軟質(zhì)吸音棉與注塑產(chǎn)品連接方式的應(yīng)用探討

房彥明 張艷軍

摘要：隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，塑料件在汽車行業(yè)上的使用也越來越廣泛，而塑料產(chǎn)品與其對(duì)手件的連接方式顯得尤為重要，本文重點(diǎn)介紹汽車零部件常用吸音棉產(chǎn)品與塑料件的連接方式以及設(shè)計(jì)技巧。

關(guān)鍵詞：汽車;吸音棉;連接技術(shù);應(yīng)用;探討

0? 引言

汽車行業(yè)發(fā)展迅速化、智能化，塑料件在汽車行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，并且為滿足顧客精致感知，提升汽車內(nèi)部NVH[1]性能，軟質(zhì)吸音棉被大范圍應(yīng)用，起到吸音隔熱、輕量化作用，然而吸音棉與塑料件的連接技術(shù)顯得尤為重要，直接對(duì)裝配品質(zhì)產(chǎn)生不同的影響。

1? 軟質(zhì)吸音棉的材料特性以及吸音的影響因素

軟質(zhì)吸音棉材料，又稱為雙組分吸音棉，材料的吸音性能與其組織結(jié)構(gòu)、厚度以及其使用環(huán)境等幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和物理參數(shù)有關(guān)系，內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)[2]成纖細(xì)繭棉狀，蓬松有大量間隙，且間隙分布較為均勻，在材料內(nèi)部是彼此交錯(cuò)貫穿的，間隙對(duì)外敞開，與外界相通，使聲波易于進(jìn)入間隙內(nèi)。

1.1 材料厚度對(duì)聲學(xué)性能的影響

圖1為不同厚度（5mm、10mm、18mm、23mm、24mm）和克重（100g/m2、200g/m2、300g/m2、400g/m2、420g/m2）雙組份吸音棉材料吸音系數(shù)的測(cè)試結(jié)果。

從圖1可知，5種不同厚度和克重的吸音性能曲線都成拋物線狀，表明隨著材料厚度和克重的增加，吸音性能也在增加，其中在厚度為24mm，克重為420g/m2時(shí)的中頻吸音系數(shù)出現(xiàn)了最高值，在中高頻段，5種型號(hào)均表現(xiàn)出了明顯穩(wěn)定的吸音性能，到了2000Hz以后的高頻段，出現(xiàn)平緩趨勢(shì)，這說明該結(jié)構(gòu)雙組份吸音棉材料在中高頻段表現(xiàn)出較好的吸音性能。

從總體上看，雙組份吸音棉材料的吸音性能與厚度和克重有著一定的關(guān)系，結(jié)構(gòu)相同的情況下，介于厚度和克重的優(yōu)勢(shì)，它能表現(xiàn)出較好的聲學(xué)效果。

1.2 試驗(yàn)環(huán)境對(duì)聲學(xué)性能的影響

圖2是對(duì)不同型號(hào)（200g/m2、300g/m2、400g/m2）吸音棉材料，在不同試驗(yàn)環(huán)境（溫度、濕度）下吸音系數(shù)的測(cè)試結(jié)果。

從圖2整個(gè)曲線結(jié)果可知，低頻到中頻表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，中頻段變化趨勢(shì)相對(duì)穩(wěn)定，到高頻段出現(xiàn)平緩趨勢(shì)，隨著試驗(yàn)環(huán)境（溫度、濕度）的增加，低中頻的吸音系數(shù)無明顯變化;在高頻2000Hz附近曲線有一定波動(dòng)，表現(xiàn)出數(shù)值下降，在高頻段，曲線結(jié)果趨于集中現(xiàn)象，數(shù)值也相對(duì)穩(wěn)定，總體表明試驗(yàn)環(huán)境（溫度、濕度）對(duì)吸音棉材料的聲學(xué)性能存有一定的影響，總體影響不明顯。

2? 軟質(zhì)吸音棉與硬質(zhì)塑料件的連接技術(shù)

吸音棉與塑料件的連接方式常用為以下6種，主要為單側(cè)倒鉤型、雙側(cè)倒鉤型、草帽型、T型、L型以及U型，選擇何種連接方式主要是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（內(nèi)裝或外裝）、產(chǎn)品位置、可拆卸性以及使用頻次影響的，因此，在選型時(shí)，首先確定我們要達(dá)到的功能要求。

2.1 連接方式類型

2.1.1 單側(cè)倒鉤型（表1）

結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹?cè)倒鉤型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，卡接位置為錐形結(jié)構(gòu)，依據(jù)卡接壁變形量進(jìn)行固定。

設(shè)計(jì)原則：端部卡接位置突出高度3-4mm，整體卡接高度5-6mm，壁厚2.5mm（具體設(shè)計(jì)高度需要依據(jù)吸音棉的厚度以及壓縮量進(jìn)行確定），主要適用于卡接強(qiáng)度要求較低的產(chǎn)品。

2.1.2 雙側(cè)倒鉤型

結(jié)構(gòu)：雙側(cè)倒鉤型與單側(cè)倒鉤型結(jié)構(gòu)相同，增加左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，目的為提升單件的卡接強(qiáng)度。

設(shè)計(jì)原則：雙側(cè)卡接距離一般為5mm以內(nèi)，對(duì)手件一般為圓孔通孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與倒鉤型卡接結(jié)構(gòu)配合，主要適用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用頻次較低的產(chǎn)品。

2.1.3 草帽型

結(jié)構(gòu)：草帽型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，端部以及支撐壁均存在加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)原則：整體卡接高度6-7mm，壁厚2.5mm，與對(duì)手件卡接量為3mm左右，因?yàn)椴菝毙徒Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、干涉量大，其適用于要求比較高的產(chǎn)品連接，如：震動(dòng)頻繁、使用頻次高、可拆卸性頻次高。

2.1.4 T型

結(jié)構(gòu)：T型與草帽型結(jié)構(gòu)類似。

設(shè)計(jì)原則：整體卡接高度6-7mm，壁厚2.5mm，上部卡接端面壁厚1.5-2mm（實(shí)現(xiàn)卡接預(yù)變形，對(duì)手件容易進(jìn)入）與對(duì)手件卡接量為3mm左右，適用于強(qiáng)度高、使用頻次較多的產(chǎn)品。

2.1.5 L型

結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體柔軟，易變形，兩處卡接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為對(duì)稱布置方式（防脫結(jié)構(gòu)）。

設(shè)計(jì)原則：整體高度6-7mm，壁厚1.5-2mm，多適用于吸音棉倒掛結(jié)構(gòu)。

2.1.6 U型

結(jié)構(gòu)：與L型結(jié)構(gòu)類似。

設(shè)計(jì)原則：一般設(shè)計(jì)在產(chǎn)品邊緣，此種類型應(yīng)用較少。

2.1.7 其他

利用產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行吸音棉的卡接固定，從而達(dá)到減少卡接數(shù)量的目的。

①卡扣座、BOSS柱：利用塑料件自身卡扣座、BOSS柱結(jié)構(gòu)，將吸音棉進(jìn)行Z向固定，吸音棉可根據(jù)卡扣座、BOSS柱的形狀、大小進(jìn)行隨型開孔，保證吸音棉與其對(duì)手產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配合，一般為間隙配合，單邊間隙量為4-5mm。②組裝手順壓合（層疊型）：產(chǎn)品在裝配時(shí)，需要安裝配合零部件，如：鈑金支架、線束、行程開關(guān)等零部件，吸音棉可適當(dāng)裝配至內(nèi)部，首先進(jìn)行吸音棉安裝，然后安裝其他零部件，借用零部件的固定位置同步實(shí)現(xiàn)吸音棉的固定配合。

2.2 卡接結(jié)構(gòu)與模具設(shè)計(jì)的關(guān)系

六種卡接結(jié)構(gòu)均存在負(fù)角，垂直開模無法實(shí)現(xiàn)，因此模具設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)計(jì)側(cè)抽芯或斜頂結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)考慮因素：①側(cè)抽芯或斜頂位置模具水路進(jìn)行避讓，防止干涉;②側(cè)抽芯或斜頂結(jié)構(gòu)盡量設(shè)計(jì)在產(chǎn)品邊緣，節(jié)省模具材料成本及縮小模具面積;③卡接結(jié)構(gòu)僅為固定作用，在保證功能前提下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證短、小、精簡(jiǎn)的原則;④模具背板上設(shè)計(jì)通孔結(jié)構(gòu)，便于斜頂更換，方便操作。

2.3 卡接選型原則

原則：根據(jù)吸音棉裝車結(jié)構(gòu)（內(nèi)/外裝）、位置、可拆卸性、使用頻次四方面進(jìn)行選擇。（表2）

2.4 與傳統(tǒng)連接方式對(duì)比

因吸音棉材質(zhì)為薄松結(jié)構(gòu)，柔軟性較強(qiáng)，傳統(tǒng)連接方式為采用手持超聲波焊接機(jī)進(jìn)行手工焊接，超聲波焊接通過每秒發(fā)出幾萬次的振動(dòng)音頻[3]，產(chǎn)生高溫將吸音棉與熱塑性塑料件軟化、融合、凝固的過程，此過程為操作人員手工操作，焊接時(shí)間長(zhǎng)短、按壓壓力大小直接影響產(chǎn)品品質(zhì)（焊接時(shí)間長(zhǎng)、按壓壓力大存在吸音棉焊穿、焊透，硬質(zhì)塑料件表面鼓包問題;焊接時(shí)間短、按壓壓力小存在吸音棉焊接熔化強(qiáng)度不夠，使用一定頻次后存在吸音棉脫落的風(fēng)險(xiǎn)），品質(zhì)問題極不穩(wěn)定。

與現(xiàn)卡接連接方式對(duì)比，較傳統(tǒng)方式存在以下優(yōu)勢(shì)：

①安全保障：取消焊接設(shè)備，人身安全得到保障;②能耗節(jié)?。汗?jié)省電量使用，制造成本更低;③品質(zhì)提升：卡接方式直接安裝，避免了焊穿、焊透、表面鼓包問題。

3? 結(jié)語

總而言之，吸音棉是實(shí)現(xiàn)汽車NVH性能提升的重要方面，要在把握產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上，探索新思路、新方法的同時(shí)高效選擇連接技術(shù)，在能耗、運(yùn)行成本高效控制過程中充分發(fā)揮吸音棉裝配功能作用，最大化提高汽車運(yùn)行效率以及效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉宏玉，張軍，章曉軒，劉從光，令宇龍，馬壯壯.基于汽車內(nèi)飾輕量化的NVH性能開發(fā)及應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2014（10）：1-9.

[2]石騰龍，梁海明，劉丹丹，梁軍，黃江玲，吳開豐.雙組分吸音棉在乘客艙前圍擋板隔音墊上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料，2015（05）：58-64.

[3]王育慷.超聲波原理與現(xiàn)代應(yīng)用探討[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（03）：288-290.