汽車密封條設(shè)計(jì)和工藝性提升策略

古長(zhǎng)忠，劉佳

（秦皇島方華埃西姆機(jī)械有限公司，河北 秦皇島 066000）

0 引言

當(dāng)今時(shí)代，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，特別是我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展更為迅猛，汽車正在加快進(jìn)入人們生活中，成為人們出行時(shí)首選交通工具，隨著人們生活水平不斷提升，對(duì)于汽車實(shí)用、安全等多方面提出了使用要求，而本文所講的密封條作為汽車中比較重要的一類零部件，對(duì)車輛密封、降噪、減震等方面都具有非常重要的應(yīng)用作用，就此本文對(duì)汽車密封條設(shè)計(jì)和工藝性提升策略進(jìn)行詳細(xì)探討，具有一定現(xiàn)實(shí)研究意義。

1 車門(mén)密封條設(shè)計(jì)策略

在進(jìn)行車門(mén)密封條設(shè)計(jì)過(guò)程中，第一步應(yīng)從車門(mén)開(kāi)始進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此明確車門(mén)密封面以及門(mén)洞止口線，然后結(jié)合當(dāng)前比較典型的斷面以及以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對(duì)車門(mén)密封條開(kāi)展斷面部分的設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要特別注意將車門(mén)預(yù)彎、車門(mén)和門(mén)洞止口兩者之間的間隙大小、車門(mén)密封形式和密封結(jié)構(gòu)等多方面因素都要考慮其中，以此為基礎(chǔ)開(kāi)展相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

1.1 車門(mén)密封形式

根據(jù)密封功能進(jìn)行分析，以此為前提來(lái)確定當(dāng)前汽車車門(mén)密封條所用的密封形式，通過(guò)對(duì)斷面密封進(jìn)行分析確定應(yīng)選擇什么樣的密封結(jié)構(gòu)，通常情況下可將其分為三種類型，第一種為對(duì)車身本體進(jìn)行密封設(shè)計(jì)；第二種是和車身殼體進(jìn)行裝配后對(duì)固定部件、車身進(jìn)行密封設(shè)計(jì)；第三種是裝配至車身主體后需要多次反復(fù)使用的密封設(shè)計(jì)[1]。在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)需要來(lái)確定與之相適應(yīng)的車門(mén)密封形式。

如果車門(mén)密封形式采取頭道密封，唇口位置部分?jǐn)D壓成型，唇口和側(cè)面車輛兩者之間的段差應(yīng)控制在3mm范圍內(nèi)，不包括有頂蓋流水槽；唇口段部和門(mén)框上端兩者之間的距離是8mm。基于以上，在進(jìn)行實(shí)際車門(mén)密封條安裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求唇口段部和門(mén)框上端兩者之間設(shè)計(jì)誤差應(yīng)控制在±1mm以內(nèi)，同時(shí)還不允許出現(xiàn)明顯波狀起伏；在關(guān)閉車門(mén)時(shí)，要求誤差在±2mm之內(nèi)的門(mén)縫、開(kāi)關(guān)方向，不允許出現(xiàn)咬合間隙和大于3mm打卷翻轉(zhuǎn)情況；另外在開(kāi)關(guān)車門(mén)過(guò)程中，因其中密封條為形變狀態(tài)，在車門(mén)關(guān)閉狀態(tài)下，要求壓縮間隙、壓縮余量以及密封寬度分別保持在3mm、5±1mm以及6mm以上，而對(duì)于產(chǎn)品模型成型與擠壓成型兩者的連接段差要求，一般密封面上是0.2mm之內(nèi)。

1.2 密封條壓縮永久變形性能

對(duì)于車門(mén)所使用的密封條，主要是采用海綿橡膠，對(duì)其進(jìn)行發(fā)泡處理，然后加入硫化制作而成，通過(guò)對(duì)硫化橡膠施加壓縮應(yīng)力，卸除應(yīng)力后，硫化膠會(huì)發(fā)生一定的形狀變化，這種變化無(wú)法進(jìn)行恢復(fù)處理，可將其稱為永久性變形[2]。如果因壓縮的原因發(fā)生永久性變形，到達(dá)一定程度后，橡膠密封條自身的應(yīng)用性能會(huì)隨之降低，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)喪失應(yīng)用價(jià)值。換句話說(shuō)，要想確定橡膠材料制作的密封條質(zhì)量好壞以及使用壽命，壓縮永久變形程度是起決定性作用的一項(xiàng)重要指標(biāo)。而對(duì)壓縮永久變形起決定性的因素是由橡膠材料本身的配方以及生產(chǎn)工藝兩者決定的，這也是進(jìn)行密封條設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法左右的一項(xiàng)重要因素，只能與相關(guān)生產(chǎn)廠家一起進(jìn)行研發(fā)，然后對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試來(lái)分析廠家所提供產(chǎn)品的壓縮永久變形率，以此來(lái)確保應(yīng)用于汽車車門(mén)的密封條使用性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 密封條特性對(duì)車門(mén)關(guān)閉受力影響

在進(jìn)行關(guān)閉操作時(shí)，車門(mén)在關(guān)閉期間的受力情況有非常強(qiáng)的復(fù)雜性特征，關(guān)閉車門(mén)時(shí)所需要消耗的能量主要有六種因素：密封條壓縮變形、鉸鏈、限位器、氣壓阻效應(yīng)、門(mén)鎖以及重力。上述六種因素產(chǎn)生關(guān)閉阻力使能量被消耗[3]。對(duì)于車門(mén)進(jìn)行關(guān)閉操作時(shí)的輕便性而言，影響最大的因素就在于氣壓阻效應(yīng)和密封條壓縮阻力。確定車身整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，也就確定了汽車車門(mén)關(guān)閉阻力能力消耗過(guò)程中的氣壓阻效應(yīng)，與此同時(shí)，其他與此具有關(guān)聯(lián)性的參數(shù)信息也為固定值，這種情況下，對(duì)于車門(mén)關(guān)閉后的受力最重要的影響因素就在于車門(mén)密封條本身的參數(shù)信息。具體如下：

（1）密封條彈性系數(shù)。經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明車門(mén)密封條彈性系數(shù)（km）和關(guān)門(mén)阻力（F/N）兩者之間存在一定的線性關(guān)系，簡(jiǎn)單來(lái)講就是密封條彈性系數(shù)越大的情況下，車門(mén)關(guān)閉力也越大，基于假定的前提進(jìn)行分析，兩者之間的關(guān)系為線性關(guān)系。

（2）密封條壓縮距離。經(jīng)過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明車門(mén)密封條被壓縮距離（S/mm）和關(guān)門(mén)阻力（F/N）兩者之間也存在一定關(guān)系，如果密封條被壓縮距離越大，車門(mén)關(guān)閉力也越大，阻力變化也會(huì)因此更加敏感。

（3）降低關(guān)閉力的策略。其一，通過(guò)改變泡形的方式降低關(guān)閉力。簡(jiǎn)單來(lái)講，如果壓縮量處于相同狀態(tài)下，雙泡壓荷值要比單泡高很多，可將雙泡改為單泡的方式降低壓荷值。其二，通過(guò)改變海綿膠密度的方式降低關(guān)閉力。海綿膠密度的范圍一般處于0.35g/cm3-0.8g/cm3之間，如果密度較低會(huì)使海綿膠強(qiáng)度降低，相反，如果海綿膠強(qiáng)度過(guò)高，就會(huì)增加關(guān)門(mén)力。其三，通過(guò)減小海綿膠壓縮量和壁厚的方式降低壓荷值。這種方式通常不建議使用，主要是因?yàn)檫@種方式對(duì)車門(mén)密封條的密封效果以及海綿膠強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不利影響。其四，通過(guò)縮小密封條和車門(mén)框兩者之間接觸面降低所需面積。這種方式是以不擴(kuò)大密封條最終變形壓縮力為前提，通過(guò)強(qiáng)化密封條局部壓力密度，達(dá)到車門(mén)對(duì)密封度的設(shè)計(jì)要求。

2 汽車密封條工藝性提升策略

汽車的整車廠和一級(jí)供應(yīng)商在汽車密封條的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往只注重產(chǎn)品的功能性要求，對(duì)于產(chǎn)品的工藝性通常考慮不全面，因?yàn)樗麄儗?duì)產(chǎn)品的工藝性缺乏了解，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品局部結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，或是在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程中產(chǎn)生缺陷，廢品率高，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。以上問(wèn)題會(huì)使產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)，生產(chǎn)成本增高，車型的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力降低。作為汽車整車廠的二級(jí)供應(yīng)商的工裝、設(shè)備和模具制造企業(yè)，我們要發(fā)揮熟知工藝性的特長(zhǎng)，對(duì)整車開(kāi)發(fā)過(guò)程中汽車零部件的產(chǎn)品設(shè)計(jì)給出合理化的建議，提供最優(yōu)的方案，有效縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率，降低成本，提高車型的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。下面從幾個(gè)方面來(lái)闡述汽車密封條工藝性提升的策略[4]。

2.1 避免密封條產(chǎn)品設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)

不能過(guò)于強(qiáng)調(diào)密封條的功能性而忽略了密封條的工藝可行性，再好的功能性如果無(wú)法實(shí)現(xiàn)等于功能性為零，見(jiàn)圖1。

圖1 注塑膠位中空的結(jié)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)

2.2 密封條設(shè)計(jì)中需要考慮注塑產(chǎn)品位置的壁厚，防止產(chǎn)生縮痕

我們必須認(rèn)真考慮密封件注塑產(chǎn)品位置的壁厚，尤其是涉及到產(chǎn)品重要外觀區(qū)域的位置，產(chǎn)品的縮痕會(huì)直接導(dǎo)致零件報(bào)廢。尤其TPE模具，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制而無(wú)法增加水路進(jìn)行冷卻的位置更要引起重視，見(jiàn)圖2。

圖2 注塑產(chǎn)品膠太厚會(huì)導(dǎo)致縮痕產(chǎn)生

2.3 密封條設(shè)計(jì)中需要考慮產(chǎn)品的脫模

密封條設(shè)計(jì)必須考慮產(chǎn)品在模具中怎樣脫模，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中做到脫模方向要開(kāi)敞，避免出現(xiàn)倒扣。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)有倒扣，模具零件不可避免的要強(qiáng)脫，極大的增加了產(chǎn)品開(kāi)裂和變形的風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)品的廢品率高，見(jiàn)圖3。

圖3 密封條注塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在脫模倒扣

2.4 密封條設(shè)計(jì)中需要盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

密封條的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，在不影響產(chǎn)品功能性和外觀的前提下，盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化模具機(jī)構(gòu)，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，見(jiàn)圖4。

圖4 密封條注塑產(chǎn)品簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

2.5 密封條設(shè)計(jì)中有時(shí)需要做出合理的預(yù)變形處理

為了保證密封條產(chǎn)品工藝可行性，有時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中要加入預(yù)變形處理，使得產(chǎn)品生產(chǎn)變?yōu)榭赡堋?duì)于一些產(chǎn)品脫模過(guò)程中不可避免的變形，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段要進(jìn)行補(bǔ)償，產(chǎn)品達(dá)到最終使用要求[5]，見(jiàn)圖5。

圖5 密封條截面打開(kāi)預(yù)變形

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于汽車設(shè)計(jì)和生產(chǎn)而言，汽車密封條作為較重要的組成部分，在進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)多方面考慮，通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)，多次總結(jié)分析等才能完成初步設(shè)計(jì)，同時(shí)還要認(rèn)真考慮工藝性，最終設(shè)計(jì)出安全、可靠的汽車密封條。希望通過(guò)我們的努力，能夠更好地為我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人們出行等方面貢獻(xiàn)一份力量。