汽車貫穿式尾燈開裂問題分析及優(yōu)化措施

摘要：針對貫穿式尾燈在使用過程中容易發(fā)生開裂導(dǎo)致進(jìn)水后功能失效的問題，進(jìn)行原因分析。分析發(fā)現(xiàn)：尾燈產(chǎn)品尺寸較長，容易在注塑后變形，并且燈罩與殼體焊接后應(yīng)力難以完全消除；尾燈安裝到車身上后，車身鈑金容易變形影響尺寸穩(wěn)定性，而含有乙醇的后風(fēng)窗玻璃洗滌液的浸潤會(huì)進(jìn)一步加劇開裂。為了解決這一問題，通過實(shí)踐制定了一系列優(yōu)化措施，包括調(diào)整尾燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、優(yōu)化焊接方法、提高車身鈑金穩(wěn)定性、檢測與控制應(yīng)力消除等。通過綜合驗(yàn)證，表明所提出的優(yōu)化措施可使貫穿式尾燈的開裂問題得到有效控制，并能提高產(chǎn)品的可靠性和耐久性。

關(guān)鍵詞：貫穿式尾燈；尾燈開裂；優(yōu)化措施

0 前言

貫穿式尾燈具有時(shí)尚流暢的汽車尾燈造型，其采用連續(xù)燈帶穿過整個(gè)尾燈寬度區(qū)域，呈現(xiàn)出了獨(dú)特外觀。與傳統(tǒng)分散式尾燈相比，貫穿式尾燈具有更大光照范圍和更時(shí)尚的外觀，已成為許多車型的標(biāo)志性特征。然而尾燈開裂問題一直困擾著貫穿式尾燈的推廣應(yīng)用，嚴(yán)重影響了其使用壽命和性能。

現(xiàn)有尾燈的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)已基本解決了非外力撞擊造成的開裂問題。但隨著貫穿式尾燈的興起，因其尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這一難題再次出現(xiàn)。為了應(yīng)對貫穿式尾燈開裂問題的挑戰(zhàn)，大量的研究項(xiàng)目致力于了解尾燈開裂的原因，并從材料、結(jié)構(gòu)、制造、運(yùn)輸?shù)确矫嫒胧种贫ㄏ鄳?yīng)對策。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局、保證制造工藝和完善運(yùn)輸措施，可有效解決尾燈開裂問題，為客戶提供更加耐用和可靠的貫穿式尾燈產(chǎn)品。

1 開裂原因

目前，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料廣泛應(yīng)用于汽車尾燈燈罩材料。PMMA 材料也被稱為亞克力，具有出色的透光性、耐候性和耐腐蝕性，并且易于成型。然而，PMMA 材料屬于脆性材料，由于它高分子鏈結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在遇到外力時(shí)容易斷裂而不是變形或延展。當(dāng)PMMA 材料受到應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力無法通過塑性變形或分子鏈滑動(dòng)來分散，而會(huì)集中在局部區(qū)域，形成應(yīng)力集中。一旦應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，裂紋就會(huì)在此處形成，并隨著應(yīng)力的增加迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料斷裂。

PMMA 材料對沖擊、拉伸應(yīng)力和有機(jī)溶劑（如含醇類洗滌液）非常敏感。當(dāng)PMMA 材料與乙醇接觸時(shí)，在乙醇的溶解能力、脆性特性、膨脹性，以及PMMA 材料晶型結(jié)構(gòu)等因素相互作用下，可能導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的積累，最終引發(fā)裂紋。

2 應(yīng)對措施

為了解決PMMA 材料開裂問題，采取了以下一系列措施，目的是從根源上防止PMMA 材料應(yīng)力的產(chǎn)生，以避免發(fā)生斷裂。

2. 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來看，尾燈容易發(fā)生開裂的區(qū)域通常在焊接筋位置、燈罩拼接位置和造型突變位置。為防止開裂問題，這3 個(gè)區(qū)域需要進(jìn)行特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理。

焊接筋位置是指尾燈燈罩與燈殼2 種材料相融合的區(qū)域，該區(qū)域存在持續(xù)的相互作用力，如圖1所示。由圖1 可以看出，位于后風(fēng)擋玻璃下方的區(qū)域特別容易受到乙醇洗滌液的浸入，從而導(dǎo)致開裂。

應(yīng)對這種情況，可以通過在尾燈上增加橡膠條或在后風(fēng)擋玻璃下端增加橡膠條來避免洗滌液的浸入。尾燈增加橡膠條結(jié)構(gòu)如圖2 所示，后風(fēng)擋玻璃增加橡膠條結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

燈罩拼接位置是指雙色燈罩中不同顏色燈罩部分在封膠位置處的結(jié)構(gòu)搭接區(qū)域。在雙色尾燈中，常見的設(shè)計(jì)是將紅色白色或黑色白色的燈罩部分相互搭接。搭接的目的是在2 種顏色的燈罩交接處形成緊密的連接，確保顏色過渡能自然流暢，同時(shí)提升整體外觀質(zhì)量。當(dāng)拼接位置淋到乙醇洗滌液時(shí)可能會(huì)引起開裂，如圖4 所示。

為了應(yīng)對這種情況，可以通過優(yōu)化拼接處的雙色結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來解決。雙色搭接優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖5 所示。讓白片完全覆蓋在紅片（或黑片）部分上方，確保接縫處不會(huì)被洗滌液浸入。該優(yōu)化設(shè)計(jì)既能保持美觀，又可以有效防止開裂問題的發(fā)生。

造型突變位置指燈罩外造型由寬到窄處的折角區(qū)域，如圖6 所示。這類區(qū)域往往造型圓角設(shè)計(jì)比較小。在進(jìn)行燈罩造型設(shè)計(jì)時(shí)，要求圓角不小于1.5 倍半徑的工程需求。這樣的需求旨在保證造型突變位置的圓角半徑達(dá)到一定的最小值，以提高造型的堅(jiān)固度和抗應(yīng)力能力。

2. 2 集成設(shè)計(jì)優(yōu)化

集成設(shè)計(jì)指尾燈集成到車身上的相關(guān)設(shè)計(jì)，主要是安裝與匹配。尾燈的安裝并不需要過多的固定點(diǎn)。尾燈的密封性是通過焊接工藝來實(shí)現(xiàn)的，即將燈罩和燈殼焊接為一體，然后將整個(gè)組件安裝到車身上。因此，如果安裝點(diǎn)過多，會(huì)導(dǎo)致燈體受力過度，從而扭曲和變形，進(jìn)而給燈罩帶來應(yīng)力，可能導(dǎo)致開裂。通常貫穿尾燈長度不超過1.5 m，建議最佳安裝點(diǎn)為5～6 個(gè)，相鄰安裝點(diǎn)間距不少于200mm，安裝點(diǎn)分布如圖7 所示。這樣安裝可使貫穿燈安裝后在不影響間隙面差的情況下使燈罩相對寬松一些，避免應(yīng)力的產(chǎn)生。

在尾燈安裝到車身后，由于季節(jié)變化和塑料材料的熱脹冷縮性質(zhì)，會(huì)給燈罩帶來額外的應(yīng)力。為了解決這個(gè)問題，可以采用滑動(dòng)螺栓及其配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)對?；瑒?dòng)螺栓結(jié)構(gòu)如圖8 所示。在塑料發(fā)生輕微變形時(shí)，滑動(dòng)螺栓可以在其固定結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生一定的位移，以吸收變形量，從而避免產(chǎn)生額外的應(yīng)力。通過這種設(shè)計(jì)，當(dāng)由溫度變化引起尺寸變化時(shí)，燈罩可以更好地適應(yīng)并緩解應(yīng)力的積累。

另外，尾燈需要安裝在車身的尾門鈑金上，而鈑金本身存在公差。如果公差過大，安裝后會(huì)對尾燈施加過大的外部應(yīng)力，增加尾燈開裂的風(fēng)險(xiǎn)。為了控制這種風(fēng)險(xiǎn)，需要合理控制鈑金的公差范圍。結(jié)合鈑金的制造工藝和尾燈可承受的變形范圍，可以將尾燈安裝孔作為一個(gè)局部基準(zhǔn)，將鈑金的一致性控制在±0.25 mm 以內(nèi)。鈑金上尾燈安裝孔公差要求如圖9 所示。

2. 3 制造工藝優(yōu)化

在尾燈的整個(gè)生產(chǎn)過程中，燈罩和燈殼的成型以及焊接都會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力。為了消除這些應(yīng)力，可以采取的處理方法見表1。

除了在生產(chǎn)中要做好應(yīng)力消除，在產(chǎn)品的質(zhì)檢環(huán)節(jié)也要做好相應(yīng)的檢驗(yàn)，質(zhì)檢要求見表2。

2. 4 材料優(yōu)化

PMMA 材料是尾燈燈罩開裂的主要原因之一。為了解決這個(gè)問題，考慮將尾燈燈罩材料更換為常用的聚碳酸酯（PC）材質(zhì)。然而，由于所處的車輛區(qū)域結(jié)構(gòu)限制，無法采用膠水工藝，只能采用焊接工藝。焊接是將2 種材料融化后進(jìn)行結(jié)合，融化會(huì)導(dǎo)致PC 材料形成拉絲狀，在焊接后進(jìn)入燈腔內(nèi)部從而影響外觀。因此，目前的技術(shù)條件無法改變燈罩采用PMMA 材料的現(xiàn)狀。不過可以通過在PMMA 材質(zhì)中添加增韌劑來對PMMA 材料進(jìn)行相關(guān)改性，提升其抗撞擊性。在選用PMMA 材料時(shí)，可以選用一些改性PMMA 材質(zhì)，如PMMAAG100、PMMA 8N 等。

另外，整車在選擇玻璃洗滌液時(shí)應(yīng)注意乙醇體積分?jǐn)?shù)低于30%，并建議在產(chǎn)品使用手冊上添加相關(guān)備注說明。

3 驗(yàn)證

除了采取預(yù)防措施之外，還需要進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證以確保其可靠性。這種驗(yàn)證以整燈形式進(jìn)行，模擬裝車狀態(tài)，考慮車身可能存在的極限公差以及車輛所在的環(huán)境工況等因素，只有通過綜合驗(yàn)證才能確保產(chǎn)品在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性和耐久性。

耐酒精試驗(yàn)方法的試驗(yàn)設(shè)備為復(fù)合振動(dòng)溫濕度試驗(yàn)箱和氣密性檢測儀，試驗(yàn)方法有以下8 個(gè)步驟：① 將燈具置于溫度箱中，保持溫度在65～70 ℃，存儲(chǔ)4 h。② 將燈具從溫度箱取出，并放置在環(huán)境溫度為（23.5±2） ℃的條件下。③ 將燈具模擬整車狀態(tài)，安裝在工裝上。④ 在燈具表面淋灑90% 體積分?jǐn)?shù)的酒精，確保面罩完全被濕潤。⑤ 靜置1 h，并每隔10 min 觀察面罩是否出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。⑥ 進(jìn)行水密測試，檢測燈具的防水性能。⑦ 重復(fù)步驟① 到步驟⑥ ，但在安裝燈具到工裝上時(shí)，在每個(gè)安裝點(diǎn)上采用0.5 mm 厚度的墊片。⑧ 對于每個(gè)安裝點(diǎn)都需要進(jìn)行步驟④和步驟⑥的驗(yàn)證，以確保每個(gè)安裝點(diǎn)都通過墊片模擬車身誤差進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)語

本文深入探討了貫穿式尾燈在使用過程中容易發(fā)生開裂導(dǎo)致進(jìn)水后功能失效的問題，并提出了一系列有效的解決措施。通過分析研究發(fā)現(xiàn)，尾燈產(chǎn)品尺寸較長、注塑后易變形及焊接后的應(yīng)力難以完全消除等因素是導(dǎo)致開裂問題的主要原因。此外，車身鈑金的變形及含有乙醇的后風(fēng)窗玻璃洗滌液的浸潤也會(huì)使開裂問題進(jìn)一步惡化。經(jīng)過一系列改進(jìn)措施的實(shí)踐應(yīng)用后，貫穿式尾燈開裂問題可以得到有效控制，提高了產(chǎn)品使用的可靠性和耐久性。這些改進(jìn)措施不僅為貫穿式尾燈的研發(fā)和制造提供了重要的參考，也對其他類似問題的解決具有借鑒意義。未來，可以進(jìn)一步探索其他可能導(dǎo)致開裂失效的因素，并提出更加全面和有效的解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 王天鵬，范蓉，王華方，等.PMMA 材料開裂失

效研究[J]. 材料化學(xué)前沿，2023，11（3）：63-70.