淺談復(fù)合材料側(cè)門外板設(shè)計(jì)

楊小弟

摘 要：復(fù)合材料（Pp）作為輕量化材料替代傳統(tǒng)鋼材，已越來越多的應(yīng)用于乘用車車身結(jié)構(gòu)件上，但是作為外觀件，在側(cè)門外板的應(yīng)用實(shí)例卻較少，可借鑒的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)更是有限，文章結(jié)合實(shí)車開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，介紹幾點(diǎn)復(fù)合材料在側(cè)門外板應(yīng)用應(yīng)該注意的事項(xiàng)，供后續(xù)車型開發(fā)提供借鑒。關(guān)鍵詞：輕量化;車身;復(fù)合材料;側(cè)門外板中圖分類號(hào)：U214.9+9? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）01-184-02

Abstract： The application of composite material （Pp） as a lightweight material instead of traditional steel in passenger car body structural parts has been more and more， but as an exterior part， there are fewer application examples in side door exterior panel， and the design experience that can be used for reference is even more limited. Combining with the development experience of real vehicle， this paper introduces some matters needing attention in the application of composite material in side door exterior panel， so as to provide reference for subsequent vehicle development.Keywords： Lightweight; Body; Compound material; Side door outer panelCLC NO.： U214.9+9? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-184-02

引言

乘用車側(cè)門外板目前市場上主流為鋼質(zhì)材料，應(yīng)用復(fù)合材料（pp）作為外板且量產(chǎn)的車型目前較少，所知的有奔馳SMAERT 等個(gè)別車型，側(cè)門外板做為外觀和精度要求很高的部件，對材料的要求極為苛刻[1]。外觀要達(dá)到A 級外觀標(biāo)準(zhǔn)，精度要滿足現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的DTS定義的公差要求，且要有一定的環(huán)境溫度適應(yīng)能力。傳統(tǒng)上的門板為鋼制材料，一般為深沖低碳鋼，經(jīng)過涂裝噴漆后，外觀能達(dá)到A級標(biāo)準(zhǔn)，且板材成型后精度較高，高低溫環(huán)境下，尺寸也較為穩(wěn)定。但鋼質(zhì)外板由于造型和結(jié)構(gòu)的限制，減重潛力有限，已不具備高效的減重潛力。這樣密度較低的復(fù)合材料便進(jìn)入到了工程師的視野，下面結(jié)合某款量產(chǎn)電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)案例，探討下復(fù)合材料外板設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

1 復(fù)合材料外板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合材料側(cè)門外板，由于是乘客直接目視的可視區(qū)域，外觀要求較高，所以側(cè)門外板的料厚不能很復(fù)雜，例如突變的料厚要盡量避免，否則在制件過程中，會(huì)出現(xiàn)變形、縮痕等缺陷;外板的長度和寬度也要有一定的范圍，過大的長度和寬度，增加了制件模具的設(shè)計(jì)難度也會(huì)造成外板熔接痕、縮痕等缺陷的產(chǎn)生。如果不可避免的出現(xiàn)大尺寸的門板，建議造型在門板中間區(qū)域增加貫穿的特征結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，利于模具澆口的布置，減輕缺陷的產(chǎn)生。

復(fù)合材料的牌號(hào)眾多，建議盡可能選擇收縮率小且和內(nèi)部加強(qiáng)板材料收縮率一致或相近的材料這樣可以減小外板對溫度的敏感性以及外板和內(nèi)板連接后的應(yīng)力集中。

2 復(fù)合材料外板加強(qiáng)板的設(shè)計(jì)

由于復(fù)合材料天然剛度不足的缺陷，以及需要和側(cè)門內(nèi)骨架連接等需求，要求外板必須有加強(qiáng)板做強(qiáng)度支撐，加強(qiáng)板和外板如何連接，成為了一個(gè)必須需要解決的問題，一般復(fù)合材料之間的連接有膠結(jié)、焊接、螺接等方式。膠結(jié)工藝優(yōu)點(diǎn)是對結(jié)構(gòu)要求較低，粘接后外觀表面較好，工藝簡單。缺點(diǎn)是粘接后，膠厚度難以控制，影響成品件的精度，且膠固化后在高低溫環(huán)境中的穩(wěn)定性不高。焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，只需要一次性固定投入即可，工藝簡單，節(jié)拍短。缺點(diǎn)是對復(fù)合材料有二次熔化和冷卻，焊接后外觀容易留下縮痕，且不同牌號(hào)材料的焊接，由于材料收縮率不一致，焊點(diǎn)有應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成焊點(diǎn)穩(wěn)定性不夠。螺接工藝的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟，連接可靠。缺點(diǎn)是對裝配空間要求較高。如果裝配空間允許，且可視區(qū)域要求不高的位置，建議采用螺接和焊接工藝替代膠結(jié)工藝。

復(fù)合材料外板加強(qiáng)板目前有一體式框式和分段式兩種結(jié)構(gòu)，見圖1所示，一體式外板加強(qiáng)板自身制件成品的精度難以保證，且精度偏離波動(dòng)性和隨機(jī)性較大，對連結(jié)后的外板總成精度造成較大影響，不建議采用一體式外板加強(qiáng)板結(jié)構(gòu)。分段式的外板加強(qiáng)板是將一體式加強(qiáng)板分成若干部分，每部分與外板獨(dú)立連接，這樣每部分的精度控制相對于框式加強(qiáng)板難度較小。便于外板總成精度的控制。

3 復(fù)合材料外板側(cè)門鉸鏈的選用

復(fù)合材料外板由于對溫度較為敏感，高溫環(huán)境下，尺寸有擴(kuò)張的趨勢，這樣就減小了側(cè)門與翼子板的間隙，對經(jīng)常處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)側(cè)門來說會(huì)產(chǎn)生干涉的風(fēng)險(xiǎn)。如果刻意加大側(cè)門與翼子板間隙定義，勢必造成整車外觀品質(zhì)下降。如果鉸鏈軸線能最大限度沿X 向負(fù)方向布置，可以最大限度減小側(cè)門與翼子板干涉的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高外觀品質(zhì)。傳統(tǒng)的門鉸鏈（如圖6），由于結(jié)構(gòu)限制，固定頁和旋轉(zhuǎn)頁尺寸較短，鉸鏈軸線沿X 向正向布置的空間能力有限，奔馳 SMART 的鉸鏈采用加長的鉸鏈臂結(jié)構(gòu)（如圖5），將鉸鏈軸線隱藏到翼子板里面（如圖7），極大地減小了側(cè)門的運(yùn)動(dòng)干涉風(fēng)險(xiǎn)。

4 復(fù)合材料外板總成與門骨架的連接方式

側(cè)門外板總成與側(cè)門骨架的連接方式有一般有卡接和螺接等方式。卡接方式的優(yōu)點(diǎn)是側(cè)門外板安裝工藝簡單，節(jié)拍短。缺點(diǎn)是安裝卡扣在外板安裝孔里的活動(dòng)量較大，裝配時(shí)，部分卡扣與骨架安裝孔錯(cuò)位，且受裝配視野限制，不能直接卡入鈑金裝配孔，對裝配造成難度。螺接的優(yōu)點(diǎn)是骨架安裝孔可以適當(dāng)放大，起到容差作用，裝配時(shí)直接將螺栓打入外板，方便簡單且可靠性較高。缺點(diǎn)是需要裝配的螺栓較多，工作量較大。建議裝配節(jié)拍能保證時(shí)，外板連接盡量采用螺接方式。

5 結(jié)論

復(fù)合材料外板代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼質(zhì)外板可以大幅度減輕車門的重量，應(yīng)用前途較好，但由于其溫度敏感性強(qiáng)，剛度弱，外觀質(zhì)量不易控制等缺點(diǎn)，有其應(yīng)用的局限性，在設(shè)計(jì)上要充分規(guī)避其缺點(diǎn)才能更好的將復(fù)合材料在車門上推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 馮美斌.汽車輕量化技術(shù)中新材料的發(fā)展及應(yīng)用[J].汽車工程2006.28（3）.