關(guān)于汽車前圍鈑金密封方式的研究

張驍誠(chéng)，蘇振芳

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

關(guān)于汽車前圍鈑金密封方式的研究

張驍誠(chéng)，蘇振芳

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

文章通過(guò)常見(jiàn)的汽車前圍鈑金兩種密封方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從密封方式的由來(lái)和主要性能要求入手，分別分析了二種密封方式的材料、形狀大小和配合要求的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并結(jié)合分析結(jié)果，闡述了在汽車前圍鈑金密封方式的設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素以及要點(diǎn)。

汽車前圍鈑金；密封方式；性能要求；配合方式

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.036

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-107-03

前言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車迅速的進(jìn)入人們的生活，同時(shí)由于車輛快速的增加，人們對(duì)于車輛的性能提出了很大的要求，汽車已經(jīng)不簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的成為人們的代步工具，更是成為一種享受和感觸的“樂(lè)趣”，越是高檔汽車對(duì)汽車各方面的性能要求越嚴(yán)格，汽車的前圍鈑金的密封方式的設(shè)計(jì)對(duì)于汽車整體的NVH性能影響越來(lái)越大，目前各個(gè)汽車主機(jī)廠對(duì)汽車前圍密封設(shè)計(jì)都有很大的關(guān)注性，汽車前圍鈑金密封方式的設(shè)計(jì)由原來(lái)的簡(jiǎn)單的單純密封，轉(zhuǎn)向了對(duì)整車性能的研究，汽車前圍鈑金密封方式設(shè)計(jì)的不同的部位、不同大小、不同的形狀有著不同的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車前圍鈑金密封的材料性能對(duì)于整車性能的影響也越來(lái)越為重要，汽車前圍鈑金阻隔著機(jī)艙與駕駛艙，其中的機(jī)艙的噪聲、機(jī)艙的熱量傳遞、機(jī)艙的廢氣味道等嚴(yán)重的影響著駕駛艙，同時(shí)前圍鈑金對(duì)機(jī)艙的空調(diào)新風(fēng)通道、機(jī)艙布置的管路、以及整車的熱負(fù)荷傳遞等其他汽車零部件系統(tǒng)都產(chǎn)生了較大的影響，所以汽車設(shè)計(jì)工程師對(duì)于機(jī)艙前圍的密封方式提出了很高的性能要求：“熱量傳遞少、噪音小、廢氣味道不允許進(jìn)入駕駛艙、機(jī)艙密封牢固、材料不容易變形”等等性能指標(biāo)提出要求，本文主要針對(duì)通常使用的汽車前圍鈑金密封方式以及材料的應(yīng)用為基礎(chǔ)進(jìn)行討論，同時(shí)根據(jù)討論的結(jié)果以及構(gòu)想進(jìn)行說(shuō)明，以便給予后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)相關(guān)參考預(yù)防。

1、汽車前圍鈑金密封的由來(lái)

汽車前圍鈑金是機(jī)艙與駕駛室的阻隔部分，在整車結(jié)構(gòu)里屬于車身模塊，機(jī)艙里布置著各種汽車管路、空調(diào)新風(fēng)風(fēng)道、以及發(fā)動(dòng)機(jī)等等，但是由于受空間布置要求以及管路走向和各模塊系統(tǒng)功能影響，需要將汽車零部件穿過(guò)機(jī)艙前圍鈑金與駕駛艙連接，于是避免不了的需要穿過(guò)前圍鈑金，穿過(guò)機(jī)艙前圍鈑金時(shí)，需要進(jìn)行密封，如果不進(jìn)行密封，機(jī)艙里的廢氣、噪音、以及熱量傳遞將到駕駛室，嚴(yán)重的影響駕駛員的舒適性，所以汽車的前圍鈑金的密封方式越來(lái)越受到各個(gè)汽車設(shè)計(jì)工程師的關(guān)注。

2、汽車前圍鈑金密封的主要性能要求

2.1 阻隔噪音

機(jī)艙噪音傳遞到駕駛室的途徑很多，機(jī)艙前圍鈑金就是其中的一個(gè)重要的部分，如果密封不嚴(yán)或者材料選取不對(duì)，將會(huì)將機(jī)艙里的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音、管路震動(dòng)噪音、機(jī)艙水循環(huán)流體噪音等等傳入到駕駛室內(nèi)，對(duì)駕駛員產(chǎn)生影響。

2.2 阻隔氣味

機(jī)艙前圍鈑金密封不嚴(yán)也是機(jī)艙里的氣體進(jìn)入駕駛艙的一個(gè)重要原因，機(jī)艙里的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣、以及機(jī)艙內(nèi)部里零部件受溫度影響所產(chǎn)生的異味，和本體機(jī)艙零部件散發(fā)出來(lái)的氣味、以及本身空氣中的氣味都將對(duì)駕駛員產(chǎn)生影響。

2.3 阻隔熱量

由于發(fā)動(dòng)機(jī)布置在機(jī)艙內(nèi)部，在汽車實(shí)際行駛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生出很大的熱量，以及機(jī)艙布置著散熱水箱、中冷器、油冷器、冷凝器前端散熱模塊等等都會(huì)產(chǎn)生出很大熱量，如果機(jī)艙熱量通過(guò)機(jī)艙前圍進(jìn)入駕駛艙，那么對(duì)整車熱負(fù)荷以及駕駛員的溫度感受將產(chǎn)生影響。

阻隔噪音、氣味、熱量是衡量汽車密封方式性能的主要幾個(gè)因素。

3、汽車前圍鈑金密封方式

采取膠塊的密封方式來(lái)進(jìn)行密封，大多數(shù)管路（空調(diào)管路、溢水壺管、真空管）等等通過(guò)前圍鈑金采取膠塊密封。

圖1

3.1 材料分析

對(duì)于膠板來(lái)說(shuō)，通常汽車使用的膠板由三元乙丙像膠（EPDM）原料組成，采用EPDM材料一定要考慮到裝配性能，和本身材料所處的環(huán)境當(dāng)中，首先EPDM具有良好的耐溫性能，溫度在-40°-135°之間可以長(zhǎng)時(shí)間工作，可以承受機(jī)艙惡劣的工作環(huán)境，防止變形以及本身?yè)p壞，同時(shí)采用膠板選取硬度(邵氏A)時(shí)，最好采取硬度＜80，如果超過(guò)后由于膠板過(guò)硬，不易裝配到鈑金中，且和鈑金會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力，導(dǎo)致鈑金變形，具體選取還得在實(shí)車上進(jìn)行驗(yàn)證，選取一個(gè)最佳的邵氏硬度來(lái)滿足裝配要求。

3.2 形狀大小分析

目前整車上膠板的形狀采取的多種多樣，基本上膠板的大小是由膠板中間所穿過(guò)的管路直徑?jīng)Q定的，同時(shí)還要考慮與鈑金配合的深度要求，如果過(guò)短會(huì)造出因整車抖動(dòng)將膠塊從鈑金配合處抖出來(lái)，造成膠板脫落，同時(shí)還需要考慮到鈑金的工藝開(kāi)孔問(wèn)題，不能設(shè)計(jì)成鈑金無(wú)法進(jìn)行沖壓成型的形狀，造成膠板不能與鈑金較好配合，目前常見(jiàn)的有圓形、方塊形、橢圓形等等。

圖2

3.3 配合要求分析

主要考慮兩方面配合，膠板與機(jī)艙前圍鈑金配合，膠板與管路配合，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到噪音、熱量、尾氣會(huì)對(duì)駕駛艙內(nèi)的駕駛員造成影響，同時(shí)可以由于機(jī)艙布置原因 ，可能導(dǎo)致對(duì)其他系統(tǒng)造成影響，比如說(shuō)空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)，如果密封不嚴(yán)，將會(huì)有廢氣進(jìn)入到空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)從而進(jìn)入到駕駛艙內(nèi)，所以設(shè)計(jì)時(shí)，第一與鈑金配合盡可能采用卡緊的方式來(lái)進(jìn)行和鈑金配合，便于安裝和配合，這樣的密封方式可以防止噪音、廢氣和熱量傳入駕駛艙內(nèi)（以下為圖例）。

圖3

管路與膠板的配合關(guān)系采用過(guò)盈配合，這樣配合的好處利于管路的密封，密封方式更加嚴(yán)密，同時(shí)考慮到管路抖動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生噪音，同理可以起到防噪音、尾氣以及熱量傳入（以下為圖列）。

圖4

圖5

采用發(fā)泡海綿的密封方式來(lái)進(jìn)行密封，大多都是用于汽車零部件（HVAC、新風(fēng)風(fēng)道等等）與機(jī)艙前圍鈑金平面配合，配合面粘貼發(fā)泡海綿進(jìn)行密封。

3.4 材料分析

目前機(jī)艙前圍密封發(fā)泡海綿具有很多材料，通常發(fā)泡海綿采用聚氨酯（PU）、聚氯乙烯（PVC）、三元乙丙像膠（EPDM）為材料做成的發(fā)泡海綿，同時(shí)發(fā)泡海綿有開(kāi)孔和閉孔海綿，推薦使用閉孔海綿，閉孔海綿隔音、熱傳遞都要好于開(kāi)孔海綿，首先因汽車零部件與機(jī)艙前圍鈑金配合是平面貼緊，發(fā)泡海綿起到密封作用，所以材料的選取尤為重要，根據(jù)機(jī)艙環(huán)境溫度，PU的通常工作溫度-30°-90°、PVC的通常工作溫度在-20°-80°、EPDM的通常工作溫度在-40°-135°，其實(shí)結(jié)合位置來(lái)說(shuō)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的布置位置以及密封位置的溫度綜合考慮使用哪一種材料可以滿足要求，EPDM價(jià)格成本相對(duì)于其他材料價(jià)格較高，所以要根據(jù)不同的地方進(jìn)行不同的材料選取，密度也是衡量發(fā)泡海綿的一個(gè)重要指標(biāo)，通常，密度較高的發(fā)泡海綿隔音效果較好，建議使用高密度的發(fā)泡海綿，對(duì)于降低噪音和熱量具有很大的益處，同時(shí)密度還要結(jié)合壓縮量來(lái)選取，因?yàn)榕浜戏绞綖闉槠矫尜N合，所以壓縮量的選取是一定要考慮的重要因素，直接影響裝配過(guò)程具體選取還得在實(shí)車上進(jìn)行驗(yàn)證，選取一個(gè)材料較好的發(fā)泡海綿。

3.5 形狀大小分析

機(jī)艙前圍海綿形狀基本上因受汽車零部件平面配合結(jié)構(gòu)影響，海綿均采用在零部件與車身鈑金周圍配合間隙中進(jìn)行貼合密封，形狀基本上為條形密封，或長(zhǎng)方形方塊密封，大小隨鈑金邊緣進(jìn)行分布密封（以下為圖例）。

圖6

3.6 配合要求分析

在發(fā)泡海綿進(jìn)行配合時(shí)，配合一定要在邊緣進(jìn)行過(guò)盈配合，同時(shí)要配合壓縮量，保證裝配時(shí)，壓縮量有多余的，不至于將海綿完全壓縮，導(dǎo)致密封不嚴(yán)，最好在發(fā)泡海綿上進(jìn)行涂膠處理，防止脫落，發(fā)泡海綿最重要的配合方式為凡是平面和機(jī)艙前圍鈑金配合的部位都要進(jìn)行密封處理（如圖所示）。

圖7

3.6.1 兩種機(jī)艙前圍鈑金密封方式對(duì)比

4、總結(jié)

汽車的密封形式越來(lái)越受汽車設(shè)計(jì)工程師的研究方向，直接決定著整車的舒適性以及影響著汽車其他零部件系統(tǒng)，除以上二種方式密封外，還有汽車密封膠、汽車密封膠條、汽車硅膠等等密封形式，但是綜合考慮，總結(jié)了以下幾點(diǎn)，便于汽車工程師在考慮密封的設(shè)計(jì)時(shí)注意點(diǎn)：

（1）材料選取：材料選取取決于材料本身的性能，材料的耐溫性、耐腐蝕性、耐水性、耐老化性等等材料本體性能決定使用的方式，所以汽車設(shè)計(jì)工程師一定要考慮材料的應(yīng)用；

（2）密封部位：密封部位是選取密封方式的關(guān)鍵，在整車設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)不同部位進(jìn)行選取不同的密封形式，對(duì)于機(jī)艙前圍鈑金密封，管路類推薦使用膠板類進(jìn)行密封，平面貼合類部件建議使用發(fā)泡海綿密封（針對(duì)機(jī)艙前圍密封）；

（3）裝配工序：裝配工序是決定密封方式使用的壓縮量、密度和硬度選取的參考指標(biāo)，如果選取不當(dāng)，裝配將相當(dāng)困難，所以裝配工序是設(shè)計(jì)工程師所需要重點(diǎn)注意的地方；

（4）成本考慮：在同樣的密封部位，可能可以使用多種密封配合方式和材料選取，但是不同的大小、材料對(duì)應(yīng)的成本不一樣，多以工程師在選取時(shí)，需要考慮成本，在不影響性能的前提下，盡可能選取成本較低的材料以及布置大小，對(duì)于整車開(kāi)發(fā)成本規(guī)劃具有較大的影響；

（5）可靠性試驗(yàn)：任何選取方式都要經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，密封方式也如此，經(jīng)過(guò)高溫、高寒、耐久等等不同測(cè)試，必須保證客戶使用的壽命；

（6）性能考慮：關(guān)鍵的指標(biāo)仍是噪音、廢氣、熱量傳遞三個(gè)為主要性能目標(biāo)，以此為主要影響，配合其他性能要求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

5、結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)機(jī)艙前圍鈑金密封方式的研究和分析，可見(jiàn)在密封方式上有很多設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)，對(duì)整車的性能影響較大，不僅要考慮到密封方式的材料選取，同時(shí)還要考慮裝配方式、零部件選用、配合關(guān)系、性能要求等等，由此可以看出目前工程師在對(duì)機(jī)艙前圍鈑金密封的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)，匹配密封方式是出于不同的要求，不僅僅單純的考慮性能，成本、耐久等等指標(biāo)研究也是重要的一項(xiàng)，所以設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)還需要不斷去綜合考慮，當(dāng)然隨著科學(xué)的進(jìn)步，材料的更新，今后必將是不斷改革的方向，本文通過(guò)分析機(jī)艙前圍鈑金的二中密封方式的選用，突出了設(shè)計(jì)理念和構(gòu)想，希望此文章能對(duì)涉及方面的技術(shù)分析產(chǎn)生一定的推動(dòng)性。

The Research of automotive forward sheet metal sealing mode

Zhang Xiaocheng, Su Zhenfang
(R&D Center of Great Wall Motor Company, Automotive Engineering Technical Center of HeBei, Hebei Baoding 071000)

This article introduced two sealing modes and configurations that the automotive forward sheet metal, According to sealing mode concept and performance ability, analysed two sealing mode results that material、bulk and coordinate model, Expounding designed advertent specification about automotive forward sheet metal sealing mode.

automotive forward sheet metal; sealing mode; performance ability; coordinate model

U466

A

1671-7988 (2016)12-107-03

張驍誠(chéng)，就職于長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心。