎn)生同一角度的反射光，視覺(jué)上就會(huì)看到均勻的、有規(guī)律性的反光面。對(duì)于動(dòng)物紋，每個(gè)單元格相對(duì)圓潤(rùn)，紋理連通性好；每個(gè)單元格不同角度的反射光相對(duì)類似，視覺(jué)上看到相對(duì)有規(guī)律性的反光面。對(duì)于半規(guī)則紋，單元格大小不一，皮紋深度一般要比皮革紋更深；每個(gè)單元格不同角度的反射光不同，從而產(chǎn)生不規(guī)律的亮暗面，產(chǎn)生的光澤差異就更明顯，容易產(chǎn)生花斑問(wèn)題。所以在紋理選擇時(shí)需要考慮皮紋類型，如圖5 所示，動(dòng)物紋光澤優(yōu)于半規(guī)則紋。

圖5 動(dòng)物紋與半規(guī)則紋光澤比對(duì)

2.5.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

在皮紋加工工藝相同情況下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚不均或凹面弧度小的產(chǎn)品，容易出現(xiàn)花斑、虎皮紋問(wèn)題。而對(duì)于花斑問(wèn)題，皮紋產(chǎn)品表面凹面結(jié)構(gòu)比凸面結(jié)構(gòu)的“花斑”視覺(jué)更明顯。凹面結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)排氣不良，并且紋理成型時(shí)包緊型芯的力大（又稱：粘模），容易出現(xiàn)皮紋被困住而導(dǎo)致花斑問(wèn)題。通常建議將“花斑”區(qū)域單獨(dú)“分割”（圖6），有效解決花斑問(wèn)題。

圖6 凹面和分割區(qū)域花斑對(duì)比

2.5.3 模具

對(duì)于皮紋模具表面而言，光澤問(wèn)題屬于皮紋單元格細(xì)節(jié)復(fù)制差異問(wèn)題[4]，屬于皮紋復(fù)制不良問(wèn)題。比如紋理間連接溝槽反光嚴(yán)重，微紋顆粒分布不均，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品表面光澤不一致。此時(shí)一般對(duì)模具重新增加微紋或者重新噴砂處理。

對(duì)于模具設(shè)計(jì)而言，模具排氣不良，澆口設(shè)計(jì)不足，熔體在充模過(guò)程中越容易產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)，容易產(chǎn)生虎皮紋。例如，儀表板/后側(cè)圍飾板等復(fù)雜的零件花斑、虎皮紋問(wèn)題，通常在原材料不變情況下，可適當(dāng)增加注塑件的壁厚，改善模具排氣、增加流道直徑，擴(kuò)大澆口尺寸或縮短單一澆口的充填距離，來(lái)改善虎皮紋問(wèn)題。

2.5.4 原材料

不同的原材料所生產(chǎn)的零件表面光澤度不同[5]，比如ABS、PC+ABS 光澤高，皮紋制作時(shí)，需要噴暗砂處理。原材料流動(dòng)性差，產(chǎn)品背部結(jié)構(gòu)多，注塑流程長(zhǎng)溶體流動(dòng)不穩(wěn)定，容易在產(chǎn)品表面形成花斑、虎皮紋。而在相同的紋理和成型工藝條件下，原料中再生料或水口料加入過(guò)多，會(huì)影響熔體的均勻塑化，材料皮質(zhì)感不強(qiáng)，也會(huì)導(dǎo)致皮紋光澤不良問(wèn)題。

2.5.5 注塑工藝

塑料填充時(shí)，皮紋細(xì)節(jié)復(fù)制差異是花斑的直接原因。如果注射速度過(guò)快或注射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致熔體在模具中流動(dòng)不均勻，從而影響皮紋的清晰度和光澤度。而過(guò)高的熔體溫度可能導(dǎo)致原材料分解變色，而過(guò)低的熔體溫度則可能導(dǎo)致熔體流動(dòng)性差，影響皮紋的清晰度。適當(dāng)?shù)膲毫捅簳r(shí)間可以確保熔體在模具中充分填充和固化，從而獲得更好的皮紋外觀質(zhì)量。

綜上所述，在皮紋開(kāi)發(fā)和加工完成后影響外觀質(zhì)量因素多。本文從開(kāi)發(fā)階段，皮紋開(kāi)發(fā)流程、皮紋類型、零件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)以及量產(chǎn)原材料質(zhì)量和成型工藝等，簡(jiǎn)要分析出控制皮紋外觀質(zhì)量的影響因素，通過(guò)合理的質(zhì)量控制，期望提升皮紋外觀品質(zhì)感。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著汽車工業(yè)不斷發(fā)展，人們對(duì)品質(zhì)要求越來(lái)越高，而智能化、科技化的不斷發(fā)展，紋理類型可能會(huì)更加豐富，紋理外觀質(zhì)量可迎來(lái)更多的可能性。因此在紋理設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)重視皮紋件的質(zhì)量控制和選材，以確保為用戶提供高品質(zhì)的汽車外觀質(zhì)量。以上僅是筆者對(duì)于汽車皮紋開(kāi)發(fā)過(guò)程外觀質(zhì)量控制的一些粗淺認(rèn)識(shí)，希望能與業(yè)內(nèi)同行進(jìn)行分享以及探討。