面向制造的汽車后擾流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案研究

陳孝福 張鵬程

摘 要：本文通過對擾流板設(shè)計(jì)和制造的有機(jī)結(jié)合，從材料選型，產(chǎn)品尺寸、涂裝布局以及Bonding工藝的制造要求上提供了合理設(shè)計(jì)方案。實(shí)踐表明，材料的改變引導(dǎo)制造工藝的改變，擾流板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也會引導(dǎo)制造工藝的改變，只有將合理的材料選擇、制造工藝與設(shè)計(jì)方案進(jìn)行結(jié)合，才能設(shè)計(jì)和制造出讓人眼前一亮的擾流板產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);原材料;涂裝工藝;裝配工藝;擾流板;車身外飾

中圖分類號：U466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

汽車擾流板又稱汽車尾翼，在車輛后端頂部位置，對汽車行駛過程中的空氣動(dòng)力學(xué)、車身穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性等具有顯著的影響[1-3]。近年來，隨著人們對汽車外觀的審美需求變化和性能追求，擾流板產(chǎn)品逐漸發(fā)展成為集功能和外觀于一體的車身零配件，各大主機(jī)廠逐漸將高位制動(dòng)燈、后窗清洗噴嘴、車輛天線等功能性零件集成到擾流板中，這對汽車外飾行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出了更大的挑戰(zhàn)。本文從原材料的選型、產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)、涂裝工藝的開發(fā)以及裝配工藝的設(shè)計(jì)四個(gè)角度出發(fā)，分析了關(guān)鍵工藝要素對擾流板產(chǎn)品質(zhì)量的影響，為車身外飾行業(yè)開發(fā)出尺寸穩(wěn)定、性能優(yōu)異、價(jià)格低廉的汽車后擾流板產(chǎn)品提供一些思考。

1 產(chǎn)品制造工藝的選擇和開發(fā)評估

1.1 原材料選擇

目前市面上的擾流板，普遍要求具有較高的彈性模量、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及良好的耐熱性能[4-5]，因此，擾流板設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要考慮注塑原材料的選型是否能符合設(shè)計(jì)要求。在原材料的選型上，我們需要評估材料成型工藝，企業(yè)開發(fā)成本，制造工藝周期等因素，特別需要注意的是，還有根據(jù)外觀的定義來選擇相應(yīng)的原材料，例如噴漆外觀，高光免噴涂外觀，皮紋外觀等等，不同的外觀要求制造工藝要求也不同，不同原材料的外觀可加工性也不同。目前使用較頻繁的原材料主要集中在PC+ABS、PC+PET、PC+SAN+M20這3款原材料上，這三款原材料具有較好的材料剛性，較好的油漆噴漆性能，良好的抗UV性能，我們列舉了目前市面上不同注塑原材料的各項(xiàng)特性，具體優(yōu)缺點(diǎn)對比情況如表1所示。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們需要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行綜合的考慮。

1.2 產(chǎn)品制造工藝

在擾流板開發(fā)制造階段，需要評估的內(nèi)容主要包含以下內(nèi)容：

從注塑工藝角度上，需要著重考慮擾流板產(chǎn)品尺寸大小和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)在注塑填充方向上尺寸500 mm，壁厚3.2 mm，設(shè)計(jì)選材PC+ABS，但材料流長比在100～150，加上注塑流道長度80 mm，實(shí)際需要填充的長度在580 mm，通過初步分析產(chǎn)品注塑填充存在問題，存在注塑缺料問題，設(shè)計(jì)方案上的變更主要有增加產(chǎn)品壁厚至4.0 mm或者減少產(chǎn)品尺寸至小于400 mm。

同樣在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要避免設(shè)計(jì)較高的筋位，在注塑填充過程中薄且高的筋位會出現(xiàn)注塑填充缺料或者導(dǎo)致較大注塑壓力的情況發(fā)生，注塑工藝窗口會受到較大的限制，同樣對產(chǎn)品外觀如分型線位置外觀造成較大影響。

從涂裝工藝產(chǎn)品需要適應(yīng)自動(dòng)噴涂線要求，噴涂位置的定義需要適應(yīng)機(jī)器人噴涂時(shí)姿態(tài)要求，噴涂噴漆和噴涂旋杯的噴涂角度要求。零件需要設(shè)計(jì)有效的掛點(diǎn)使其能夠固定在工裝夾具上實(shí)現(xiàn)噴涂。如圖1（a）所示兩個(gè)面的夾角僅79°，而制造要求噴涂夾角大于95°，否則噴涂質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。如圖1（b），噴涂面的噴涂角僅52°和21°，而制造要求深孔位噴涂角大于60°，否則噴涂質(zhì)量無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。

目前，主流的擾流板裝配工藝包括焊接工藝和Bonding工藝，此處對較為復(fù)雜Bonding工藝進(jìn)行介紹。從擾流板結(jié)構(gòu)膠粘接工藝出發(fā)，通常設(shè)計(jì)者角度需要結(jié)合產(chǎn)品要求或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)膠選擇，并有效結(jié)合結(jié)構(gòu)膠粘接工藝要求，做結(jié)構(gòu)上的針對性設(shè)計(jì)。如需要基于零件間連接強(qiáng)度，外觀要求，失效模式要求來進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠型號選擇，涂膠軌跡定義，膠寬膠厚定義，失效模式比例定義，防水性要求定義，材料和膠水適配性評估，Bonding壓合方向設(shè)計(jì)。在膠水的選型上可以參照表2的適配性檢驗(yàn)表。

在Bonding工藝中我們通常采用的機(jī)器人自動(dòng)涂膠工藝，自動(dòng)壓合，加熱固化，常溫靜置的工藝。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要適應(yīng)Bonding生產(chǎn)的需要，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要滿足工裝設(shè)備的定義要求，能將產(chǎn)品固定在工裝設(shè)備上并且達(dá)到定位的精度，通常我們需要控制產(chǎn)品在工裝夾具上XYZ三個(gè)方向的定位，需要設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)用于工裝設(shè)備對產(chǎn)品的定位，常見的定位方式有機(jī)械結(jié)構(gòu)定位，胎膜塊定位配合吸盤定位，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)需要評估空間是否滿足要求，結(jié)構(gòu)是否可靠，需要設(shè)計(jì)可靠的結(jié)構(gòu)用于產(chǎn)品的定位。目前擾流板Bonding設(shè)備方案包括固定式工作站和柔性生產(chǎn)線，在不同的自動(dòng)化程度下對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求也有差異，主要集中在產(chǎn)品在胎膜上的定位間的差異。如圖2（a）是Bonding工作站，圖2（b）是柔性Bonding生產(chǎn)線。

通常采用結(jié)構(gòu)膠粘接方式的擾流板需要加熱固化，增加固化效率，快速達(dá)到下線粘接強(qiáng)度，而加熱方式通常使用熱風(fēng)加熱、紅外燈管加熱和電阻絲加熱不同的加熱方式也具有不同的特點(diǎn)，如加熱效率，加熱溫度的均勻性，加熱設(shè)施布置。

2 結(jié)束語

本文通過對擾流板設(shè)計(jì)和制造的有機(jī)結(jié)合，剖析材料選型，外觀要求以及最為復(fù)雜的Bonding工藝上提供了設(shè)計(jì)方案，也正是有了這些有機(jī)結(jié)合才能讓我們擾流板設(shè)計(jì)更加自由，也讓制造方案更加容易實(shí)現(xiàn)。

從目前市場來看，SUV和MPV仍是擾流板的主要市場，但是在未來的汽車變革中，擾流板在轎車上也將得到新的發(fā)展。同樣靜態(tài)擾流板也可能無法滿足消費(fèi)者日益增長的需求了，主動(dòng)式擾流板也許會打開更多的市場，而擾流板設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)離不開制造，只有通過設(shè)計(jì)和制造的有機(jī)結(jié)合才能打造出我們需要的產(chǎn)品。

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