一種汽車門飾板地圖袋的設計研究

包厚顯　姜彬彬

關鍵詞：地圖袋;強度;舒適性;出模

中圖分類號：U463.8 文獻標識碼：A

0引言

汽車的門飾板地圖袋主要位于門飾板底部，最初的設計門飾板就是一塊平板，沒有任何儲物空間。在沒有電子導航的年代，人們出行就是靠一份地圖來指引前行。但是看完的地圖沒有位置放置，于是工程師們設計出地圖袋來給駕駛員放置地圖，地圖袋也就因此得名。

隨著時代的發(fā)展，用戶對汽車地圖袋的儲物要求就不僅僅用來放置地圖，而且隨著電子導航的發(fā)展，放置地圖的需求甚至沒有了。但是地圖袋的放置需求擴展到對生活中常用的物品放置需求，如礦泉水、雨傘等。為了滿足顧客的要求，汽車設計師對車內的空間利用率進行充分挖掘，地圖袋空間也得到了較大的提高，地圖袋也逐漸被稱為雜物盒。

地圖袋的開口向上，中間有一個空腔，是為了能夠方便駕乘人員放置物品，并且保證其內的物品在行駛過程中不會掉出來。由于注塑模具出模的原因，門飾板地圖袋就是在門飾板本體的基礎上分出一塊零件，注塑出來后再與門飾板本體焊接在一起形成了地圖袋（圖1）。

1地圖袋設計要點

1.1地圖袋的尺寸設計

地圖袋應盡可能長，至少應能放置A4尺寸的筆記本，即長度應≥300.00mm。為了方便地圖袋內物品的拿取，地圖袋的深度和開口寬度比例設計要滿足一定的要求，否則物品放置以后就會比較難以取出。地圖袋推薦深度與寬度配合尺寸如表1。

目前的地圖袋，放置礦泉水瓶是一個最基本的要求，因此寬度設計一般要求大于68.00mm，放置礦泉水瓶要求深度要大于礦泉水瓶高度的1/3，一般礦泉水瓶高度240.00mm左右，因此地圖袋設計的深度要大于80.00mm。

1.2地圖袋定位及固定點設計

地圖袋是需要與本體固定的，因為地圖袋固定后一般都不需要再拆卸，因此為了增加裝配的效率，地圖袋與本體通常采用焊點連接。因為這種連接方式很方便用機器進行焊接，一次性可以焊接所有的焊點，節(jié)省很多裝配的時間。為了保證地圖袋的匹配精度，地圖袋前后兩端分別設計主定位和副定位，主定位限制前后和上下，副定位限制上下，防止地圖袋旋轉。同時，地圖袋還需要設計預安裝結構，保證地圖袋在轉運焊接的過程中不會脫出。

地圖袋與門飾板本體連接一般設計BOSS柱焊接，左右間隔100.00mm各設計一個焊點，BOSS柱焊接平面寬度要求直徑20.00mm（圖2）。為了保證焊接后的強度，BOSS柱高度要高于焊接平面10.00mm，BOSS柱外徑8.00mm;BOSS柱根部與焊接面設計筋條支撐，確保焊接的時候焊接面的牢固;同時為了保證筋條的強度，筋條高度一般設計為5.00mm，寬度為4.00mm（圖3）。

1.3地圖袋與門飾板本體的匹配設計

如圖4所示，地圖袋與門飾板本體間設計有0.50mm的間隙。為保證門飾板本體的強度，本體翻邊高度設計為4.50mm;本體皮紋角度一般按照10°設計，因此翻邊最小角度可設計為10°。為了隱藏零件的分型線，提升感知質量，在本體外側增加翻邊的角度，按照30°設計。同時為了保證出現(xiàn)制造誤差時，地圖袋背部結構不外漏，本體翻邊寬度設計為2.30mm。

1.4地圖袋檐口設計

地圖袋使用頻次高，對檐口的強度及感知要求也高。為了保證檐口位置的強度及感知要求，設計如圖5所示，檐口分型線后模拔模角要求3°，要求有0.50mm的小平面;前模拔模角5°，小平面寬度為0.50mm。這樣設計的目的是為了保證模具匹配分型線的實施平順，前后段差小，提升感知，以及手觸摸的時候不會有分型線硌手的感覺。

地此外，為了保證檐口位置的舒適度，檐口位置設計有R2的圓角，檐口寬度及高度設計為4.00mm。同時為了保證檐口的強度，本體料厚設計為3.00mm，同時翻邊寬度設計為10.00mm左右（圖6）。

地圖袋開口區(qū)域非常大，且深度也比較深，模具一般采用碰穿實現(xiàn)。同時地圖袋檐口位置的觸感非常重要，一般分型線高度差≤0.05mm，用手摸感覺不明顯。為方便匹配模具，保證地圖袋檐口的分型線高度≤0.05mm，地圖袋檐口的模具通常采用鑲塊設計[2]。

為了保證鑲塊強度、匹配及出模要求，鑲塊鎖前門的定位柱寬度最小為30.00mm，定位柱與前模搭接高度最小為25.00mm。鑲塊轉角位置必須保證是圓角，而且圓角還不能太小，最小也要為R6。圓角太小或者直角則不利于模具開合模應力的釋放，長期生產時鑲塊容易在直角位置開裂，影響模具的壽命。

由于鑲塊在開合模過程中與前模是有相對位移的，需要在產生位移的時候鑲塊與前模盡快分離。如果插穿角度太小，鑲塊與前模在分離的過程中會有一段距離的接觸，角度越小距離越大，需要的出模力會大大增加，同時長時間的摩擦也會造成模具的磨損。因此，為了保證鑲塊與前模分離合模的順暢，鑲塊上要最少要有7°的插穿角。

所有尺寸轉化到實際產品上的體現(xiàn)，就是地圖袋開口寬度m和地圖袋開口高度n。由圖7可知，地圖袋高度n的確定公式如下。

n≥m×tan7+10+10+30+6×2+25×tan7×2

=m×tan7+68.14

由此在地圖袋的造型設計初期，就可以快速通過地圖袋高度n和寬度m計算出這里的空間是否滿足模具鑲塊的最小設計要求。

2材料選擇及成型工藝

2.1材料選擇

地圖袋及門飾板本體通常選用PP-T20（聚丙烯+20%滑石粉）作為材料。聚丙烯（polypropylene，簡稱PP）是由丙烯單體經自由基聚合而成的聚合物，因疲勞強度非常好，俗稱百折膠[3]。PP材料的力學性能和耐熱性在通用熱塑性塑料中最高，耐疲勞性好，所以廣泛應用于汽車工業(yè)零配件、電子電氣、包裝材料、管材管件、中空包裝和日用品等，尤其在汽車配件中用量居車用塑料第一。

但是，由于PP的低溫脆性大（低溫脆化溫度為-35℃）、耐老化性能差和線膨脹系數大等因素，限制了其應用范圍的擴展。為此，需要對其進行改性后，才能提高該材料的力學性能和物理性能。PP-T20就是在PP的基礎上增加了滑石粉和增韌劑進行改性，降低基材的表面粗糙度。采用活性滑石粉填充改性后，大大提高了材料的剛性，克服了產品的翹曲變形。同時加入增韌劑和滑石粉，會使PP球晶變小，產品尺寸穩(wěn)定性好。

2.2成型工藝

地圖袋及門飾板的生產采用普通的“注塑成型（也稱為注射成型工藝）+焊接”工藝。在實際注塑過程中，顆粒狀高分子材料經過設備加熱以及擠壓后，可以熔融成流體，然后通過加壓、注入、冷卻和脫模等工藝獲得需要的制品。

焊接工藝是指通過特定的設備將設計的焊接柱熔化，熔化后的材料冷卻變硬，將2個零件緊固連接在一起[5]。目前主要應用的焊接工藝是超聲波焊接，這種焊接均勻牢靠，變形小、外觀好、效益高。

3驗證

為了驗證設計的有效性及保證后期車輛使用中不出現(xiàn)問題，需要對設計的地圖袋進行實物的實物驗證（圖8）。將成品地圖袋按照實車狀態(tài)裝配，然后再進行相關試驗驗證。

3.1地圖袋的剛性試驗

對地圖袋進行剛性試驗，以測試地圖袋的抗拉性和抗壓性（圖9）。測試要求如下。

（1）施加拉力100N，變形量≤10.00mm。

（2）施加拉力200N，變形量≤20.00mm。

（3）施加壓力100N，變形量≤10.00mm。

（4）完成試驗后，永久變形量應≤1.5mm，無破損、斷裂、噪音，且功能與外形不能因永久變形而發(fā)生變化。

3.2地圖袋的濫用力試驗

分別在75±3℃、-30±3℃和23±3℃溫度條件下，用測力計緊貼在距地圖袋上邊緣向下20.00mm處，施加一個與門飾板垂直的400N的拉力（圖10a），觀察地圖袋能否承受負荷而不被損壞。

3.3地圖袋的耐久性試驗

在不同的溫度條件下，以一定的循環(huán)次數對地圖袋施加150N的拉力（圖10b），測試地圖袋的耐久性。一個循環(huán)過程包括：1s加載、1s保持和1s放松，循環(huán)次數及試驗所需的溫度條件如表2所示。完成一次試驗所有的循環(huán)次數為一個周期，每個溫度條件下需要進行3個周期的試驗。完成試驗后，地圖袋應無可見的損壞、開裂與脫落現(xiàn)象。

4結束語

本文通過設計實例，闡述了地圖袋設計過程中需要考慮的幾個因素，比如感知、空間和模具等。針對設計目標提出設計思路，可以快速實現(xiàn)地圖袋的設計，同時也可以給其他設計者提供一種參考。

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