淺談分體式后擾流板的設(shè)計與應(yīng)用

蔣丕平　裴鐳

摘 要：文章主要闡述了后擾流板總成注塑成型工藝及其結(jié)構(gòu)設(shè)計，簡單介紹多種后擾流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工藝，結(jié)合成本、外觀質(zhì)量、設(shè)計強度等方面，詳細介紹一種分體式后擾流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：后擾流板 結(jié)構(gòu)設(shè)計 注塑成型

1 引言

汽車后擾流板常被稱為尾翼，一般安裝在SUV車型及運動型轎車的尾部，用于汽車尾部的裝飾，能夠體現(xiàn)汽車運動化的造型風格。汽車后擾流板在設(shè)計上主要有以下功能：①作為空氣動力學(xué)部件之一，通過改善汽車尾流提高整車氣動性能[1]，減少車輛高速行駛時的上浮力節(jié)省燃料，保障汽車高速行駛時的穩(wěn)定性[2]。②同時為高位剎車燈提供安裝位置。③提供尾門玻璃洗滌噴嘴的安裝位置。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車造型風格越來越趨于年輕化，為滿足年輕化群體的需求，后擾流板的設(shè)計也越來越趨于多樣化，為滿足不同方案的設(shè)計需求，需采用不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)造型風格。本文主要介紹了分體式后擾流板的總成方案，并對其結(jié)構(gòu)設(shè)計及其要求進行說明。

2 后擾流板總成設(shè)計

行業(yè)內(nèi)根據(jù)后擾流板的成型方式不同，主要分為吹塑成型和注塑成型。吹塑成型雖然有結(jié)構(gòu)簡單，工藝簡單，模具成本低等優(yōu)點;但是工序相對來說比較復(fù)雜，產(chǎn)品需要100%打磨，一次性合格率低，材料利用率低，外觀質(zhì)量較差。

注塑成型又可分為單層注塑成型和雙層注塑成型。單層注塑成型工藝簡單，重量輕，成本低，但是單品的剛性比較弱。雙層板注塑的后擾流板即分體式后擾流板總成，該成型方式將產(chǎn)品分為內(nèi)外板兩層結(jié)構(gòu)，雖然質(zhì)量較大，工裝及設(shè)備投入較大，但可滿足造型復(fù)雜多變的需求，外觀感知質(zhì)量較好，常用于中高端車型。分體式后擾流板總成的結(jié)構(gòu)形式可分為雙層板+焊接成型、雙層板+粘接成型兩種結(jié)構(gòu)形式。

2.1 雙層板+焊接成型后擾流板總成

采用雙層板+焊接方式的后擾流板常見于SUV車型。該結(jié)構(gòu)可以解決單層板結(jié)構(gòu)設(shè)計強度不足、剛性弱等問題。在安裝時采用機械方式緊固與車身鈑金連接，機械方式緊固主要是采用螺栓或卡扣與車身鈑金進行連接（如圖1、圖2所示），內(nèi)外板之間則是采用振動熔接進行連接。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，裝配過程中需從背門內(nèi)部進行組裝，安裝操作便利性差。并且采用專門的焊接設(shè)備，對于產(chǎn)量較小的車型來說，投入成本較大。

2.2 雙層板+粘接擾流板總成

采用雙層板設(shè)計時，如果外板一體成型，則不能滿足造型方案不同顏色的需求。結(jié)合造型方案及成本考慮，在滿足剛性需求的情況下，可采用雙層板+粘接結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)不同效果的造型方案。本文以某車型后擾流板總成設(shè)計為例，重點介紹該總成結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

2.2.1 后擾流板總成的組成

后擾流板總成的主要包括外板、內(nèi)板、側(cè)翼、安裝蓋板、定位卡扣、安裝卡扣、粘接膠條等組成（如圖3所示）。內(nèi)板顏色可以根據(jù)造型方案需求噴涂不同顏色，實現(xiàn)內(nèi)外板顏色的多樣化。

2.2.2 后擾流板的總裝方式

該后擾流板總成采用一個定位插銷、2個卡扣組件、4顆螺栓與背門外板鈑金鏈接。安裝時先利用定位插銷沿著插銷方向插入預(yù)先安裝在鈑金中的卡扣中，再將兩側(cè)卡扣卡入鈑金，卡扣卡入后可實現(xiàn)預(yù)安裝作用，然后再將螺栓從車輛后方打入鈑金，無需將背門打開即可實現(xiàn)安裝，最后將安裝孔蓋扣入后擾流板內(nèi)板。此安裝方式簡單、快捷，適用于中期改款車型在車身背門鈑金最小改動的情況下新設(shè)追加后擾流板。

2.2.3 后擾流板本體的設(shè)計

后擾流板的本體由內(nèi)板、外板、側(cè)翼及安裝孔蓋組成。內(nèi)外板之間通過4顆螺釘及雙面膠鏈接，螺釘將內(nèi)外板緊固后，螺釘與外板的安全距離設(shè)置在3.0mm（如圖4所示），這樣可以盡可能地降低螺釘座與外板的距離，增加緊固后的強度。

為保證螺釘安裝座的強度，安裝座根部追加R2以上的圓角以減少應(yīng)力集中，降低開裂風險。在內(nèi)外板與背門鈑金搭接處設(shè)計緩沖泡棉，可以避免在安裝過程中后擾流板刮掉車身鈑金的漆面;同時可以消除車輛行駛過程中后擾流板與背門鈑金之間相互碰撞產(chǎn)生的異音。內(nèi)板與背門玻璃搭接的地方也同樣設(shè)計有緩沖泡棉，以消除安裝過程中后擾流板對背門玻璃的刮擦及行駛過程中的異響。

外板在設(shè)計時為了增加汽車尾部的下壓力，降低汽車的升力[3]，通過風洞試驗將其與L向下傾的角度設(shè)置為13.3°。此設(shè)計方式可以降低車輛行駛過程中背門處的風阻系數(shù)，增加車輛行駛的穩(wěn)定性，提高燃油經(jīng)濟性。在設(shè)計內(nèi)板時，考慮到水汽會凝結(jié)在內(nèi)外板之間形成的空腔內(nèi)形成水滴，所以在內(nèi)板最低處設(shè)置直徑為5mm的排水孔（如圖5所示）。同時內(nèi)板與背門雨刮距離較近，為防止雨刮在作動過程中與內(nèi)板產(chǎn)生干涉，設(shè)計時內(nèi)板與背門雨刮包絡(luò)距離需大于10mm。內(nèi)外板在L方向懸出尾門鈑金的長度，需通過CAE分析，在端部施加5kg的載荷后確保變形量在2.0mm以下。同時在保證洗車作業(yè)時后擾流板不脫落，在設(shè)計時需通過4點以上螺栓締結(jié)的方式與背門鈑金連接。

2.2.4 安裝孔蓋的設(shè)計

安裝孔蓋直接設(shè)計在后擾流板的內(nèi)板上，通過卡扣與內(nèi)板緊固（如圖4所示），能夠方便拆裝。為了防止孔蓋安裝后突出內(nèi)板表面形成段差，在設(shè)計時孔蓋的表面相對于內(nèi)板的表面低0.5mm。安裝孔蓋與內(nèi)板的安裝配合的卡爪的卡接量，為保證卡接強度，將卡接量設(shè)計在2mm。安裝孔蓋是為了遮蓋螺栓安裝空間而設(shè)計的。在設(shè)計時，需考慮螺栓的安裝空間需求，根據(jù)螺栓尺寸而采用工具的安裝空間大小預(yù)留直徑23mm的安裝工具空間，并保證安裝軌跡不與安裝孔蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉。同時考慮后擾流板的安裝操作方便性，在設(shè)計安裝孔蓋時在上部邊界設(shè)計開啟口。

2.2.5 后擾流板側(cè)翼的設(shè)計

后擾流板側(cè)翼采用PMMA免噴涂材料，其定位方式采用3個長方形的插銷進行定位，中間定位銷控制上下左右方向，兩側(cè)的2個定位銷控制左右方向。緊固方式采用2個螺釘組合件與內(nèi)板本體連接（如圖6所示），同時通過熱熔方式與內(nèi)板連接。在與內(nèi)板配合處采用雙面膠進行粘接，以保證裝配后的外觀感知質(zhì)量。在側(cè)翼與背門玻璃的配合處設(shè)置有緩沖泡棉，能夠在消除安裝過程中與玻璃的刮擦及行駛過程中的異音。

3 結(jié)語

為滿足消費者個性化需求，目前汽車行業(yè)設(shè)計更新迭代速度逐步加快，需要在較短的開發(fā)周期內(nèi)以較低的開發(fā)成本實現(xiàn)安裝簡單、結(jié)構(gòu)強度可靠的個性化造型設(shè)計。分體式擾流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計，即雙層注塑+粘接的結(jié)構(gòu)形式，在既能滿足設(shè)計的強度要求，滿足設(shè)計品質(zhì)的同時，又可實現(xiàn)造型風格的多樣化需求，相比于雙層注塑振動焊接結(jié)構(gòu)方式，能夠避免投入較多的工裝設(shè)備，降低開發(fā)成本，可適用于中小改款車型開發(fā)，提高開發(fā)效率。

參考文獻：

[1]黃永輝.基于CFD的汽車外流場數(shù)值模擬及車身造型優(yōu)化[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

[2]任斌.后擾流板對汽車空氣動力學(xué)特性影響的模擬研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2008.

[3]任斌，趙又群.后擾流板攻角對汽車氣動特性影響的模擬研究.現(xiàn)代交通技術(shù)，2009（4）：98-101.