淺談后擾流板總成的結構設計及其工藝

賴仕禎

【摘 要】文章主要闡述了注塑成型后擾流板總成的結構設計及其工藝，探討了多種后擾流板總成的結構設計，并介紹了輔助結構設計的機械緊固、超聲波焊接和結構膠粘接連接工藝。

【關鍵詞】注塑成型;后擾流板;結構設計;焊接;粘接

【中圖分類號】U462 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）08-0048-02

0 引言

后擾流板總成是一種裝在汽車尾門上端的塑料裝飾件，通常也會被稱作汽車尾翼。后擾流板總成在汽車設計上有如下主要作用：一是裝飾和美化汽車，提升整車的美感和協調性，滿足客戶對外觀的需求[1];二是減少尾部氣動升力，提升汽車的操控穩定性，并減少空氣阻力[2，3]。隨著汽車行業的快速迭代，可以根據客戶群體的需求，設計開發不同的注塑成型后擾流板總成。本文介紹了多種汽車后擾流板總成方案，并對其結構設計及輔助連接工藝進行了說明。

1 后擾流板總成結構設計

目前，市場上常見的注塑成型后擾流板總成有簡易單層注塑件、雙層注塑件或者多層注塑件結構組成的總成。單層結構設計擾流板總成的造型外觀設計簡約，主體直接注塑成型，具有重量輕、成本低、結構簡單、產品合格率高等優點，應用最廣泛。雙層或者多層注塑成型擾流板總成的結構設計可以實現各種造型外觀效果需求，實現造型配色的多樣性和個性化，最大限度地滿足客戶對美感的需求。當單層結構設計擾流板總成無法滿足設計要求時，需將其拆分成雙層或者多層注塑零件，然后增加包括機械緊固、超聲波焊接、結構膠粘接等輔助連接工藝裝配成總成。

1.1 單層后擾流板總成

某款后擾流板總成內部結構簡易，結構設計成熟可靠，僅需使用機械緊固裝配成總成（如圖1所示）。

該后擾流板總成由注塑成型后擾板主體、高位制動燈、4顆螺栓、2顆卡扣合件、4個密封墊、3個螺母、周圈膠條構成。后擾流板主體的結構設計簡單，采用模具直接注塑成型，用于螺栓、卡扣合件裝配的doghouse結構通過模具滑塊實現，結構設計成熟可靠。雙層墊片結構的螺栓鑲嵌在后擾流板主體doghouse結構上，在螺栓的雙層墊片結構中間設計保留0.2 mm的活動余量，方便螺栓的裝配，以及避免后擾流板總成裝配到整車上隨環境變化而發生不可逆變形（如圖2所示）。

某些材料注塑成型的后擾流板總成自身熱變形溫度較低，裝配在整車上，隨著自然環境溫度的變化，通常會發生明顯冷熱交變循環過程。零件在高溫暴曬時發生變形，環境溫度逐漸降低時，零件又會緩慢恢復到初始狀態，零件在循環變形過程中產生一定的內應力。如果螺栓與主體doghouse結構固定死，冷熱交變循環過程中零件將被抑制恢復到初始狀態，零件的內應力無法釋放，會產生不可逆轉的變形，零件的變形缺陷逐漸放大，最終導致產品質量問題。選擇低線性膨脹系數和高熱變形溫度的材料可以改善產品變形，但通過該結構設計也可以有效解決后擾流板總成變形問題，并可以降低選材成本。背面帶壓敏膠膠條粘貼在后擾流板主體用于防水，以及調整零件的段差間隙，將高位制動燈螺栓插入后擾流板主體，然后從擾流板主體內部打螺母緊固（如圖3所示）。

將裝配完整的后擾流板總成通過其卡扣合件預裝在尾門外板上，然后在尾門開啟狀態下，穿過尾門內板，使用螺母將后擾流板總成裝配緊固到尾門外板上（如圖4所示）。

1.2 雙層、多層后擾流板總成

雙層或者多層注塑后擾流板總成除了可以實現單層結構設計后擾流板總成的要求外，還可以解決單層結構設計的局限性，常見于中高端車型。雙層或者多層后擾流板總成進行結構設計時，常需結合機械緊固、超聲波焊接、結構膠粘接等連接工藝輔助產品的結構設計。機械緊固主要指的是使用螺栓、螺母、自攻釘、螺母夾等緊固件打緊固定，應用非常普遍。后擾流板注塑件之間如果僅使用緊固件連接，產品的結構設計較為復雜，裝配過程中緊固件數量多，人工成本增加，還存在局部裝配可靠性較差的問題。根據對應的超聲波焊接或者結構膠粘接工藝進行優化調整結構設計，簡化后擾流板的結構設計，提升產品設計的可靠性。

1.2.1 焊接工藝后擾流板結構設計

某款后擾流板總成包含上主體、下主體、骨架3個注塑件，上主體噴涂車身顏色，下主體外觀為免噴鋼琴黑顏色，上主體與骨架通過超聲波焊接，下主體與骨架使用自攻釘緊固裝配。首先將骨架與上主體采用超聲波焊接在一起，兩者焊接完成后，再進行車身色噴漆處理，避免零件焊接表面存在殘留漆膜，導致焊接拉脫力不足，產生脫焊問題。其次將下主體使用卡扣和插片結構裝配到上主體，再使用自攻釘將下主體與骨架打緊，最終將骨架與上、下主體裝配在一起（如圖5所示）。結構設計中采用焊接、機械緊固將注塑件相互裝配約束，然后將高位制動燈采用自攻釘裝配在骨架和下主體，最后把剩余各子零件集成裝配在一起形成總成。

后擾流板總成注塑件之間采用焊接工藝連接，必須保證骨架與上主體的注塑原材料具有相容性，兩者才能通過超聲焊接有效地連接在一起[4]。后擾流板總成使用機器人進行超聲波焊接，焊接一個焊點需約2 s，生產節拍快，注塑件焊接之前不需要進行表面處理，適合批量化生產。該后擾流板總成的結構設計復雜，完全使用焊接機器人或者焊接專用工裝也會存在較大的焊接盲區，局部無法焊接的位置，需要增加自攻釘等輔助裝配。

使用焊接工藝還需要采用與之相對應的結構設計，該后擾流板上主體壁厚設計為3 mm，后擾流板骨架采用變壁厚設計，在骨架焊接點位置壁厚設計為1.5～2.0 mm，焊接時骨架和上主體都發生熔化過程，冷卻重新固化后形成焊接頭，使得兩者融合連接在一起。當骨架壁厚過厚時，超聲波設備產生的熱量不能有效穿透骨架，上主體不會發生明顯熔化過程，骨架和主體不能有效地熔融在一起，焊接完成后所獲得焊接頭融合質量差，容易發生脫裂;當骨架壁厚過薄時會導致后擾流板上主體出現明顯的熔化，冷卻后焊接接頭處產生焊接印缺陷。后擾流板總成焊接點布置設計時，需要優先考慮在螺栓、螺母和卡扣合件鑲嵌doghouse結構兩側布置焊接點，避免后擾流板總成在總裝緊固裝配時將骨架與上主體拉脫裂。焊接點還需要盡量布置在零件的邊界，在局部非關鍵部位焊接點之間的距離可以設計為100 mm左右，合理布置焊接點能夠防止上主體與骨架局部離空，產生松動異響問題。

1.2.2 粘接工藝后擾流板結構設計

后擾流板總成件由雙層或者多層注塑件裝配成總成時，注塑件之間還可以使用甲基丙烯酸甲酯結構膠粘接，該結構膠主要用于工程塑料、復合材料、金屬、其他熱固性材料及異質材料的粘接，基本不需要進行特殊表面處理。粘接工藝具有很好的適用性，可以解決材質相容才能使用超聲波焊接工藝的局限性，注塑件粘接性能好。只需將膠體均勻涂覆在后擾流板粘接面上，然后將不同后擾流板主體安裝貼合，通過工裝夾具夾固，在常溫工作環境下粘接固化集成在一起。

在結構設計時，需要考慮結構膠膠體涂覆的連貫性，膠體具有一定的流動性，膠體需要在離邊界10 mm以上，防止溢膠，避免產品感知質量差。可以適當增加膠槽解決溢膠問題，膠槽設計寬度為10 mm，深度為0.5 mm，當后擾流板注塑件夾緊時，膠體不會溢出膠槽，注塑件相互固化粘接。膠體的粘接時間與工作的環境溫度、工裝夾固時間有關系，需要考慮現場的生產需求進行調整。使用結構膠粘接工藝，后擾流板總成的結構設計相對簡單，注塑件內部結構少，模具結構簡單，產品外觀質量較好，同時可以使用不同材料屬性的注塑件進行膠粘，實現設計選材的多樣性，并可以有效地降低材料成本[5]。使用粘接連接工藝需要投入較多設備，設備費用投入多，結構膠成本和零件設計成本較高。

2 結語

單層結構設計的擾流板總成具有結構簡單、成本低、重量輕等優點，主要應用于中低成本車型。隨著汽車造型風格設計的發展，造型外觀設計更加時尚、個性化，在中高端車型中使用更多雙層或者多層注塑件組成的后擾流板總成。雙層或者多層結構設計后擾流板總成的零件較重，工裝投入大，成本高，結構設計時綜合考慮使用機械緊固、焊接、粘接等輔助連接工藝。

參 考 文 獻

[1]劉廷福.淺談注塑成型后擾流板的設計及應用[J].企業科技與發展，2015（5）.

[2]朱江波.微型廂式汽車后擾流板對氣動特性影響的數值模擬研究[D].重慶：重慶大學，2008.

[3]任斌.后擾流板對汽車空氣動力學特性影響的模擬研究[D].南京：南京航空航天大學，2008.

[4]周金濤，徐旭.塑料焊接工藝在內飾產品上的應用[J].汽車工藝與材料，2019（2）.

[5]郭一民，劉忠俠，蔡彬.關于常用汽車膠粘劑的調研[J].中國膠粘劑，2018，27（2）.