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汽车座椅是汽车内饰重要组成部分，在汽车座椅零部件中，泡沫对整张座椅支撑性和乘坐舒适度 都有重要影响。其外观尺寸与模具设计有着密切关系，通过研究和优化后座泡沫模具设计过程，避免泡沫尺寸及外观异常的风险点。经过实际生产验证，产品符合预期要求，达到缩短开发流程的目的。
作者：马兆强1 ，朱传海2 ，王传奇1
1、一汽-大众汽车有限公司 青岛分公司；
2、即墨区人力资源和社会保障局
以某车型后座垫泡沫为研究对象，其结构如图
1所示，材质为聚氨酯高回弹软泡，采用36工位4组分发泡生产线实现冷模高压浇注，主材为全 MDI体
系（二苯基甲烷二异氰酸酯）。后座泡沫轮廓外形
尺寸为539.8 mm×1 267.2 mm×209 mm。
汽车座椅聚氨酯泡沫分为A、B表面。A面为正
面，与乘坐人员接触，在座椅中承载着舒适性要求，
禁止修补，对应的模具工作面结构简单平坦。B 面为反面，与车身金属接触，在座椅中承担功能性要求，允许修补，对应的模具工作面结构复杂起伏。
聚氨酯泡沫的形成需要经历发泡和熟化2个过程。从聚醚、聚氨酯混合到泡沫体积膨胀停止的过
程称为发泡。在发泡过程中，体系放出大量的反
应热，反应热使发泡剂汽化进入泡沫体的每个泡孔，驱使泡孔体积不断膨胀。泡沫停止膨胀后，体
系内部的化学反应并未结束，而是在进行速度较慢
的交联反应，直至泡沫体达到最终强度的过程称为
熟化。泡沫体积膨胀停止标志发泡过程的结束，熟化过程的开始。在熟化过程中，泡沫体不再放出大量的反应
热，温度逐渐降低，泡沫体在压差作用下发生收缩，
称之为“成型收缩”。后座泡沫密度为 50 kg/m3，按
照此密度制作宽 30 cm、高 30 cm 的长方体样块，长
度分别为 30、80、200、250 cm，计算样块长度收缩
率，得到的数值如表1所示。
模具型腔尺寸应为泡沫的实际尺寸与对应收
缩率的乘积，计算得出后座泡沫型腔尺寸为 552.8
mm×1 290 mm×215.3 mm。模具型腔壁厚是影响产
品尺寸的关键参数，决定了模具的强度及刚度，强
度不足会导致模具开裂，刚度不够会导致模具变
形。根据经验，此后座泡沫壁厚应≥15 mm，故模具
型腔外轮廓的最小尺寸应为 582.8 mm×1 320 mm×
245.3 mm。
在汽车座椅后座泡沫贴近 A 面附近有 10 根嵌
入的钢丝，目的是在组装蒙皮时提供蒙皮固定的支
点。为了满足生产人员清理模具、安装钢丝和镶嵌
件操作，下模需与地面呈 45°夹角，这种设计会降低
生产人员操作难度，但会使钢丝容易脱落，故在下
模摆放钢丝的位置增加磁铁凸台，用于固定钢丝，
防止其脱落，如图2所示。
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为了保证产品质量，减少因气体汇集导致的填
充不足、飞边等问题，在发泡过程中需要安装排气
装置，通常是在产品凸起部分对应的模具上设置自
动排气销进行被动排气。后座泡沫是从A面起发泡
至B面，故在B面模具最顶端位置设计57个φ30 mm
的铝制排气销。因为泡沫 B 面构造复杂，若气体排
放不顺畅会产生大面积的填充不足，影响一次下线
合格率，所以又在10处高风险区域增加排气销。排气销分布如图3所示。
后座泡沫 B 面存在较长的线束预埋沟壑，其宽
度为2.35 mm，在Z方向无法增加排气销。为了保证
气体顺畅排出，在模具凸起钣金处加开 9 个 φ4 mm
通孔，利于气体排出及原料流通充模，如图4所示。 ![]()
后座泡沫B面存在图5所示的6个塑料镶件，其
尺寸为 80 mm×65.5 mm×20 mm。在发泡前需要先
将塑料镶件固定在上模，发泡过程中泡沫会与镶件
粘连，最后镶件会固定在泡沫中。
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在后座泡沫生产过程中，预留安装镶件的时间为10 s，泡沫脱模取下的时间为 12 s，故需要采用自
动锁紧方式进行固定。镶件在泡沫生产过程中存
在2种受力方式：①镶件固定在上模时，镶件受到的
重力与镶件固定力平衡，保证镶件不脱落；②镶件
在泡沫中从模具中取出时，镶件受到的固定力要小于镶件从泡沫上取下的拉拔力。
工业中存在 2 种自动卡紧塑料镶件的固定方式，分别是弹簧钢片卡紧以及可伸缩顶杆卡紧，如图6 和图7所示。针对弹簧钢片卡紧方式，镶件质
量为 19.7 g，根据 F=mg 计算可得卡紧力应高于 0.2
N；针对可伸缩顶杆卡紧方式，后座泡沫镶件与泡沫
总成接触面积约 52.4 cm2，根据图纸要求镶件拉拔
力≥100 N，所以卡紧力需要小于100 N。镶件 2 种固定方式对比如表 2 所示，可伸缩顶杆卡紧力更高及使用次数更多，并且不易受到外力
损坏，故选择可伸缩顶杆卡紧方式固定镶嵌件。![]()
模具温度依靠水路来控制，在设计水路时，要
在不干涉排气销的情况下尽量均匀排布，水管直径
为 φ15 mm，水管间距为 80~150 mm，以保证模具型
腔均匀受热。在水路的加热作用下，使模具达到发
泡温度，模具水路分布如图8所示。
根据分析结果，确认模具外轮廓的最小尺寸，
设计了钢丝固定的磁铁凸台，对排查出的风险点位
置设计了 67个排气销及 9个通孔，根据镶件受力情
况选择了合适的可伸缩顶杆卡紧固定方式并设计
了让模具加热均匀的水路分布。最终模具结构如
图9所示。
模具材料为铝合金并使用消失模铸造成型工
艺制作，模具整体外形尺寸为 1 460 mm×750.5 mm×
450 mm，总体结构为二板模结构形式，1 模 1 腔布
局，模具实物如图 10 所示，上模已安装 6 个塑料镶件，下模已安装7条钢丝。在实际生产中使用的原材料为 I001 聚氨酯和
P014 聚醚，浇筑机器人为 FANUC R-2000ic，模具温
度为46 ℃，后座泡沫总成生产实物如图11所示。经生产验证后座泡沫总成无明显缺料及撕裂
痕迹，A面钢丝通过钢丝拉拔力测试其钢丝承受力，
测试点的分布如图 12 所示，测试结果如表 3 所示。承受力标准≥70 N，经测试钢丝实际承受力为 70.3~
87.7 N，满足设计要求。 使用拉力计对泡沫中的6个镶件进行拉拔力测
试，测试的方式如图13所示，标准≥100 N，测试结果
如表 4 所示，满足设计要求，镶嵌件周边泡沫无撕
裂，泡沫总成外观合格。使用亚克力卡板对泡沫尺寸进行测量，卡板的
数目和形状与泡沫二维图纸的剖面一致。在竖向
尺寸上选择7个截面进行尺寸测量，分别为A、B、C、
D、E、F、G截面，在每个截面上选取6个点进行测量。在横向尺寸上选择 3 个截面进行尺寸测量，分别为
H、I、J 截面，在每个截面上也选取 6 个点进行测量，
后座泡沫尺寸测量点如图 14 所示,测量结果如表 5
所示。后座泡沫总成在卡板中尺寸最大偏差为 2
mm，其公差为±3 mm，泡沫尺寸符合设计要求。对后座泡沫模具设计过程进行了研究，通过泡
沫成型收缩率确认了模具型腔外轮廓的最小尺寸为 582.8 mm×1 320 mm×245.3 mm；设计了钢丝固定
的磁铁凸台；根据排查的风险点设计了67个排气销
及9个通孔的位置；分析了镶件受力情况，选择了合适的可伸缩顶杆卡紧固定方式；设计了让模具加热
均匀的水路分布。经过生产验证，后座泡沫总成外
观、拉拔力及尺寸都符合标准要求，对新项目泡沫
模具设计开发及泡沫类似缺陷的优化具有借鉴意义。
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