淺談后擾流板總成的結構設計及其工藝

賴仕禎

【摘 要】文章主要闡述了注塑成型后擾流板總成的結構設計及其工藝，探討了多種后擾流板總成的結構設計，并介紹了輔助結構設計的機械緊固、超聲波焊接和結構膠粘接連接工藝。

【關鍵詞】注塑成型;后擾流板;結構設計;焊接;粘接

【中圖分類號】U462 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）08-0048-02

0 引言

后擾流板總成是一種裝在汽車尾門上端的塑料裝飾件，通常也會被稱作汽車尾翼。后擾流板總成在汽車設計上有如下主要作用：一是裝飾和美化汽車，提升整車的美感和協(xié)調(diào)性，滿足客戶對外觀的需求[1];二是減少尾部氣動升力，提升汽車的操控穩(wěn)定性，并減少空氣阻力[2，3]。隨著汽車行業(yè)的快速迭代，可以根據(jù)客戶群體的需求，設計開發(fā)不同的注塑成型后擾流板總成。本文介紹了多種汽車后擾流板總成方案，并對其結構設計及輔助連接工藝進行了說明。

1 后擾流板總成結構設計

目前，市場上常見的注塑成型后擾流板總成有簡易單層注塑件、雙層注塑件或者多層注塑件結構組成的總成。單層結構設計擾流板總成的造型外觀設計簡約，主體直接注塑成型，具有重量輕、成本低、結構簡單、產(chǎn)品合格率高等優(yōu)點，應用最廣泛。雙層或者多層注塑成型擾流板總成的結構設計可以實現(xiàn)各種造型外觀效果需求，實現(xiàn)造型配色的多樣性和個性化，最大限度地滿足客戶對美感的需求。當單層結構設計擾流板總成無法滿足設計要求時，需將其拆分成雙層或者多層注塑零件，然后增加包括機械緊固、超聲波焊接、結構膠粘接等輔助連接工藝裝配成總成。

1.1 單層后擾流板總成

某款后擾流板總成內(nèi)部結構簡易，結構設計成熟可靠，僅需使用機械緊固裝配成總成（如圖1所示）。

該后擾流板總成由注塑成型后擾板主體、高位制動燈、4顆螺栓、2顆卡扣合件、4個密封墊、3個螺母、周圈膠條構成。后擾流板主體的結構設計簡單，采用模具直接注塑成型，用于螺栓、卡扣合件裝配的doghouse結構通過模具滑塊實現(xiàn)，結構設計成熟可靠。雙層墊片結構的螺栓鑲嵌在后擾流板主體doghouse結構上，在螺栓的雙層墊片結構中間設計保留0.2 mm的活動余量，方便螺栓的裝配，以及避免后擾流板總成裝配到整車上隨環(huán)境變化而發(fā)生不可逆變形（如圖2所示）。

某些材料注塑成型的后擾流板總成自身熱變形溫度較低，裝配在整車上，隨著自然環(huán)境溫度的變化，通常會發(fā)生明顯冷熱交變循環(huán)過程。零件在高溫暴曬時發(fā)生變形，環(huán)境溫度逐漸降低時，零件又會緩慢恢復到初始狀態(tài)，零件在循環(huán)變形過程中產(chǎn)生一定的內(nèi)應力。如果螺栓與主體doghouse結構固定死，冷熱交變循環(huán)過程中零件將被抑制恢復到初始狀態(tài)，零件的內(nèi)應力無法釋放，會產(chǎn)生不可逆轉的變形，零件的變形缺陷逐漸放大，最終導致產(chǎn)品質量問題。選擇低線性膨脹系數(shù)和高熱變形溫度的材料可以改善產(chǎn)品變形，但通過該結構設計也可以有效解決后擾流板總成變形問題，并可以降低選材成本。背面帶壓敏膠膠條粘貼在后擾流板主體用于防水，以及調(diào)整零件的段差間隙，將高位制動燈螺栓插入后擾流板主體，然后從擾流板主體內(nèi)部打螺母緊固（如圖3所示）。

將裝配完整的后擾流板總成通過其卡扣合件預裝在尾門外板上，然后在尾門開啟狀態(tài)下，穿過尾門內(nèi)板，使用螺母將后擾流板總成裝配緊固到尾門外板上（如圖4所示）。

1.2 雙層、多層后擾流板總成

雙層或者多層注塑后擾流板總成除了可以實現(xiàn)單層結構設計后擾流板總成的要求外，還可以解決單層結構設計的局限性，常見于中高端車型。雙層或者多層后擾流板總成進行結構設計時，常需結合機械緊固、超聲波焊接、結構膠粘接等連接工藝輔助產(chǎn)品的結構設計。機械緊固主要指的是使用螺栓、螺母、自攻釘、螺母夾等緊固件打緊固定，應用非常普遍。后擾流板注塑件之間如果僅使用緊固件連接，產(chǎn)品的結構設計較為復雜，裝配過程中緊固件數(shù)量多，人工成本增加，還存在局部裝配可靠性較差的問題。根據(jù)對應的超聲波焊接或者結構膠粘接工藝進行優(yōu)化調(diào)整結構設計，簡化后擾流板的結構設計，提升產(chǎn)品設計的可靠性。

1.2.1 焊接工藝后擾流板結構設計

某款后擾流板總成包含上主體、下主體、骨架3個注塑件，上主體噴涂車身顏色，下主體外觀為免噴鋼琴黑顏色，上主體與骨架通過超聲波焊接，下主體與骨架使用自攻釘緊固裝配。首先將骨架與上主體采用超聲波焊接在一起，兩者焊接完成后，再進行車身色噴漆處理，避免零件焊接表面存在殘留漆膜，導致焊接拉脫力不足，產(chǎn)生脫焊問題。其次將下主體使用卡扣和插片結構裝配到上主體，再使用自攻釘將下主體與骨架打緊，最終將骨架與上、下主體裝配在一起（如圖5所示）。結構設計中采用焊接、機械緊固將注塑件相互裝配約束，然后將高位制動燈采用自攻釘裝配在骨架和下主體，最后把剩余各子零件集成裝配在一起形成總成。

后擾流板總成注塑件之間采用焊接工藝連接，必須保證骨架與上主體的注塑原材料具有相容性，兩者才能通過超聲焊接有效地連接在一起[4]。后擾流板總成使用機器人進行超聲波焊接，焊接一個焊點需約2 s，生產(chǎn)節(jié)拍快，注塑件焊接之前不需要進行表面處理，適合批量化生產(chǎn)。該后擾流板總成的結構設計復雜，完全使用焊接機器人或者焊接專用工裝也會存在較大的焊接盲區(qū)，局部無法焊接的位置，需要增加自攻釘?shù)容o助裝配。

使用焊接工藝還需要采用與之相對應的結構設計，該后擾流板上主體壁厚設計為3 mm，后擾流板骨架采用變壁厚設計，在骨架焊接點位置壁厚設計為1.5～2.0 mm，焊接時骨架和上主體都發(fā)生熔化過程，冷卻重新固化后形成焊接頭，使得兩者融合連接在一起。當骨架壁厚過厚時，超聲波設備產(chǎn)生的熱量不能有效穿透骨架，上主體不會發(fā)生明顯熔化過程，骨架和主體不能有效地熔融在一起，焊接完成后所獲得焊接頭融合質量差，容易發(fā)生脫裂;當骨架壁厚過薄時會導致后擾流板上主體出現(xiàn)明顯的熔化，冷卻后焊接接頭處產(chǎn)生焊接印缺陷。后擾流板總成焊接點布置設計時，需要優(yōu)先考慮在螺栓、螺母和卡扣合件鑲嵌doghouse結構兩側布置焊接點，避免后擾流板總成在總裝緊固裝配時將骨架與上主體拉脫裂。焊接點還需要盡量布置在零件的邊界，在局部非關鍵部位焊接點之間的距離可以設計為100 mm左右，合理布置焊接點能夠防止上主體與骨架局部離空，產(chǎn)生松動異響問題。

1.2.2 粘接工藝后擾流板結構設計

后擾流板總成件由雙層或者多層注塑件裝配成總成時，注塑件之間還可以使用甲基丙烯酸甲酯結構膠粘接，該結構膠主要用于工程塑料、復合材料、金屬、其他熱固性材料及異質材料的粘接，基本不需要進行特殊表面處理。粘接工藝具有很好的適用性，可以解決材質相容才能使用超聲波焊接工藝的局限性，注塑件粘接性能好。只需將膠體均勻涂覆在后擾流板粘接面上，然后將不同后擾流板主體安裝貼合，通過工裝夾具夾固，在常溫工作環(huán)境下粘接固化集成在一起。

在結構設計時，需要考慮結構膠膠體涂覆的連貫性，膠體具有一定的流動性，膠體需要在離邊界10 mm以上，防止溢膠，避免產(chǎn)品感知質量差?？梢赃m當增加膠槽解決溢膠問題，膠槽設計寬度為10 mm，深度為0.5 mm，當后擾流板注塑件夾緊時，膠體不會溢出膠槽，注塑件相互固化粘接。膠體的粘接時間與工作的環(huán)境溫度、工裝夾固時間有關系，需要考慮現(xiàn)場的生產(chǎn)需求進行調(diào)整。使用結構膠粘接工藝，后擾流板總成的結構設計相對簡單，注塑件內(nèi)部結構少，模具結構簡單，產(chǎn)品外觀質量較好，同時可以使用不同材料屬性的注塑件進行膠粘，實現(xiàn)設計選材的多樣性，并可以有效地降低材料成本[5]。使用粘接連接工藝需要投入較多設備，設備費用投入多，結構膠成本和零件設計成本較高。

2 結語

單層結構設計的擾流板總成具有結構簡單、成本低、重量輕等優(yōu)點，主要應用于中低成本車型。隨著汽車造型風格設計的發(fā)展，造型外觀設計更加時尚、個性化，在中高端車型中使用更多雙層或者多層注塑件組成的后擾流板總成。雙層或者多層結構設計后擾流板總成的零件較重，工裝投入大，成本高，結構設計時綜合考慮使用機械緊固、焊接、粘接等輔助連接工藝。

參 考 文 獻

[1]劉廷福.淺談注塑成型后擾流板的設計及應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2015（5）.

[2]朱江波.微型廂式汽車后擾流板對氣動特性影響的數(shù)值模擬研究[D].重慶：重慶大學，2008.

[3]任斌.后擾流板對汽車空氣動力學特性影響的模擬研究[D].南京：南京航空航天大學，2008.

[4]周金濤，徐旭.塑料焊接工藝在內(nèi)飾產(chǎn)品上的應用[J].汽車工藝與材料，2019（2）.

[5]郭一民，劉忠俠，蔡彬.關于常用汽車膠粘劑的調(diào)研[J].中國膠粘劑，2018，27（2）.