汽車車門門洞密封條結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究

周 銀，張旭華

（1.漢騰汽車有限公司，江西 上饒 334100；2.浙江大直汽車部件有限公司，浙江 仙居 317300）

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，密封條美觀、環(huán)保和舒適的功能日益凸現(xiàn)，如外水切（車門玻璃上升與下降下緣外部兩側(cè)的橡皮刮水條）的外表面材質(zhì)不同可以提供不同的裝飾風(fēng)格[1-3]。汽車車門門洞密封條（簡稱門洞密封條）是指裝配在車身骨架門洞止口邊上的密封條（見圖1），可以輔助門框密封，實現(xiàn)對乘員艙的防水、防塵、降噪作用[4-7]。

本工作通過非線性軟件MARC分析，研究適用于輥壓窗框車門結(jié)構(gòu)的門洞密封條的斷面結(jié)構(gòu)、接角結(jié)構(gòu)及輕量化設(shè)計。

圖1 門洞密封條裝配位置示意Fig.1 Assembly position of doorway sealing strip

1 門洞密封條結(jié)構(gòu)

1.1 按照泡管形式劃分

按照泡管形式，門洞密封條可分為雙泡管密封條、單泡管密封條和無泡管密封條3種[8-10]（見圖2）。雙泡管密封條主要用于單道密封結(jié)構(gòu)，主要起密封作用，密封性能高；單泡管密封條一般適用于兩道及兩道以上的密封結(jié)構(gòu)，起降噪、裝飾和提升車門閉合聲音品質(zhì)的作用[11]；無泡管密封條主要起裝飾作用，可遮擋側(cè)圍止口邊和內(nèi)飾之間的縫隙。

圖2 泡管形式示意Fig.2 Forms of foam pipe

1.2 按照披風(fēng)形式劃分

按照披風(fēng)形式，門洞密封條可分為隱藏式、外觀式和隱藏外觀集成式3種（見圖3）。基于與內(nèi)飾的搭配關(guān)系不同，3種形式的密封條在裝配順序上有所不同。隱藏式密封條多用于歐式車型，其必須先行裝配，再裝配內(nèi)飾件；外觀式密封條多用于日韓系車型，在內(nèi)飾裝配完成后其再進(jìn)行裝配；隱藏外觀集成式密封條多用于法系車型，其可能在多種內(nèi)飾件裝配之間進(jìn)行裝配，裝配工藝可調(diào)整。

圖3 披風(fēng)形式示意Fig.3 Forms of cape

1.3 按照外觀效果劃分

按照外觀效果，門洞密封條可分為橡膠黑面、滾花、豎條紋、彩膠、包布和自起絨6種形式（外觀見圖4）。橡膠黑面密封條為直接擠出成型，無特殊外觀處理；滾花密封條是通過在口模外板上增加滾花滾輪壓制披風(fēng)表面而擠出成型，滾花形式多樣；豎條紋密封條是通過口模在披風(fēng)表面共擠海綿膠以形成豎條紋而成；彩膠密封條是通過采用彩色膠料擠出成型，可進(jìn)行顏色搭配；包布密封條是在其擠出成型后通過高溫可粘性膠將絨布貼覆在密封條披風(fēng)表面而成；自起絨密封條是通過口模在披風(fēng)表面共擠海綿膠以起絨而成。

圖4 外觀效果示意Fig.4 Appearance effects

1.4 按照拐角形式劃分

按照拐角形式，門洞密封條可分為有接角和無接角2種形式（見圖5），均只用于輥壓窗框車門結(jié)構(gòu)。有接角門洞密封條的拐角帶接角，通過注壓密封泡管來彌補(bǔ)輥壓窗框密封面的缺陷；無接角門洞密封條無接角，但是車門窗框拐角位置裝有塑料壓蓋以充當(dāng)密封面。

圖5 拐角形式示意Fig.5 Forms of corner

2 門洞密封條設(shè)計

輥壓窗框車門結(jié)構(gòu)的門洞密封條設(shè)計主要包括斷面結(jié)構(gòu)、接角結(jié)構(gòu)及輕量化設(shè)計。

2.1 斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計

門洞密封條斷面結(jié)構(gòu)需要適應(yīng)密封條與周邊的配合。

2.1.1 斷面結(jié)構(gòu)參數(shù)

以有接角門洞密封條為例，設(shè)計的密封條斷面結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1和圖6所示。

表1 門洞密封條斷面結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Section structure parameters of doorway sealing strip mm

圖6 門洞密封條斷面結(jié)構(gòu)參數(shù)示意Fig.6 Diagram of section structure parameters of doorway sealing strip

2.1.2 鈑金結(jié)構(gòu)

門洞密封條的鈑金止口不允許整體為4層以上層板結(jié)構(gòu)，4層板結(jié)構(gòu)只能局部存在且連續(xù)長度小于40 mm（可以鋸齒狀避讓達(dá)成）。止口鈑金厚度盡量控制在2.0～3.7 mm，避免插入力過大造成裝配困難，鈑金厚度小于2.0 mm時可通過局部做凸臺補(bǔ)償密封條卡接厚度[見圖7（a）]。拐角區(qū)域圓弧半徑需大于70 mm，拐角處鈑金止口寬度需做約1 mm補(bǔ)償處理[見圖7（b）]，避免泡管塌陷和貼合不良。對于有接角密封條接角，鈑金止口根部倒角可放寬要求，拐角處鈑金止口寬度也無需補(bǔ)償處理。

圖7 鈑金凸臺補(bǔ)償和止口寬度補(bǔ)償示意Fig.7 Diagram of sheet metal boss compensation and seam width compensation

2.1.3 斷面材料分布

門洞密封條采用一體復(fù)合擠出工藝，主體膠料采用三元乙丙橡膠（EPDM）密實膠，泡管密封位置膠料采用EPDM海綿膠，骨架材料采用金屬材料（鋼帶/鋁帶），泡管表面采用覆膜或噴涂涂層以增強(qiáng)耐磨效果，防止密封條磨損而污染鈑金。密封條斷面材料分布如圖8所示。

圖8 門洞密封條斷面材料分布示意Fig.8 Section material distribution of doorway sealing strip

門洞密封條泡管采用EPDM密實膠與海綿膠組合構(gòu)成，密封位置采用海綿膠，根部支撐位置采用密實膠，以防止泡管拐彎塌陷，同時也有利于接角結(jié)構(gòu)的設(shè)計。排氣孔（孔直徑為3 mm，間距為100～120 mm）隱藏在泡管根部不外露，泡管背部采用共擠形成豎條紋，可以提升密封條外觀品質(zhì)，規(guī)避背部出現(xiàn)“排骨印”的風(fēng)險。

通過MARC軟件對門洞密封條斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，不斷優(yōu)化斷面結(jié)構(gòu)，提升了密封條的密封性能。優(yōu)化密封條的正常位置壓縮載荷（CLD）值 為0.022 N·mm-1[設(shè)計范圍為0.02～0.04 N·mm-1]；欠壓和過壓狀態(tài)的CLD值分別為0.007和0.04 N·mm-1。泡管壓縮變形后局部受力狀態(tài)符合設(shè)計要求，欠壓/正常/過壓密封面的密封條泡管與鈑金接觸面寬度分別為7.0，11.6和12.4 mm。

2.2 接角結(jié)構(gòu)設(shè)計

門洞密封條接角材料主要選用EPDM密實膠。這是采用EPDM海綿膠作接角材料時，經(jīng)過長期使用后海綿膠壓縮變形嚴(yán)重，密封條出現(xiàn)明顯孔洞，接角部位容易出現(xiàn)密封不良現(xiàn)象；接角較大時，其更容易出現(xiàn)翹邊、開裂問題。

2.2.1 接角外觀和斷面結(jié)構(gòu)

門洞密封條接角外觀如圖9所示。接角泡管遵循密封連續(xù)性的規(guī)則，泡管外觀造型與密封條本體相同，但泡管下沉以與鈑金配合，更有利于接角的穩(wěn)定性。

圖9 門洞密封條接角外觀Fig.9 Joint angle appearance of doorway sealing strip

門洞密封條接角斷面結(jié)構(gòu)如圖10所示。門洞密封條接角背部增加十字加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)筋布置分為2個區(qū)域，一個是泡管內(nèi)側(cè)增加十字加強(qiáng)筋，提升泡管的穩(wěn)定性和牢固度，另一個是在泡管根部臺面的背部將接角臺面和密封條本體以加強(qiáng)筋連接在一起，防止接角裝配后翹起。

圖10 門洞密封條接角斷面示意Fig.10 Joint angle section of doorway sealing strip

通過MARC軟件對接角部位斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)不同壓縮狀態(tài)的變形情況調(diào)整加強(qiáng)筋的位置，以確保接角穩(wěn)定性?？梢缘贸?，調(diào)整加強(qiáng)筋后,接角欠壓/正常/過壓位置的CLD值分別為0.038，0.115和0.573 N·mm-1，密封面寬度分別為6.3，9.4和14.2 mm；接角變形后密封面的CLD值在直段泡管的基礎(chǔ)上有所提升，加強(qiáng)筋在過壓狀態(tài)起到了很好的反彈作用，避免了用力過大關(guān)門時密封條接角過度衰減的現(xiàn)象。

2.2.2 接角模具

門洞密封條接角模具設(shè)計十分重要。門洞密封條接角由于有泡管，四周無固定結(jié)構(gòu)，其模具設(shè)計比導(dǎo)槽接角模具設(shè)計[12]難度要大很多，接角裝配后容易出現(xiàn)上翹而不貼合的問題。該問題主要源于接角模具的V字形開口角度設(shè)計，通過大量車型使用驗證，采用固定V字形開口角度的接角模具生產(chǎn)的接角會出現(xiàn)裝配后上翹的問題，其主要原因是實際裝配過程中，接角懸掛和鈑金公差都會對接角裝配后的狀態(tài)有影響。因此，在模具設(shè)計初期，需要對密封條接角部位邊緣線長度進(jìn)行分析對比，根據(jù)接角的大小，將V字形開口角度調(diào)至比實際角度大2°～3°，從而使接角裝配后其直段部位內(nèi)收，接角與接角底部側(cè)圍鈑金更加貼合。

2.3 輕量化設(shè)計

汽車輕量化是提高汽車動力性、降低油耗、節(jié)約材料的關(guān)鍵[13-15]。車身輕量化與使用材料密切相關(guān)，因此門洞密封條材料的選擇很重要。門洞密封條材料輕量化可在滿足密封性能前提下，通過選用微發(fā)泡海綿膠替代密實膠和減小金屬骨架的厚度來實現(xiàn)。EPDM微發(fā)泡海綿膠密度可由原來密實膠密度1.3 Mg·m-3減小到0.7～1.0 Mg·m-3；金屬骨架厚度可以從原來的厚度0.5 mm減小到0.35～0.45 mm；密封條接角材料也可以從原來的EPDM密實膠調(diào)整為熱塑性硫化膠，這樣其密度就能從1.3 Mg·m-3減小到0.9 Mg·m-3，而在接角質(zhì)量減小的同時，接角外觀也得到提升，避免了EPDM密實膠注壓成型帶來的飛邊和毛刺。

3 結(jié)語

門洞密封條結(jié)構(gòu)多種多樣，本工作通過非線性軟件MARC分析，設(shè)計了合理的門洞密封條斷面結(jié)構(gòu)及接角結(jié)構(gòu)；采用EPDM密實膠作為接角材料，并對接角模具V字形開口角度進(jìn)行了調(diào)整；通過材料選擇，實現(xiàn)了門洞密封條的輕量化。門洞密封條的優(yōu)化設(shè)計在提升其密封性能的同時，也提升其外觀質(zhì)量。本研究可為新型門洞密封條的開發(fā)提供參考。