汽車門內(nèi)護(hù)板設(shè)計及工藝研究

陶云蘭

【摘 要】文章主要介紹了汽車內(nèi)飾件車門內(nèi)板設(shè)計中常用的設(shè)計方法、生產(chǎn)工藝及低VOC材料的應(yīng)用，根據(jù)筆者多年從事汽車門板零部件設(shè)計開發(fā)及其材料成型應(yīng)用的經(jīng)驗，從車門內(nèi)護(hù)板總成開發(fā)流程、結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)工藝和材料應(yīng)用方面提出了對門護(hù)板設(shè)計的一些看法和建議。

【關(guān)鍵詞】門護(hù)板;設(shè)計;材料;包覆;注塑成型

【中圖分類號】TQ325.14 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）08-0053-03

0 前言

隨著汽車消費市場需求向個性化、智能多元化、時尚化演變，汽車的駕駛艙內(nèi)擁有時尚、精致、舒適的內(nèi)飾一體化設(shè)計成為消費者購車的重要因素，而汽車門護(hù)飾板作為汽車內(nèi)飾覆蓋件中的關(guān)鍵零件，如何將汽車門護(hù)板的外觀與多功能一體化、模塊化，成為汽車駕駛艙內(nèi)設(shè)計的研究課題。

1 汽車門護(hù)板的設(shè)計

車門內(nèi)護(hù)板總成是指裝在門內(nèi)板上，用于遮擋門內(nèi)鈑金，并給乘員提供便利性、舒適性的內(nèi)飾總成件，在發(fā)生側(cè)碰時，通過門內(nèi)護(hù)板合理結(jié)構(gòu)和造型設(shè)計可減少乘員被傷害的覆蓋件。門內(nèi)飾板總成除門內(nèi)飾板本體外，其自身裝配的零件非常多，主要有上護(hù)飾件、中飾板、扶手飾板、車窗控制開發(fā)裝飾面板、拉手盒、內(nèi)扣手總成、地圖袋和揚(yáng)聲器罩、吸能塊、吸音棉，和它存在搭接配合關(guān)系的零部件主要有儀表板、車門鈑金、車窗水切條，由于門護(hù)板總成是一個集成化較高、裝配工序較多，工藝多樣的功能件和其艙內(nèi)裝飾外觀件，其表面皮紋紋理及軟包件的顏色、觸感均需與艙內(nèi)設(shè)計呼應(yīng)，其CMF定義也尤其重要。

1.1 設(shè)計開發(fā)流程

（1）造型分析：根據(jù)主機(jī)廠的鈑金邊界條件汽車艙內(nèi)功能要求和法規(guī)設(shè)計要求進(jìn)行門護(hù)板A面造型和模型驗證，落實色彩定義和材質(zhì)定義。

（2）工程設(shè)計：結(jié)合A面造型設(shè)計要求，進(jìn)行人機(jī)布置，展開結(jié)構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行CAE分析和DTS定義，生成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（3）產(chǎn)品工程結(jié)構(gòu)分析：對產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合模具分析和生產(chǎn)工藝分析可行性，例如卡扣位、搭接結(jié)構(gòu)布局及模具注塑拔模角、分型線、包覆工藝的可制造性和可裝配性、合理性。

（4）軟工裝制作：根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)，開發(fā)快速成型件（RP件/3D打印件）作為非模具開發(fā)前的驗證，試制零件之間搭接間隙要求、造型感官要求，評審結(jié)構(gòu)、裝配、外觀的合理性。

（5）OTS樣件開發(fā)：啟動生產(chǎn)模具、工裝、夾具的制作，通常表皮為蝕紋件的模具型芯、型腔采用鋼材為SW318/2738鋼材模，表面需進(jìn)行電鍍工藝的模具型芯型腔采用H316/

NAK80鋼材模具和材料、產(chǎn)品的DV/PV實驗驗證確認(rèn)。

（6）整車工裝樣件造車：主機(jī)廠整車裝配/上TAC檢具進(jìn)行尺寸確認(rèn)，通過造車配合驗證整車工況，并驗證門護(hù)板的耐候性能和尺寸穩(wěn)定性，確保整車工況性滿足銷售要求。

（7）持續(xù)改善：造車穩(wěn)定后，整車持續(xù)改善降本，并開展項目經(jīng)驗總結(jié)。

1.2 門內(nèi)飾板設(shè)計原則

汽車門內(nèi)飾板屬于汽車內(nèi)飾大型覆蓋件之一，造車時與其匹配功能件及總成搭接件眾多，所有零件根據(jù)GD@T圖設(shè)計，門內(nèi)護(hù)板總成是由多個子零件相互裝配后形成總成件，其配合的零件的制造誤差最終將累計到門內(nèi)護(hù)板總成上。因此，各子零件匹配搭接設(shè)計比較重要，下面就配合關(guān)系的主要零件展開以下分析。

1.2.1 門護(hù)板主體設(shè)計

門護(hù)板基材主要由PP-T20/T25材料注塑成型。

（1）地圖袋口寬度為了滿足使用交互性及滿足模具制造工藝要求，一般寬度設(shè)計要求≥45 mm，拔模角度設(shè)計≥12°

（2）按照《QC-15汽車門內(nèi)飾板總成技術(shù)要求》中門護(hù)板地圖袋口局部鋼性要求垂150 N的負(fù)載，同時滿足內(nèi)飾第一視角外觀要求情況，地圖袋口內(nèi)側(cè)通常設(shè)計4根高度為3 mm、間距為5 mm左右的加強(qiáng)筋滿足地圖袋，具體設(shè)計如圖1所示。

（3）原則上產(chǎn)品壁厚設(shè)計控制在2.5～3.0 mm，產(chǎn)品壁厚過渡不均，如局部壁厚過薄，整車工況，特別低溫條件落球強(qiáng)度不足，產(chǎn)品易產(chǎn)生開裂問題，同時產(chǎn)品表面容易出現(xiàn)泛白花斑問題。

1.2.2 門飾板主體揚(yáng)聲器網(wǎng)罩設(shè)計

揚(yáng)聲器罩直接覆蓋于揚(yáng)聲器上，滿足揚(yáng)聲器擴(kuò)音的需求同時能保護(hù)揚(yáng)聲器并且能夠攏音讓來自揚(yáng)聲器的聲音從揚(yáng)聲器罩傳出去。①為滿足模具設(shè)計和注塑工藝要求，喇叭網(wǎng)孔孔徑R設(shè)計≥1.4 mm（通孔），孔距T設(shè)計≥2.3 mm，喇叭網(wǎng)孔的通孔率一般要求≥35%。如圖2所示，開孔為圓孔，則60°角錯開排列，獲得開孔面積最大化，滿足高和中低音揚(yáng)聲器擴(kuò)音要求。②揚(yáng)聲器網(wǎng)罩開孔要求：孔分模線定在離孔表面距離1 mm處，上下模拔模角度設(shè)計6°以上;③邊界孔布局要求：若在50%～30%標(biāo)準(zhǔn)孔范圍，孔深度設(shè)計在0.8 mm，若在32%～25%標(biāo)準(zhǔn)孔，孔深度設(shè)計在0.4 mm，若小于標(biāo)準(zhǔn)孔的25%，通常不再開孔。④揚(yáng)聲器網(wǎng)罩邊界特征：槽底部寬度一般設(shè)計為1 mm，表面圓角≥0.5 mm。

1.2.3 門護(hù)板的卡扣座設(shè)計

卡扣座卡孔D與卡扣頸部直徑d的關(guān)系：對于一般非定位卡扣座D=d+2 mm，定位用卡扣D=d+1 m，裝配開口導(dǎo)向角度≥60°，滿足裝配要求;卡扣的安裝開口方向避免選擇偏向Z負(fù)方向，盡量Z正向和X向，開口不能距離側(cè)壁或其他結(jié)構(gòu)過近，否則裝配困難，還存在運(yùn)輸過程卡扣易掉落的問題。

1.2.4 門護(hù)板的自攻釘BOOS柱設(shè)計

（1）門護(hù)板一般采用ST3.5X9.5和ST4.2X13.5自攻螺釘。不同材料的自攻螺釘柱標(biāo)準(zhǔn)參考表1。

（2）自攻螺釘柱加強(qiáng)筋設(shè)計：斜面與出模角度推薦30°最小不小于15°，頂端長度為5 mm，筋膠厚統(tǒng)一為0.8 mm。根部倒R1。

（3）自攻螺釘柱孔的底面與零件底面的距離：PP類零件為0.8 mm，ABS＼PC類零件為1 mm。

（4）自攻螺釘柱防縮水：建議如圖3所示，先將產(chǎn)品基本料厚減薄，當(dāng)減薄不起作用時可以修模，通過加厚方式防縮水。

1.2.5 門護(hù)板子零件間匹配搭接設(shè)計

（1）上飾板、中飾板、地圖袋與門板主體搭接通常先卡扣預(yù)裝，防止出現(xiàn)焊接前零件間脫落移位問題，再通過熱鉚焊接，將彼此膠熔固定。

（2）地圖袋與門護(hù)板主體搭接通采用握手結(jié)構(gòu)，規(guī)避間隙不均問題。

（3）扶手、中飾板（通常為軟包覆件）與門板主體三件匹配的交叉處，容易出現(xiàn)錯位或漏光問題，在滿足TDS定義間隙范圍內(nèi)，通常在原設(shè)計間隙基礎(chǔ)上減少0.5～1 mm。

（4）上飾板與門板主體配合，翻邊容易與鈑金對不整齊，在設(shè)計需要增加可接結(jié)構(gòu)在產(chǎn)品Y向保證翻邊對齊。

1.2.6 門飾板軟包件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）上飾板、中嵌飾板設(shè)計：以造型滿足可包覆性為主要要求設(shè)計，考慮軟包料層的厚度及壓縮量與骨架結(jié)構(gòu)的一致性，防止在凹陷轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)缺陷（如氣泡或表皮包覆不牢、產(chǎn)生折皺及包覆困難），在設(shè)計時需重點考量產(chǎn)品造型結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免尖角、高度落差很大的結(jié)構(gòu)，R角弧通常≥20 mm。

（2）上飾板為滿足顧客舒適體驗，目前基本采用IMG陰膜成型，硬塑件與軟質(zhì)零件配合需進(jìn)行干涉量設(shè)計，涉量約1 mm，螺釘連接區(qū)域泡沫層厚度設(shè)計最大不得超過1 mm，確保包覆后與門板板總成形成一致性狀態(tài)，保證裝配間隙均勻且一致。

（3）上飾板與下飾板搭接設(shè)計：圓角配合形成“V”形間隙，通常上飾板設(shè)計高出中飾板3 mm，隱藏“V”口。

（4）扶手骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計：扶手的尺寸相對較小，其所處門護(hù)板總成，90%扶手設(shè)計有單/雙縫紉線及兩側(cè)R角較小時，考慮包覆面套的拉伸性能不能超差120%，以防止面套破損。

（5）門板扶手包覆件圓角及斜率按扶手投影面10倍率設(shè)計，以滿足包覆工藝要求。

（6）反包邊余量要求：壓接式結(jié)構(gòu)包邊余量等同翻邊長度即可，對接式結(jié)構(gòu)，包邊余量為翻邊的2倍，確保裝配后外觀的完整性。

（7）扶手雙拼縫紉線對應(yīng)骨架需設(shè)計避讓槽，槽高為0.8～1 mm，槽寬通常為雙拼線寬度1.5倍。

2 門護(hù)板軟包件材料選擇

（1）門飾板的上飾板采用陰模吸覆成型工藝，對應(yīng)的包覆面料為TPO表皮+PPF層，其中TPO層厚度為1～1.5 mm，PPF層厚度為3.5～4.5 mm。

（2）扶手、中飾板通常采用表皮真空吸附或手工包覆，對應(yīng)的包覆材料主要為機(jī)織紡織布、PVC、PU或真皮，這些包覆材料滿足乘客體驗舒適感，通常采用PVC+PU泡+水刺/針刺無紡布的復(fù)合面料，皮革厚度為1～1.2 mm，PU海綿為30 kg/m3，總厚度為4.5～6 mm。

（3）膠黏層：包覆材料可以用多種方式包覆到骨架上，常用的有水性膠和油性膠。

（4）選擇門護(hù)板各子零件材料時，主要檢驗產(chǎn)品的耐候性、尺寸穩(wěn)定性、耐磨性、耐沾污性、VOC氣味等指標(biāo)，特別是汽車室內(nèi)空氣質(zhì)量直接影響車內(nèi)成員身心健康，更是目前的關(guān)注重點。

3 門板生產(chǎn)工藝簡述

（1）汽車門生產(chǎn)工藝主要分為硬塑、吸塑、半硬泡軟質(zhì)，涉及工藝流程大同小異，近幾年高質(zhì)感、高體驗、性價比高的特點難點工藝體現(xiàn)在如下幾大工藝：①扶手、中飾板、上飾板都進(jìn)行包覆，涉及機(jī)器人自動噴膠集成工藝;難點為膠管堵塞、膠槍堵塞;解決要點為供膠管采用防腐特氟龍管作為供膠管，膠水罐采用直供一體氣壓密封膠水罐。②中飾板采用INS工藝，通過將薄膜輸送到成型區(qū)加熱，再將薄膜壓緊于凹凸模腔之間，然后通過模具抽真空，得到炫彩可透過漸變的各種紋理飾板，改變內(nèi)飾風(fēng)格;難點為薄膜定位拉伸受限，需進(jìn)一步改善。

（2）門護(hù)板總成的低氣味、低VOC材料工藝過程管控。①選擇低VOC、低氣味的原材料，門護(hù)板總成組成材料中的PP材料占比在80%以上，因此重點在管控PP料制成工藝和配方。②注塑過程管控，采用低溫注塑，熔膠溫度盡量控制在210°以下，高溫加工導(dǎo)致小分子物質(zhì)含量增加，如圖4所示的過程驗證數(shù)據(jù)。③減少儲料量，儲料量過多，在料筒停留時間長。④脫模劑減少使用，脫模劑一般為硅系列，屬于低分子量化合物，加熱后易揮發(fā)，增加氣味。⑤不使用剛開機(jī)樣件，模具使用后一般會涂潤滑油保護(hù)，再次使用時，邊緣清理不干凈，會造成殘留，剛開機(jī)會將殘留的潤滑油復(fù)制在樣件上。⑥在注塑過程中產(chǎn)生的水口料禁止破碎后回?fù)皆诓牧现欣^續(xù)使用，材料二次加工會造成材料加速降解。

4 結(jié)論

汽車門護(hù)板總成作為汽車內(nèi)飾的主要覆蓋件之一，除了美觀外，其舒適、隔音、低氣味、低VOC含量也成為汽車門內(nèi)飾護(hù)板總成的必要要求，汽車門護(hù)板的設(shè)計和工藝及材料的選擇更趨向高性價比、高體驗感、環(huán)保要求，目前汽車內(nèi)飾門護(hù)板設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用在汽車行業(yè)較為成熟，但是汽車門護(hù)板材料低VOC、低氣味、輕量化、智能化、集成化是我們正在開展的研究課題，目前國內(nèi)外對于智能集成應(yīng)用研究已經(jīng)長達(dá)5年，但因成本高，實施技術(shù)難度大還未能普及應(yīng)用，希望在不久的將來，此方面的技術(shù)應(yīng)用能區(qū)域成熟化。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李尹熙.汽車用非金屬材料[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1999.

[2]李尹熙.淺談汽車材料回收利用[J].汽車工藝與材料，1999（12）：23-24.

[3]李光耀.汽車內(nèi)飾件設(shè)計與制造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.