軟質吸音棉與注塑產品連接方式的應用探討

房彥明 張艷軍

摘要：隨著汽車行業的發展，塑料件在汽車行業上的使用也越來越廣泛，而塑料產品與其對手件的連接方式顯得尤為重要，本文重點介紹汽車零部件常用吸音棉產品與塑料件的連接方式以及設計技巧。

關鍵詞：汽車;吸音棉;連接技術;應用;探討

0? 引言

汽車行業發展迅速化、智能化，塑料件在汽車行業中的應用越來越廣泛，并且為滿足顧客精致感知，提升汽車內部NVH[1]性能，軟質吸音棉被大范圍應用，起到吸音隔熱、輕量化作用，然而吸音棉與塑料件的連接技術顯得尤為重要，直接對裝配品質產生不同的影響。

1? 軟質吸音棉的材料特性以及吸音的影響因素

軟質吸音棉材料，又稱為雙組分吸音棉，材料的吸音性能與其組織結構、厚度以及其使用環境等幾何結構參數和物理參數有關系，內部微觀結構[2]成纖細繭棉狀，蓬松有大量間隙，且間隙分布較為均勻，在材料內部是彼此交錯貫穿的，間隙對外敞開，與外界相通，使聲波易于進入間隙內。

1.1 材料厚度對聲學性能的影響

圖1為不同厚度（5mm、10mm、18mm、23mm、24mm）和克重（100g/m2、200g/m2、300g/m2、400g/m2、420g/m2）雙組份吸音棉材料吸音系數的測試結果。

從圖1可知，5種不同厚度和克重的吸音性能曲線都成拋物線狀，表明隨著材料厚度和克重的增加，吸音性能也在增加，其中在厚度為24mm，克重為420g/m2時的中頻吸音系數出現了最高值，在中高頻段，5種型號均表現出了明顯穩定的吸音性能，到了2000Hz以后的高頻段，出現平緩趨勢，這說明該結構雙組份吸音棉材料在中高頻段表現出較好的吸音性能。

從總體上看，雙組份吸音棉材料的吸音性能與厚度和克重有著一定的關系，結構相同的情況下，介于厚度和克重的優勢，它能表現出較好的聲學效果。

1.2 試驗環境對聲學性能的影響

圖2是對不同型號（200g/m2、300g/m2、400g/m2）吸音棉材料，在不同試驗環境（溫度、濕度）下吸音系數的測試結果。

從圖2整個曲線結果可知，低頻到中頻表現出增加趨勢，中頻段變化趨勢相對穩定，到高頻段出現平緩趨勢，隨著試驗環境（溫度、濕度）的增加，低中頻的吸音系數無明顯變化;在高頻2000Hz附近曲線有一定波動，表現出數值下降，在高頻段，曲線結果趨于集中現象，數值也相對穩定，總體表明試驗環境（溫度、濕度）對吸音棉材料的聲學性能存有一定的影響，總體影響不明顯。

2? 軟質吸音棉與硬質塑料件的連接技術

吸音棉與塑料件的連接方式常用為以下6種，主要為單側倒鉤型、雙側倒鉤型、草帽型、T型、L型以及U型，選擇何種連接方式主要是由產品結構（內裝或外裝）、產品位置、可拆卸性以及使用頻次影響的，因此，在選型時，首先確定我們要達到的功能要求。

2.1 連接方式類型

2.1.1 單側倒鉤型（表1）

結構：單側倒鉤型結構比較簡單，卡接位置為錐形結構，依據卡接壁變形量進行固定。

設計原則：端部卡接位置突出高度3-4mm，整體卡接高度5-6mm，壁厚2.5mm（具體設計高度需要依據吸音棉的厚度以及壓縮量進行確定），主要適用于卡接強度要求較低的產品。

2.1.2 雙側倒鉤型

結構：雙側倒鉤型與單側倒鉤型結構相同，增加左右對稱結構，目的為提升單件的卡接強度。

設計原則：雙側卡接距離一般為5mm以內，對手件一般為圓孔通孔結構，實現與倒鉤型卡接結構配合，主要適用于產品結構簡單，使用頻次較低的產品。

2.1.3 草帽型

結構：草帽型結構比較復雜，端部以及支撐壁均存在加強筋結構。

設計原則：整體卡接高度6-7mm，壁厚2.5mm，與對手件卡接量為3mm左右，因為草帽型結構強度高、干涉量大，其適用于要求比較高的產品連接，如：震動頻繁、使用頻次高、可拆卸性頻次高。

2.1.4 T型

結構：T型與草帽型結構類似。

設計原則：整體卡接高度6-7mm，壁厚2.5mm，上部卡接端面壁厚1.5-2mm（實現卡接預變形，對手件容易進入）與對手件卡接量為3mm左右，適用于強度高、使用頻次較多的產品。

2.1.5 L型

結構：結構簡單，整體柔軟，易變形，兩處卡接結構設計為對稱布置方式（防脫結構）。

設計原則：整體高度6-7mm，壁厚1.5-2mm，多適用于吸音棉倒掛結構。

2.1.6 U型

結構：與L型結構類似。

設計原則：一般設計在產品邊緣，此種類型應用較少。

2.1.7 其他

利用產品自身結構進行吸音棉的卡接固定，從而達到減少卡接數量的目的。

①卡扣座、BOSS柱：利用塑料件自身卡扣座、BOSS柱結構，將吸音棉進行Z向固定，吸音棉可根據卡扣座、BOSS柱的形狀、大小進行隨型開孔，保證吸音棉與其對手產品結構的配合，一般為間隙配合，單邊間隙量為4-5mm。②組裝手順壓合（層疊型）：產品在裝配時，需要安裝配合零部件，如：鈑金支架、線束、行程開關等零部件，吸音棉可適當裝配至內部，首先進行吸音棉安裝，然后安裝其他零部件，借用零部件的固定位置同步實現吸音棉的固定配合。

2.2 卡接結構與模具設計的關系

六種卡接結構均存在負角，垂直開模無法實現，因此模具設計時要設計側抽芯或斜頂結構，設計時考慮因素：①側抽芯或斜頂位置模具水路進行避讓，防止干涉;②側抽芯或斜頂結構盡量設計在產品邊緣，節省模具材料成本及縮小模具面積;③卡接結構僅為固定作用，在保證功能前提下，結構設計保證短、小、精簡的原則;④模具背板上設計通孔結構，便于斜頂更換，方便操作。

2.3 卡接選型原則

原則：根據吸音棉裝車結構（內/外裝）、位置、可拆卸性、使用頻次四方面進行選擇。（表2）

2.4 與傳統連接方式對比

因吸音棉材質為薄松結構，柔軟性較強，傳統連接方式為采用手持超聲波焊接機進行手工焊接，超聲波焊接通過每秒發出幾萬次的振動音頻[3]，產生高溫將吸音棉與熱塑性塑料件軟化、融合、凝固的過程，此過程為操作人員手工操作，焊接時間長短、按壓壓力大小直接影響產品品質（焊接時間長、按壓壓力大存在吸音棉焊穿、焊透，硬質塑料件表面鼓包問題;焊接時間短、按壓壓力小存在吸音棉焊接熔化強度不夠，使用一定頻次后存在吸音棉脫落的風險），品質問題極不穩定。

與現卡接連接方式對比，較傳統方式存在以下優勢：

①安全保障：取消焊接設備，人身安全得到保障;②能耗節省：節省電量使用，制造成本更低;③品質提升：卡接方式直接安裝，避免了焊穿、焊透、表面鼓包問題。

3? 結語

總而言之，吸音棉是實現汽車NVH性能提升的重要方面，要在把握產品品質的基礎上，探索新思路、新方法的同時高效選擇連接技術，在能耗、運行成本高效控制過程中充分發揮吸音棉裝配功能作用，最大化提高汽車運行效率以及效益。

參考文獻：

[1]劉宏玉，張軍，章曉軒，劉從光，令宇龍，馬壯壯.基于汽車內飾輕量化的NVH性能開發及應用[J].汽車工藝與材料，2014（10）：1-9.

[2]石騰龍，梁海明，劉丹丹，梁軍，黃江玲，吳開豐.雙組分吸音棉在乘客艙前圍擋板隔音墊上的應用[J].汽車工藝與材料，2015（05）：58-64.

[3]王育慷.超聲波原理與現代應用探討[J].貴州大學學報（自然科學版），2005（03）：288-290.