復(fù)合材料后背門在某純電動SUV上的應(yīng)用

楊菲菲，姜海，孫鵬翔

1.中國第一汽車集團股份有限公司 吉林長春 130000

2.一汽-大眾汽車有限公司 吉林長春 130000

隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，汽車安全性能不斷改進，電器元件以及電動驅(qū)動系統(tǒng)部件不斷增多，使得汽車整備質(zhì)量不斷提高。然而，在能源短缺、環(huán)境污染等問題日趨嚴重的背景下，國家對汽車排放要求愈加嚴格，車輛的節(jié)能減排已成為目前車企的重要完成指標。據(jù)汽車工業(yè)不完全數(shù)據(jù)統(tǒng)計，車輛整備質(zhì)量每減重10%，燃油消耗量將降低6%～8%，CO2的排放將降低5%～6%，因此，汽車輕量化對節(jié)能減排具有重要意義[1]。由于復(fù)合材料的密度為0.9～1.5g/cm3，遠低于目前廣泛使用的鋼、鋁材質(zhì)的密度，所以在保證產(chǎn)品外觀、尺寸及使用性能要求的前提下，使用復(fù)合材料的后背門是汽車輕量化的有效途徑。

應(yīng)用現(xiàn)狀

復(fù)合材料后背門的發(fā)展依托于新型材料的誕生。復(fù)合材料后背門主要分為三大類：全熱固性塑料后背門、熱固性塑料內(nèi)板和熱塑性塑料外板、全熱塑性全塑后背門[2]。

第一代的復(fù)合材料后背門為全熱固性塑料，內(nèi)板和外板為SMC材質(zhì)。由于SMC材質(zhì)的密度高，減重效果一般，因此受撞擊后容易開裂，材料回收難度大。同時它在土壤中難以分解，易對環(huán)境產(chǎn)生污染，第一代的后背門基本已經(jīng)被淘汰。

第二代的復(fù)合材料后背門內(nèi)板使用SMC材質(zhì)，外板使用PP改性材料或TPO熱塑性材料。由于外板是熱塑性材料，使得外形的設(shè)計更加自由化，所以方便實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，有利于降低生產(chǎn)成本。同時它具有良好的彈性，輕微碰撞可復(fù)原，降低了維修成本，目前仍有部分主機廠在使用第二代后背門。

第三代復(fù)合材料后背門的內(nèi)板為長玻纖增強PP（PP+LGF30或PP+LGF40），外板使用PP改性或者TPO等熱塑性材料。第三代的后尾門具有第二代的所有優(yōu)點，且由于內(nèi)板為增強PP，質(zhì)量較第二代更輕，加工工序更少，降低了生產(chǎn)成本，是目前主流應(yīng)用產(chǎn)品。

結(jié)構(gòu)介紹

某純電動SUV復(fù)合材料的后背門總成，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為內(nèi)板、下外板及上擾流板，如圖1所示。內(nèi)板采用內(nèi)嵌加強板注塑工藝，材質(zhì)為PP+GF40，內(nèi)嵌的加強鋼板之間采用玻纖帶連接，防止后背門受到撞擊時發(fā)生肢解性破壞，造成人員二次傷害，如圖2所示。下外板及上擾流板材質(zhì)為PP+EPDM-TD30，采用注塑工藝注塑成型。內(nèi)板、下外板及上擾流板之間用A/B結(jié)構(gòu)膠進行粘合，膠合軌跡如圖3藍色線條所示。

圖1 后背門總成

圖2 內(nèi)板

圖3 涂膠軌跡

生產(chǎn)過程

后背門內(nèi)板的生產(chǎn)過程主要是嵌件注塑。把鉸鏈、鎖及電動撐桿的金屬加強板放到注塑模具中進行注塑，注塑完成后在內(nèi)板上完成玻纖帶、拉鉚螺母等附件的裝配，之后轉(zhuǎn)入BONGDING區(qū)，進行膠合。下外板與上擾流板的生產(chǎn)過程基本相同，采用普通注塑，注塑后用擋膠膠帶沿著涂膠軌跡進行遮蔽，然后送入涂裝車間進行噴涂。噴涂后去掉擋膠膠帶轉(zhuǎn)入BONGDING區(qū)，進行膠合，具體流程如圖4所示。

在BONGDING區(qū)，通過對內(nèi)板、下外板及上擾流板涂膠區(qū)域的清洗，機械手持火焰槍沿著下外板及上擾流板的涂膠軌跡激活處理后，進行機器人涂膠。涂膠后機械手把裝有下外板及上擾流板的胎具轉(zhuǎn)移至壓合區(qū)，在一定的溫度、壓力下，對內(nèi)板、外板及上擾流板進行壓合，180s后完成后背門分總成的生產(chǎn)，如圖5所示。

分總成轉(zhuǎn)入總成裝配區(qū)后，進行水密檢測、鉸鏈安裝、線束裝配以及玻璃底涂等工作，最終完成后背

圖4 預(yù)裝分配流程

圖5 尾門分總成生產(chǎn)流程

門總成的生產(chǎn)，具體如圖6所示。

圖6 后背門生產(chǎn)流程

解決方案

在Audit外觀評審中，后背門總成的下外板左/右兩側(cè)存在壓力線，其原因為下外板的B面為了布置涂膠膠路，設(shè)計了doghouse結(jié)構(gòu)，如圖7所示。在注塑料流填充過程中，當(dāng)經(jīng)過doghouse時，料流發(fā)生改變，當(dāng)兩股熔料相遇后，由于不平衡流動的影響，熔體向阻力小的方向移動，最后兩股熔料壓力達到平衡，在doghouse尖角處匯合，填充停止后在產(chǎn)品表面形成凸起，形成壓力線，如圖8所示。

圖7 doghouse結(jié)構(gòu)

圖8 壓力線

為了能夠改善外觀缺陷，達到評審要求，制定了以下三個措施。

1）調(diào)整注塑工藝，在順序填充時降低了注塑速度，料流經(jīng)過doghouse時，由保壓代替注射，進行填充，如圖9所示。

2）結(jié)構(gòu)上在尾燈槽內(nèi)增加阻流槽，避免尾燈槽區(qū)域上、下側(cè)串流，阻流槽壁厚由3mm減為1mm，如圖10所示。

3）由于在填充時，doghouse尖角匯合處壓力線伴隨著困氣缺陷，所以加重了壓力線，通過在模具上增加排氣，開設(shè)排氣槽，使得困氣消除，壓力線減輕，如圖11所示。

圖9 模流分析

圖10 阻流槽

圖11 困氣現(xiàn)象

綜上所述，通過采取三項措施，有效地弱化了壓力線，達到了評審的標準。

結(jié)語

純電動汽車是目前及未來汽車行業(yè)的主要發(fā)展方向，輕量化是純電動汽車發(fā)展的必然選擇[3]。以復(fù)合材料代替鋼制背門，是實現(xiàn)汽車輕量化的有效途徑。本文中某純電動SUV復(fù)合材料后背門與鋼制背門在質(zhì)量上進行對比，鋼制材料約為29.1kg，復(fù)合材料約為20.9kg，實際減重8.2kg，減重比達28%，對整車輕量化目標的實現(xiàn)做出了極大貢獻。

目前復(fù)合材料的后背門在國內(nèi)處于剛起步階段，仍存在成本高、開發(fā)經(jīng)驗欠缺以及客戶對產(chǎn)品性能存在質(zhì)疑等問題。但是，隨著國家節(jié)能減排要求日趨嚴格，復(fù)合材料后背門技術(shù)不斷完善，以及其擁有外形自由、美觀等特點，復(fù)合材料后背門必將被用戶廣泛接受。