无缝安全气囊线的加工工艺

整体式安全气囊线的激光弱化工艺

延锋伟世通汽车饰件系统有限公司范松鹤、武文光一．概述

随着汽车技术的不断发展，对仪表板这样的集安全性、功能性、舒适性与装饰性于

一身的零件的要求越来越高，特别是它的安全性。按照安全性来分，仪表板可分为无气

囊仪表板和附气囊仪表板（针对付驾驶）。目前国内只有少数中高档次的轿车配备气囊

仪表板，随着人们对安全性的重视，客户对附加气囊的仪表板的需求加大，主机厂也将

此作为买点之一。为气囊的正常开启，在气囊上方多设计有气囊盖板，在打开时释放气

囊。在与仪表板匹配处存在可视装接线，现有的国内的车型主要有PASSAT B5系列，

SAIL系列，SAIL系列，通用的GL8等等。为美观起见，近年越来越多车型的仪表板被

设计为整体式安全气囊（Integrated airbag）仪表板，既无可视装接线，又能保证气

囊正常开启。其中有一种在仪表板本体上加工出一条安全气囊线的无缝气囊仪表板，在

大众去年推出的新车型POLO和即将投产的Touran，以及上海通用新近推出的凯越

（EXCELLE）均得到了采用。将来，这

广泛，因此，其加工工艺将成为仪表板

专业厂商必须掌握的关键技术。

无缝安全气囊线的加工工艺有

许多种，比如注塑成型、热刀、金

属或超声波冷刀、冷铣和激光等，

其中激光弱化工是近年刚刚兴起

的，更为先进的工艺。右图即为德

国JENOPTIK公司用于弱化安全气

囊线的激光弱化系统。

二．工艺简介

激光弱化工艺就是使用利用激光所具有的高能，加工无缝安全气囊线的工

艺。激光发生器将所产生的激光聚焦在约0.2 mm 的范围内，形成具有高能量的

激光束，激光束通过激光头，以定频脉冲的形式，打在仪表板上，其焦点处的材

料在吸收激光的高能后迅速汽化，形成穿透或不穿透（根据需要）的小孔，这些小孔区域的材料厚度变薄，断裂强度降低，从而能在受到外界冲击时，优先断裂。许多这样的顺序排列的微孔的组合，就是我们通常说的安全气囊线

（Airbag line ）。安全气囊线的剖面示意图如下所示：

当安全气囊爆炸时，气囊盖板将沿着这条强度相对低的线顺利打开，气囊从打开位置冲出仪表板。

下面是几个安全气囊线的剖面图实例：

PVC/ABS 表皮（击穿） PVC 表皮

骨架

发泡层

表皮

PP硬塑

之所以使用激光，是因为它具有高相干性、方向性、高强度的特质，很容易获得很高的光通量密度。激光弱化工艺就是用聚焦而成的高能量激光束将材料熔化或汽化，并用辅助气体将熔化或氧化物吸出而形成加工面。此工艺具具有加工对象广、变形小、精度高、节省能源和材料、公害小、远距离加工、自动化加工等显著优点，特别是能方便地加工易碎、脆、软、硬材料和合成材料。目前所使用的激光发生器主要是大功率二氧化碳激光器，因为大多数的工程塑料材料对这种激光辐射都有很好吸收。

激光弱化工艺适用于现行通用的绝大部分材料。例如，硬塑仪表板材料多使用PP，仪表板骨架的材料主要有PC/ABS、PP、SMA、PPO（PPE）等的改型材料；

仪表板常用的改性PP、PC/ABS和PP等，真空成型表皮材料PVC/ABS；搪塑表皮材料PVC、TPO、PU等等。既可以加工由单一材料如用PP注塑成形的仪表板上体，也可以加工如由骨架，发泡层和表皮固化成的搪塑仪交联表板上体。

三．弱化工艺原理

在详细描述激光弱化工艺过程前，需要了解一些关于仪表板材料和安全气囊打开方面的知识。

首先，仪表板常用的工程塑料对激光的透过率是有差异的。根据透过率的高低，弱化工艺分为两种形式：固定残留厚度弱化和微穿孔弱化。

∙固定残留厚度形式适用于对激光波长有足够透过率的材料的切割（如

TPO）。由穿过材料的激光透过量来控制生产过程。

∙微穿孔切割适用于对激光波长不透明或只有很少透过率材料（如PU）。

实际上，之所以根据材料选择不同的弱化方式的根本原因在于，系统需要对弱化过程实时控制。而传感器发出的反馈信息是系统采取何种措施的依据，是实时控制的前提条件。对于透过率比较好的材料，在激光脉冲还没有完全击穿材料的时候，工作传感器就已经接到了信号，并可以发送反馈信息；而对于透过率不好的材料，激光脉冲要打到底，击穿材料，才能使传感器接收到能量信号。所以说，材料的特性决定采用那种弱化方式。

材料透过率和弱化形式的关系如下图所示：

其次，整体式安全气囊上方的气囊盖板是和仪表板上体紧密连接的。当安全气囊爆炸时，气囊将给气囊盖板以瞬间巨大的力，推着气囊盖板沿着安全气囊线打开，此后，气囊从仪表板打开处冲出。在这个过程中，可能出现的最大的问题就是仪表板上的碎片随气囊冲出而一起飞出。这些碎片的速度非常快，动能很大，不但容易划伤安全气囊，造成气囊失效，而且很容易对人体造成伤害，以至于出现“安全气囊不安全”的情况。特别是在低温状态下，用于仪表板制造的绝大部分的高分子材料处于玻璃态，材料很硬很脆，连泡沫碎屑也很硬，塑料碎片还会有许多不规则锐角！造成的后果会更加严重。因此，安全气囊在爆炸过程中应该杜绝材料碎片和泡沫碎屑的飞出。

安全气囊线各处的断裂强度是影响其的非常重要的因素之一。如果各处的断裂强度不一致或太大，就容易造成仪表板的打开时把周边的材料撕扯下来，形成碎片或不规则撕裂边缘。所以，气囊线中的每一个孔的尺寸都必须非常精确。精度必须控制0.01mm。

明确以上几点，我们再来看看激光弱化工艺是如何精确加工安全气囊线的。

假设面板在理想状态下（主要指仪表板各处厚度一致，密度一致），并且激光功率保持恒定，激光的打开和关闭没有时间延迟，在这种情况下，打每个孔所需要的激光脉冲个数应该也是恒定不变的。

但在实际生产过程中，这种假设是不存在的，主要有以下的不稳定因素：

✧激光功率不恒定，一直是在微小范围内连续波动；

✧激光的打开和关闭需要时间延迟；

✧加工表面和激光头之间的距离在小范围内波动；

✧仪表板的厚度存在微小变化，（比如表面有皮纹）；

✧仪表板内的各层密度也不断发生变化（例如泡沫层密度不一致；注塑骨架

中存在的气泡、杂质等）。

以上任何一种不稳定因素都可能造成剩余厚度的超差（精度为0.01mm）。

如何消除这些不确定因素的影响呢？JENOPTIK公司的方案很好的解决了这个难题，并且获得专利。

其方法就是将激光发射过程根据功率大小分为前后两个阶段：

❑第一阶段，使用大功率激光脉冲，脉冲数量恒定；

❑第二阶段，使用小功率的脉冲，脉冲数量实时变化。

以下是激光在工作过程中的功率变化情况：