汽车塑料外饰件的设计

1汽车塑料外饰件的设计二．汽车外饰件简介汽车外饰件主要指前后保险杠、轮口、进气格栅、散热器面罩、防擦条等通过螺栓和卡扣或双面胶连接在车身上的部件。在车身外部主要起装饰保护作用，及开启等功能。汽车外饰件在车身上主要位置及大致形状见图一。1．前保险杠，后保险杠，散热器面罩，前后轮口，侧饰条，防擦条，后视镜，进气格栅，背门饰板，车门外开手柄，扰流板，行李箱手柄三．汽车塑料外饰件设计标准由于汽车的特殊功能，外饰件设计必须坚持标准化，系列化，通用化的“三化”设计原则，同时满足合理性，先进性，维修方便性，可靠性，经济性，制造工艺性“六性”要求。3.1产品“三化”设计根据设计车型将要投放国家地区的不同，设计过程中必须全面贯彻执行当地的法规标准。在造型设计之初产品设计师须学习了解相关法规标准并以此为依据进行设计。这主要包括前保险杠上牌照安装孔间距尺寸规定，是否需欲留雾灯安装孔，外部突出物表面圆角及开口尺寸等相关要求。另外有关散热器面罩迎风面积是否满足发动机，空调制冷要求，需在设计发布前得到相关部门认可。充分考虑系列化产品的发展，零件安装固定尽量采用统一的螺栓螺母及卡扣等连接件，或通用其他车型的固定件，提高零件通用化程度，保证维修安装的方便性。3.2材料的确定3.2.1材料种类确定塑料的种类繁多，目前汽车上广泛采用的主要是一些TPO，PP，ABS，PA6/PA66。根据汽车外饰件不同的功能，使用工况，大致如下：汽车外饰件材料一览表序号零件材料1/2保险杠TPO(热塑性聚烯烃)23散热器面罩ABS/ASA丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物/丙烯睛-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物4轮口TPO(热塑性聚烯烃)5侧饰条PP/PE聚丙烯/聚亚苯醚6防擦条TPO(热塑性聚烯烃)7后视镜PA6/PA66尼龙6/66（NYLON）8进气格栅PP/PE聚丙烯/聚亚苯醚9背门饰板PP/TPO聚丙烯/热塑性聚烯烃10车门外开手柄PA6/PA66尼龙6/66（NYLON）11扰流板PP/TPO聚丙烯/热塑性聚烯烃12行李箱手柄PA6/PA66尼龙6/66（NYLON）3.2.2材料标准确定同一类材料执行不同材料标准，其试验项目，成品性能，模具设计均有差异。根据产品将要投放国家地区的不同，汽车材料工程师可确定材料具体执行的标准，或请原材料供应商提供相关资料。现代轿车外饰件一般多为注塑喷漆或皮纹件，喷漆件为保证与车身颜色及漆面质量的一致，在选材时必须考虑喷涂系统。例如北美车身油漆多采用高温烘烤系统，外饰件选材时相应亦须选择可高温烘烤的原料。皮纹件选材时须特别考虑原料的颜色及耐候性能是否满足设计要求。3四．汽车塑料外饰件安装外饰件一般均通过螺栓卡扣等连接件与车身本体或相邻件诸如翼子板或车门等相连。为保证汽车外型的美观和防盗，所有外饰件安装点设计尽量隐藏在四门两盖内，但同时为方便维修拆卸，设计时更需考虑在更换零件时尽可能少拆或不拆周边零件。车身外饰件安装方式和安装点数量与外饰件形状、外形尺寸及其功能有直接关系。4.1安装方式最简单的安装即用螺栓、螺母。大部分外饰件均用此方式，如图二所示P点。在设计安装面时应考虑安装工具所占空间，并尽量采用相同和常见的标准件，方便调整及维修。一些小型非开启件常采用销定位胶粘接的连接方式，如防擦条（图一零件6）。采用双面胶粘接的件为使零件与车身装配后配合紧密，设计时预先在零件上留出一凹槽面定的粘胶位置，为保证粘接强度，双面胶粘双面胶厚度一般为1mm至1.2mm，宽8mm至10mm，零件上凹槽为双面胶厚度的一半，如右图为防擦条基本结构。有些外饰件如散热器面罩（图一零件8），侧饰条（图一零件5）常无法用螺栓连接，又不宜采用胶粘接的形式，则常常利用零件自身结构与其他件相连，或通过卡扣直接装在车身上。如图二所示保险杠和散热器面罩的配合。两件可在分装线上先分装成一体或由供应商直接提供分总成。4.2安装点数量外饰件安装点数量与零件的大小有直接关系，其安装点位置直接影响装配质量，主要是间隙和面差。其中前后保险杠又是外饰件中最主要也是最直接影响整车效果的零件。以前保险杠为例，上下左右安装点是支撑整个零件的核心，至少保证上部中间两点，左右各一点，下部不可少于四点。同时为防止零件下沉，中部及侧边需有支撑支架或托板，见图二。五．汽车塑料外饰件结构设计塑料件设计不仅要满足使用要求，而且要符合塑料的成型工艺特点，并且尽可能使模具结构简单。这样，可使成型工艺稳定，保证制品的质量，又可使生产成本降低。外饰件的结构设计主要包括形状、壁厚、脱模角度、加强筋、支撑面、圆角、孔等。5.1零件的形状在造型师进行零件造型的同时，产品设计师更多考虑的则是零件的可制造性，可靠性等细节。45.1.1可制造性首先需分析确定零件的脱模方向，检查零件所有断面是否存在无法脱模的负角，尽量避免侧壁凹槽或与脱模方向垂直的孔，这样可简化模具结构，见图三。零件边缘设计的好坏直接影响模具结构和制件的质量。图四是一些设计中常常碰到的典型断面。5.1.2可靠性尽量避免零件局部突出过大的悬臂结构，如图二前保险杠上部两安装点M区域刚性较差，装配后零件易变形。设计之初最好考虑两安装点连成一体或加宽凸缘，如图虚线所示，或背面加筋等方法解决。在与车身要求有配合的边界加凸缘可以减少零件的变形量，提高配合精度，保证质量，见图二A-A、B-B断面所示。5.2零件的壁厚零件的壁厚一般力求均匀，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不均匀，产生内因力，导致零件产生翘曲变形或缩孔。图二散热器面罩基本断面，a为原结构，b为改进后结构，保持了料厚均匀一致，为提高模具寿命将局部不可见面削去。汽车外饰件一般壁厚取2.5+0.25mm，大型件如保险杠取3+0.25mm至3.5+0.25mm。为避免壁厚的变化影响零件表面质量，设计时特别强调料厚变化需保证足够的过渡区，如下图示。T2-T1=T3如果T31.0mm,D=25mm如果T32.0mm,D=75mm如果T32.5mm,D=100mm推荐方案错误设计5.3脱模角度塑料件设计必须考虑脱模角度，避免脱模角度为零或负角。脱模角度越大，零件越容易脱模，但容易造成零件厚度不均，影响制造精度。图二散热器面罩断面，基本壁厚为3mm，如果脱模角度选择3，其最大壁厚处达7mm，最终零件表面会收缩，变形，并且浪费材料，减少迎风面积，甚至影响水箱冷却。一般脱模角度与零件深度有关，最小和最大脱模角度可参考表二。但皮纹件脱模角度相对非皮纹件需大些，具体与皮纹深度有关，一般每0.025皮纹深度需1脱模角度，皮纹深度增加时脱模角度随之加大。5表二：零件深度与脱模角度关系零件深度（W）最小脱模角度（D）最大脱模角度（D）“T“---1230″412---501550---75130″675---10026100265．4加强筋塑料件特别是大型零件如果仅仅有一定的壁厚是无法保证制件的形状和尺寸的，更谈不上一定的强度。因此必须在一些如孔，大曲面或安装点处加筋，以提高强度和刚性。外饰件主要表面（CLASSA）一般不宜加筋，次表面（CLASSB）加筋时根部壁厚也不可大于壁厚的3/4，对表面质量要求低或非可见表面（CLASSC&D），其相关尺寸见下图：有时由于结构的限制，需在主要表面（CLASSA）背后布置安装点等，如图五为轮口安装点结构，此时为防止表面缩印，安装点壁厚尽量薄或局部开口，由于安装时此部位应力集中，为防止断裂，常加一些小筋。5.5支撑面若用整个面作为零件的支撑面，稍有变形就会影响与车身的配合。因此实际常采用凸边或局部凸起的支角作为支撑面，而且对一些需紧密配合的零件设计时常采用如右图所示结构。5.6圆角外饰件表面不可有尖锐的楞线，凸出车身的外饰件圆角必须按相关标准设计，如我国GB11566《轿车外部突出物》对其有严格规定。一般零件最小圆角取R0.5，但零件分型面避免有圆角，否则将增加制造成本和难度。5.7孔外饰件孔形状应尽量简单，孔与壁之间应保持一定距离，孔至边界最小至少是孔径的1.5倍。6.结束语现代汽车开发设计是汽车发展的核心,其本身又是一个技术高度密集的产业，强调各专业人员的团6队协作。作为汽车设计的一部分,塑料外饰件的设计亦不例外，更是造型师，产品工程师，材料工程师，零件供应商以及方方面面各专业合作的结晶。本人作为产品工程师，在多年的设计工作中更是深有体会，以上几个方面是本人在设计中积累的一点经验和体会，希望与各位交流探讨。