淺談材料的正確應(yīng)用對(duì)車燈反射鏡的設(shè)計(jì)生產(chǎn) 以及成本的影響

王艷光

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，我國的汽車工業(yè)也有了飛速的發(fā)展。汽車燈具作為外觀與功能零部件，對(duì)汽車的整體品質(zhì)有著很重要的作用。車廠客戶一直希望在保證車燈質(zhì)量和功能的前提下，在成本方面也提出了嚴(yán)苛的控制。因此作為車燈零部件的研發(fā)部門，我們立志于在保證使用功能及質(zhì)量的前提下，為使汽車車燈更加美觀時(shí)尚、環(huán)保節(jié)能、價(jià)廉耐用，不斷地對(duì)其進(jìn)行細(xì)致地研究和開發(fā)。本文針對(duì)車燈中的核心部件—反射鏡作為分析目標(biāo)，闡述材料的應(yīng)用的對(duì)反射鏡設(shè)計(jì)生產(chǎn)以及成本的影響。

關(guān)鍵詞：車燈;反射鏡;設(shè)計(jì)生產(chǎn)

1 反射鏡工作環(huán)境溫度對(duì)材料應(yīng)用的可行性分析

溫度是影響是車燈零部件的首要因素，溫度的高低，除了燈源開啟時(shí)的輻射，還有就是燈體外部的環(huán)境溫度，例如車燈周邊的系統(tǒng)工作時(shí)輻射的溫度，太陽輻射的溫度，都會(huì)影響車燈內(nèi)部零件工作的狀態(tài)。

現(xiàn)在大部分車燈中的光源是燈泡和LED顆粒，不同的光源，在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的熱量。例如燈泡光源開始工作時(shí)，會(huì)散發(fā)出大量的熱，這些熱會(huì)使離燈源最近的零部件因高溫而產(chǎn)生微小或者可見的變形。這些因高溫產(chǎn)生的變形會(huì)影響光型的輸出，從而導(dǎo)致不能滿足法規(guī)，而不能滿足法規(guī)的車燈是不能對(duì)外銷售。

新光源LED的一個(gè)最大特點(diǎn)就是它是冷光源，它并不會(huì)對(duì)外輻射產(chǎn)生較高的熱量，但是它本身對(duì)溫度極度敏感。當(dāng)外面溫度超過它的內(nèi)部結(jié)溫時(shí)，它的發(fā)光性能就會(huì)快速下降，結(jié)果就是不能保證車燈的照明要求。

針對(duì)不同的光源環(huán)境，為了達(dá)到所使用的材料能滿足工況使用。生產(chǎn)前期我們做了大量的模擬分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1.1 燈泡遠(yuǎn)近光光源整燈熱模擬分析結(jié)果（某品牌車型）

燈體環(huán)境溫度模擬100℃。

光源開啟狀態(tài)：

燈體內(nèi)部溫度模擬結(jié)果：

1.2 遠(yuǎn)近光LED大燈+轉(zhuǎn)向燈燈泡熱模擬分析結(jié)果（某國外車型）

燈體環(huán)境溫度模擬60℃。

光源開啟狀態(tài)：

燈體內(nèi)部溫度模擬狀態(tài)：

綜上模擬結(jié)果，遠(yuǎn)近光燈泡大燈。整燈最高溫度210℃，遠(yuǎn)近光LED大燈，整燈最高溫度小于130℃，如果是全LED大燈，整燈溫度只會(huì)更低，這里就不再舉例。

根據(jù)熱模擬結(jié)果，我們?cè)谶x擇反射鏡材料上，有了明確的方向。主光源為燈泡的大燈，反射鏡周圍的溫度很高，我們一定要選擇耐高溫的的材料。LED光源的車燈，工作時(shí)的溫度最高不超過130℃，這樣的工作溫度，在反射鏡材料上給了我們更多的選擇。

2 不同材料對(duì)車燈反射鏡設(shè)計(jì)生產(chǎn)及成本的影響

實(shí)際上，無論是燈泡光源還是LED光源，現(xiàn)在市場(chǎng)上，反射鏡的材料通常都會(huì)選擇一種叫BMC的材料。BMC是Bulk molding compounds的縮寫，即團(tuán)狀模塑料。國內(nèi)常稱作不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料。其主要原料由GF（短切玻璃纖維）、UP（不飽和樹脂）、MD（填料碳酸鈣）以及各種添加劑經(jīng)充分混合而成的料團(tuán)狀預(yù)浸料。它是一種熱固性塑料，特點(diǎn)是耐高溫，剛性好，加熱成型后收縮率極小，而且CET（coefficient of thermal expansion）值比較低，受熱后尺寸變化不大。在相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的高溫條件下仍能保持規(guī)定的機(jī)械性能。以上這些特性正好滿足反射鏡對(duì)光型穩(wěn)定性的要求。

但是隨著更多LED車燈的應(yīng)用。高溫工作的的車燈不再是我們困擾的問題。此時(shí)我們也開始綜合考慮反射鏡的生產(chǎn)成本。我司把LED車燈的反射鏡材料放在了普通PC上。

PC&BMC材料關(guān)鍵特性對(duì)比：見表1

從表格上可以看出，PC原材料的價(jià)格是BMC材料的2倍，但PC的密度幾乎是BMC的1/2，這意味著同尺寸的情況下，PC材料的反射鏡更輕。所以在原材料成本上，BMC相對(duì)PC幾乎沒有更多的優(yōu)勢(shì)。

PC的熱變形溫度為137℃，比BMC要差，但也滿足LED大燈溫度上的使用條件。收縮率及熱膨脹系數(shù)，需要在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)考慮這一缺陷以保證光型的正確輸出。

PC是熱塑性材料，具有可再利用性。

BMC材料的主要缺陷如下：

（1）密度大，同等尺寸的反光鏡，重量近乎是普通塑料的2倍。（2）熱固性材料讓其在回收再利用上的不可能。（3）BMC成型的模具成本高，同尺寸的反光鏡，BMC模具要高出普通塑料模具的1/3價(jià)格。（4）料桿大，而且飛邊毛刺嚴(yán)重，需要特殊處理。（5）反射鏡鏡面高光渡鋁的表面要求，使得以BMC材料在注塑后，需要進(jìn)行特定的底涂工藝，然后才能再進(jìn)行真空渡鋁。而特定底涂材料的高價(jià)以及特殊工藝生產(chǎn)線都是導(dǎo)致反射鏡高成本的主要因素。

綜上這些缺陷，使得BMC材料的反射鏡最終成本很高，以下本文將對(duì)BMC及PC材料的反射鏡進(jìn)行詳細(xì)的成本分析。

2.1 原材料及設(shè)計(jì)成本對(duì)比分析

為避免PC材料注塑的變形以及后期工作時(shí)受溫度影響熱變形缺陷。我們?cè)谠O(shè)計(jì)模型上相對(duì)應(yīng)地做了優(yōu)化調(diào)整。根據(jù)模擬及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們總結(jié)了PC材料的反射鏡，在3D模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是的優(yōu)化原則：

2.1.1 足夠的反射鏡的厚度。實(shí)驗(yàn)證明，PC材料的反射鏡厚度至少要2mm以上。實(shí)際厚度要根據(jù)燈體內(nèi)的環(huán)境以及FEM分析及振動(dòng)實(shí)驗(yàn)為準(zhǔn)。

2.1.2 必要的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)。在反射鏡周邊及與其他部件裝配的地方，設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋消減受熱后的變形。尤其是盒式設(shè)計(jì)，可以產(chǎn)生較好的效果。

2.1.3 避免注塑應(yīng)力。可以通過去火消減。數(shù)模上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，幾乎不會(huì)對(duì)成本產(chǎn)生影響。

2.2 模具成本的影響分析

BMC屬于熱固性材料，在注塑料筒中融化后具有超高的流動(dòng)性，容易產(chǎn)生飛邊， 這一性質(zhì)使得倒扣的結(jié)構(gòu)難以在零件模型上得以實(shí)現(xiàn)，所以需要增加附加零件，通過螺釘?shù)刃问皆倥c反射鏡連接。但附加的零件需要再開發(fā)及新的模具來實(shí)現(xiàn)，直接導(dǎo)致了更多的成本上升。

PC屬于熱塑性材料，無定形料， 成型溫度范圍寬，可以在數(shù)模上設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在模具上都可得以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

因?yàn)锽MC材料的特殊性，導(dǎo)致模具成本較PC材料的模具要高出至少1/3的費(fèi)用。

2.3 后期光學(xué)表面工藝處理成本分析

2.3.1 BMC反射鏡生產(chǎn)工藝流程

因BMC材料的特殊性，注塑出來的零件表面不夠平整，如果直接電鍍則會(huì)造成工件表面不光滑、光澤低、金屬感差，并且會(huì)出現(xiàn)氣泡、水泡等不良狀況。導(dǎo)致最后的光學(xué)面質(zhì)量差，不能通過光學(xué)驗(yàn)證。所以必須需要進(jìn)行底涂處理，即噴涂清漆，UV紫外線處理，晾干后再烘烤，最后還要進(jìn)行UV固話。塑料件在經(jīng)過噴涂底漆以后，不但塑料件表面變得光滑平整，而且杜絕了塑料的吸水現(xiàn)象，從而使得蒸鍍的鏡面效果得以展現(xiàn)。然后才能去下一道工序進(jìn)行真空渡鋁。流程如下：

2.3.2 PC反射鏡材料生產(chǎn)工藝流程：

PC材料的反射鏡表面工藝相對(duì)BMC要簡(jiǎn)單很多。超過的鏡面要求可直接從模具設(shè)計(jì)要求上得以實(shí)現(xiàn)。注塑后可以直接真空渡鋁，就可以符合光學(xué)面的要求。流程如下：

所以，PC在工藝渡鋁上比BMC更具成本優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用普通PC 材料完全可以替換BMC材料在反射鏡上的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明，無論從總的材料成本，還是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方面，以及后期的模具生產(chǎn)，工藝處理，PC材料的應(yīng)用都大大減少了成本上的輸入，在以后的車燈開發(fā)及成本優(yōu)化上都具有一定的重要意義。