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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-06-01 09:14
摘 要：
【目的】汽車擾流板具有裝飾、減少汽車行駛時上浮力以及節(jié)省燃料的作用，可以提高汽車高速行駛的安全性，因此提高汽車擾流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性非常重要。【方法】通過分析汽車擾流板在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從擾流板材料選擇、安裝方式以及成型工藝等方面總結(jié)相關(guān)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，擾流板的壁厚一般在2.5 mm~3 mm范圍內(nèi)，盡量使其各部壁厚均勻，避免太薄，擾流板與后擋風(fēng)玻璃之間的間隙為3 mm，中間粘貼4 mm吸能塊，考慮制造公差及裝配公差，擾流板安裝后與車身鈑金的間隙一般為2 mm，與鈑金的面差為0+0/-0.5 mm；由于汽車車頂剛度對汽車行駛安全至關(guān)重要，所以采用有限元分析軟件HyperMesh對擾流板進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型，再將該模型導(dǎo)入ABAQUS軟件中施加載荷和約束，約束擾流板與車身鈑金所有固定點(diǎn)的6個自由度，并結(jié)合江西五十鈴汽車有限公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驗(yàn)證擾流板設(shè)計(jì)的合理性。【結(jié)果】擾流板在用70 mm的球沿垂直擾流板表面施加110 N的力、變形量不允許大于5 mm的工況下，實(shí)際變形量為4.743 mm，可以滿足公司擾流板最大變形量不大于5 mm的規(guī)范要求。【結(jié)論】本研究可為后續(xù)類似零件的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)參考。
關(guān)鍵詞：擾流板；成型工藝；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剛度
汽車擾流板是汽車外飾系統(tǒng)的重要零件，擾流板除了起裝飾作用外，還能夠重新引導(dǎo)車輛周圍的氣流，使車輛牢牢地保持在地面上，從而使車輛即使在高速下也能獲得牽引力和穩(wěn)定性，提高了汽車高速行駛的安全性，改善了汽車行駛的燃油經(jīng)濟(jì)性[1]。本研究分別從材料、安裝方式、成型工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及與周邊件匹配關(guān)系等方面介紹擾流板在正向設(shè)計(jì)開發(fā)過程中相關(guān)參數(shù)的定義，同時概述了擾流板需符合的實(shí)驗(yàn)要求，包括法規(guī)項(xiàng)及一般物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最后利用有限元分析方法對擾流板的剛度進(jìn)行分析，驗(yàn)證擾流板設(shè)計(jì)的合理性。
1、 擾流板安裝方式、材料選擇和成型工藝
汽車擾流板是指安裝在汽車后箱蓋上的類似倒裝的飛機(jī)尾翼的部件，如圖1 所示，汽車擾流板增添了汽車的外形動感，可有效地減少車輛在高速行駛時產(chǎn)生的空氣阻力，既節(jié)省了燃料，又提高了車輛行駛的穩(wěn)定性[2-7]。擾流板一般經(jīng)過注塑成型或吹塑成型后安裝在車身后背門或頂蓋上，其安裝方式一般是通過中間位置的定位銷定位，然后用自攻螺釘或卡扣與鈑金內(nèi)部螺接或卡接。目前擾流板的固定方式主要有兩種，一種是在擾流板本體上預(yù)埋螺母，在背面打螺，再配合卡扣進(jìn)行固定，如圖2 所示；另一種是先預(yù)埋螺母座，再在正面打螺釘，缺點(diǎn)是需要拆件，外觀不太美觀，如圖3 所示；一般盡量選用螺栓安裝方式，既有利于安裝操作，又有利于外表美觀。
圖1 汽車擾流板
圖2 安裝方式1
圖3 安裝方式2
1）擾流板材料選擇。擾流板表面一般需要噴漆，因此擾流板材料一般為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚（ABS）、聚碳酸酯（PC）、玻璃鋼（SMC）等。材料的選擇不僅要保證塑料制品的功能，還要考慮加工生產(chǎn)、成本和供應(yīng)。ABS 材料由于價格相對便宜，所以應(yīng)用相對廣泛。擾流板需要包含吸能塊，當(dāng)出模方向和擾流板的外觀面數(shù)據(jù)都確定后，可以開始吸能塊的設(shè)計(jì)[8]。吸能塊具有吸收能量、減少震動、防水、減少局部面的變形等作用。擾流板的壁厚一般在2.5 mm~3 mm 范圍內(nèi)，應(yīng)盡量使其各部壁厚均勻，避免太薄，否則會因收縮不均勻而引起塑料件變形或產(chǎn)生氣泡、凹陷等成型工藝問題，從而影響其整體強(qiáng)度或?qū)е峦庥^缺陷。
2）擾流板成型工藝。擾流板的成型方式主要有兩種，一種是吹塑成型，另一種是雙層板注塑+焊接成型，如圖4 所示。吹塑成型是將熱塑性樹脂經(jīng)擠出或注射成型得到的管狀塑料型坯，趁熱（或加熱到軟化狀態(tài)）置于對開模中，閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣，使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內(nèi)壁上，經(jīng)冷卻脫模，即得到中空制品。雙層板注塑+焊接成型是指在分別注塑擾流板內(nèi)、外板后，通過焊接工裝焊接在一起的成型工藝，可采用振動摩擦焊或穿刺焊。與吹塑擾流板相比較，雙層注塑+焊接成型的擾流板外觀感知質(zhì)量更好[9]，一次性合格率高，但是所投的工裝費(fèi)用較高。
圖4 雙層板注塑+焊接成型擾流板
2、擾流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
1）擾流板與后擋風(fēng)玻璃的匹配關(guān)系。擾流板與后擋風(fēng)玻璃的匹配關(guān)系如圖5所示，兩者之間的間隙為3 mm，中間粘貼4 mm 吸能塊，可防止兩者之間的間隙被看穿及異響，且擾流板邊緣需在玻璃黑邊區(qū)域，不可被看見。2）擾流板與頂蓋鈑金的匹配關(guān)系。考慮制造公差及裝配公差，擾流板安裝后與車身鈑金的間隙一般為2 mm，與鈑金的面差為0+0/-0.5 mm，確保擾流板與車身鈑金齊平或稍低于鈑金，如圖6所示。
圖5 擾流板與后擋風(fēng)玻璃的匹配關(guān)系
圖6 擾流板與鈑金的匹配關(guān)系
3、擾流板的實(shí)驗(yàn)要求
擾流板的實(shí)驗(yàn)要求包括法規(guī)要求及一般的物理實(shí)驗(yàn)要求。《乘用車外部凸出物》《汽車禁用物質(zhì)要求》以及《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》是必須滿足的法規(guī)項(xiàng)[10]。由于擾流板是噴漆件，需滿足相應(yīng)的噴漆件物理實(shí)驗(yàn)要求。
1）漆膜膜厚。根據(jù)油漆的顏色選擇，一般在20 μm~30 μm 之間。2）油漆的附著力。用小刀在噴漆件上刻網(wǎng)格，然后用3M 膠帶去粘貼刻好的網(wǎng)格，不允許膠帶上沾有油漆。3）油漆具有良好的防水性能。油漆件在水中浸泡72 h后再完成附著力實(shí)驗(yàn)，不允許有油漆脫落。4）落球?qū)嶒?yàn)。將直徑70 mm 的橡膠球置于擾流板上500 mm 的高度并使其自由落體，擾流板表面無明顯缺陷。5）長周期熱暴露實(shí)驗(yàn)。將擾流板放置在100 ℃±5 ℃溫度下7 d，不允許其外觀有明顯缺陷。6）耐候性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)采用SAE J2527—2004，查看零件的變色、開裂、起泡等情況，最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果色牢度等級不小于4級。
4、擾流板的剛度分析
據(jù)統(tǒng)計(jì)，汽車翻滾事故受傷率為55.6%，死亡率為10.9%，均高于正面、側(cè)面、追尾等形態(tài)的交通事故，堪稱眾多交通事故形態(tài)中毫無爭議的“第一殺手”，這對車輛的安全性提出了更高的要求。為了驗(yàn)證汽車車身結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的剛度，針對汽車擾流板的剛度分析是必須的。首先通過有限元分析軟件HyperMesh 對擾流板進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型，然后再將該模型導(dǎo)入ABAQUS 軟件中施加載荷和約束，并根據(jù)江西五十鈴汽車有限公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，擾流板剛度分析的工況是用70 mm 的球沿垂直擾流板表面施加110 N 的力，要求擾流板的變形量不允許大于5 mm，約束擾流板與車身鈑金所有固定點(diǎn)的6 個自由度。擾流板材料相關(guān)參數(shù)如表1 所示，剛度分析的變形云圖如圖7 所示，仿真結(jié)果表明，擾流板在此工況下的變形量為4.743 mm，滿足公司規(guī)范要求。
表1 材料參數(shù)
圖7 擾流板剛度分析變形云圖
5、 結(jié)論
本研究分別從擾流板材料選擇、安裝方式、成型工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及與周邊件匹配關(guān)系等方面介紹了擾流板相關(guān)知識，同時說明了對于噴漆后的擾流板需符合的實(shí)驗(yàn)要求，包括法規(guī)項(xiàng)及一般物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最后使用有限元分析軟件HyperMesh 和ABAQUS 對擾流板的剛度進(jìn)行分析，以驗(yàn)證擾流板設(shè)計(jì)的合理性。仿真結(jié)果表明，擾流板的設(shè)計(jì)符合江西五十鈴汽車有限公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的擾流板最大變形量不大于5 mm的要求，可為后續(xù)類似零件的開發(fā)提供參考。
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來源：期刊-《南方農(nóng)機(jī)》；作者：陳明亮 ，黃 勤 ，宋 磊；單位：江西五十鈴汽車有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心
來源：Internet
