摘要：文中介紹了汽車(chē)外飾的主要部件及應(yīng)用材料，以保險(xiǎn)杠為例重點(diǎn)闡述了汽車(chē)外飾注塑件感觀品質(zhì)的設(shè)計(jì)方法及要求，并應(yīng)用于量產(chǎn)車(chē)型中，均有效規(guī)避了注塑件外觀缺陷，大大提升了汽車(chē)外飾注塑件的感觀品質(zhì)，為后續(xù)車(chē)型開(kāi)發(fā)提供一定參考。
引言
汽車(chē)外飾在整車(chē)中主要起到美化、防護(hù)、安全等作用。為了追求整車(chē)造型美觀，像保險(xiǎn)杠等外飾件分縫處圓角越來(lái)越小，為了滿足其他相關(guān)部件固定等需求，保險(xiǎn)杠不可避免地需要優(yōu)化一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得外表面不易出現(xiàn)外觀縮痕、熔接痕、翹曲變形等外觀缺陷。為了滿足整車(chē)造型需求，保險(xiǎn)杠造型分塊越來(lái)越多，如何高品質(zhì)控制好部件間外觀匹配已顯得尤為重要。
文中結(jié)合了以往汽車(chē)保險(xiǎn)杠的外觀問(wèn)題及實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，主要研究了汽車(chē)外飾注塑件感觀品質(zhì)設(shè)計(jì)方法及要求，通過(guò)迭代車(chē)型上的應(yīng)用，有效提升了汽車(chē)外飾注塑件的感觀品質(zhì)。
1、 汽車(chē)外飾件簡(jiǎn)介
汽車(chē)外飾主要包括前后保險(xiǎn)杠、進(jìn)氣格柵、前大燈、尾燈、后視鏡、前后風(fēng)窗玻璃、頂飾條等，如圖1所示。主要起美化、防護(hù)、安全等作用，也有部分特定位置具有一些專(zhuān)用功能。
外飾件常見(jiàn)的成型工藝有注塑、吹塑、模壓等，其中注塑類(lèi)應(yīng)用較為廣泛。常用材料包括聚丙烯(polypropylene，PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(acrylonitrile-butadiene-styrene，ABS)、丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈(acrylic-
styrene-acrylonitrile，ASA)、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯合金(polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene，PC/ABS)等根據(jù)使用部位及功能不同，主要應(yīng)用材料見(jiàn)表1。
圖1 汽車(chē)外飾主要部件
表1 外飾件主要應(yīng)用材料
2、 汽車(chē)外飾件主要外觀缺陷
在實(shí)際生產(chǎn)制造中，汽車(chē)外飾注塑件還存在不少外觀缺陷，如填充不足、飛邊、縮痕、熔接痕、氣泡、翹曲變形等[1-2]。其中縮痕、熔接痕、翹曲變形等常見(jiàn)缺陷與產(chǎn)品設(shè)計(jì)強(qiáng)相關(guān)，出現(xiàn)在前后臉、側(cè)面的大型注塑件上就會(huì)嚴(yán)重影響整車(chē)外觀品質(zhì)。
(1)填充不足：是指模腔未完全充滿，未能得到目標(biāo)制品的形狀。
(2)飛邊：又稱(chēng)溢邊、披鋒、毛刺等，大多發(fā)生在模具的分合位置上。
(3)縮痕：是指注塑品表面產(chǎn)生了凹陷情況。
(4)熔接痕：是指熔融的塑料分成兩道及以上進(jìn)行流動(dòng)，之后再匯合，此時(shí)由于流動(dòng)樹(shù)脂的前端部分冷卻氧化進(jìn)而難以完全熔合，最終產(chǎn)生的條紋。
(5)氣泡：是指在注塑制品表面出現(xiàn)微小氣泡，或制品厚壁內(nèi)形成氣泡。
(6)翹曲變形：是指在注塑成型的過(guò)程中，制品內(nèi)部出現(xiàn)應(yīng)力，進(jìn)而形成的變形。
3、 汽車(chē)外飾件感觀品質(zhì)設(shè)計(jì)
除過(guò)模具及注塑工藝影響因素，注塑件外觀缺陷與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)強(qiáng)相關(guān),包括材料合理選擇與良好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
3.1 注塑件材料選擇
外飾部件材料通常要根據(jù)部件外觀定義、使用部位等進(jìn)行選擇。因材料收縮率和結(jié)晶度對(duì)產(chǎn)品外觀缺陷影響較大，對(duì)于關(guān)鍵部件應(yīng)優(yōu)先選擇低收縮率材料，有利于規(guī)避產(chǎn)品外觀縮痕，控制產(chǎn)品尺寸。對(duì)于零部件長(zhǎng)寬尺寸比例較大、外輪廓度要求較高等部件，須采用低收縮率材料。以外飾尺寸較大的保險(xiǎn)杠為例，兼顧尺寸穩(wěn)定性及外表質(zhì)量，選擇低收縮率為0.5%～0.6%的改性聚丙烯材料對(duì)產(chǎn)品外觀會(huì)有較大改善。
3.2 注塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
外觀縮痕、熔接痕、翹曲變形等是外飾注塑件常見(jiàn)的缺陷，通常與產(chǎn)品造型面、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)強(qiáng)相關(guān)。正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與合理的工藝相結(jié)合，才能制造出更優(yōu)良的外觀產(chǎn)品。從造型到3D數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，做好產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)質(zhì)量管控是尤為重要的。
3.2.1 造型圓角處縮痕規(guī)避設(shè)計(jì)方法
為了追求較小的造型分縫，部件分縫處圓角越來(lái)越小，但外飾注塑件外觀縮痕與造型面夾角、最小圓角強(qiáng)相關(guān)，對(duì)于形面夾角較小處就很容易產(chǎn)生縮痕，為了規(guī)避造型圓角處產(chǎn)生縮痕，注塑件圓角料厚與基本料厚越接近越好，以保險(xiǎn)杠的改性PP材料為例，圓角料厚與基本料厚差值d≤0.3 mm，基本可以規(guī)避注塑縮痕，如圖2所示,其中R為注塑件內(nèi)圓角，t1、t2為注塑件基本料厚，t3為注塑件圓角處料厚。
圖2 造型夾角圓角料厚要求
通過(guò)對(duì)不同造型夾角、不同造型圓角進(jìn)行對(duì)比分析與測(cè)算，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品，在造型階段圓角與夾角滿足一定要求，就能有效規(guī)避塑件圓角處縮痕，否則很難靠調(diào)整工藝參數(shù)等規(guī)避注塑件外觀縮痕。
以基本料厚2.8 mm為例，當(dāng)外造型圓角不小于R2.6 mm，內(nèi)圓角R0.2 mm，造型夾角不小于69.5°，圓角料厚約3.1 mm，基本不會(huì)出現(xiàn)縮痕風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于造型夾角小于69.5°，可通過(guò)減膠的方式規(guī)避圓角縮痕風(fēng)險(xiǎn)，單邊減膠可減至2.0 mm，雙邊同時(shí)減，最薄可減至2.4 mm，如圖3所示。具體設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合產(chǎn)品強(qiáng)度等要求，針對(duì)夾角較小處型面需關(guān)注模具強(qiáng)度及壽命。
圖3 保險(xiǎn)杠圓角與造型夾角匹配
通過(guò)理論分析與實(shí)際驗(yàn)證，外飾大型注塑件保險(xiǎn)杠造型圓角與夾角關(guān)系見(jiàn)表2，基本可以有效規(guī)避圓角縮痕，要同步考慮模具強(qiáng)度及壽命。
表2 造型圓角與夾角關(guān)系 單位:(°)
3.2.2 結(jié)構(gòu)處縮痕規(guī)避設(shè)計(jì)方法
為了滿足周邊部件的固定，注塑件背面通常需要做相關(guān)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致局部外觀出現(xiàn)縮痕，對(duì)于保險(xiǎn)杠等關(guān)鍵外造型面不允許設(shè)計(jì)有“狗窩”、加強(qiáng)筋等特征，一般按照以下設(shè)計(jì)要求，否則必須增加內(nèi)襯板。
(1)加強(qiáng)筋厚度d不大于基本料厚t3/3，且僅允許布置在大圓弧面、翻邊面上，如圖4所示。
圖4 加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)允許位置示意
(2)“狗窩”盡可能布置在圓角或翻邊等特征上，如圖5所示。
圖5 “狗窩”設(shè)計(jì)允許位置示意
(3)焊接/粘貼支架代替直接在保險(xiǎn)杠本體上長(zhǎng)“狗窩”等固定特征。
3.2.3 熔接痕、翹曲變形等規(guī)避設(shè)計(jì)方法
避免熔接痕出現(xiàn)在A面，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理。注塑件中間位置多為進(jìn)膠口，設(shè)計(jì)時(shí)首先要避免在Y0處開(kāi)孔等結(jié)構(gòu)，無(wú)法避免時(shí)需綜合考慮開(kāi)孔深度，降低熔接痕風(fēng)險(xiǎn)。
避免產(chǎn)品翹曲變形，自由邊界處必須設(shè)計(jì)翻邊，以保證邊界的整體強(qiáng)度；若無(wú)法增加加強(qiáng)翻邊，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品形狀增加橫豎向筋，橫條格柵可增加豎向筋，并且豎筋間距盡可能控制在120 mm以內(nèi)。
4、 結(jié)束語(yǔ)
外飾件感觀質(zhì)量在整車(chē)中越來(lái)越重要，特別像注塑件的外觀質(zhì)量與造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造工藝等強(qiáng)相關(guān)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程嚴(yán)格的質(zhì)量管控是確保外觀質(zhì)量的有效措施。文中結(jié)合實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)，梳理了汽車(chē)外飾件感觀品質(zhì)設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)，且通過(guò)在量產(chǎn)車(chē)型中應(yīng)用均有效規(guī)避了注塑件外觀缺陷，大大提升了注塑件外觀感知質(zhì)量，為后續(xù)車(chē)型開(kāi)發(fā)提供一定參考。
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