汽車注塑粘接擾流板的設計及應用

吳藝鋒

【摘 要】汽車擾流板具有裝飾、減少汽車行駛時的上浮力及節省燃料的作用。通過擾流板設計可以改善車體流場的尾流結構，在車輛高速行駛時可以明顯降低油耗，減少二氧化碳排放。目前，汽車擾流板主要有吹塑擾流板、單片注塑擾流板、雙層注塑+焊接擾流板、雙層注塑+螺釘裝配擾流板、多層注塑+膠水粘接擾流板。文章結合汽車的外觀設計要求及顏色多樣化需求，介紹汽車多層注塑+膠水粘接擾流板的設計、生產工藝及成型過程中常見的缺陷和解決方法。

【關鍵詞】擾流板;粘接工藝;多層注塑+膠水粘接擾流板

【中圖分類號】463.834 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0041-03

0 前言

汽車擾流板屬于汽車空氣動力套件中的一部分，其主要作用是減少車輛尾部的升力，如果車尾的升力比車頭的升力大，就容易導致車輛過度轉向、后輪抓地力減少及高速穩定性變差[1]。根據空氣動力學原理分析可知，汽車在行駛過程中會遇到空氣阻力，這種阻力可分為縱向、側向和垂直上升3個方面的作用力，并且空氣阻力與車速平方成正比，也就是說，時速120 km的升力，是時速60 km的4倍，是時速40 km的9倍，因此車速越快，空氣阻力就越大。

一般情況下，當車速超過60 km/h時，空氣阻力對汽車的影響就非常明顯。為了有效地減少并克服汽車高速行駛時空氣阻力的影響，工程人員在汽車尾部設計了一種擾流板，其作用就是使空氣對汽車產生第四種作用力，即對地面的附著力，它能抵消一部分氣動升力，控制汽車上浮，使汽車能緊貼著道路行駛，從而起到提高汽車行駛穩定性的作用。除了提高行駛穩定性，汽車擾流板對節省燃油也有一定幫助。以排氣量為1.6 L的轎車為例，安裝汽車擾流板后，在一般道路上行駛，耗油量減少或許不明顯，但在高速路上行駛，則能省油大約10%[2]。

目前，汽車擾流板主要有吹塑擾流板、單片注塑擾流板、雙層注塑+焊接擾流板、雙層注塑+螺釘裝配擾流板、多層注塑+膠水粘接擾流板。各種工藝擾流板的優缺點分析見表1。

擾流板總成件由雙層或者多層注塑件裝配成總成時，注塑件之間可以使用結構膠水粘接，該結構膠水主要用于工程塑料、復合材料、金屬、其他熱固性材料及異質材料的粘接。結構膠水粘接工藝具有很好的適用性問題，可以解決只有材質相容才能使用超聲波焊接工藝的局限性問題。只需將膠水按打膠軌跡均勻涂覆在擾流板粘接面上，然后將不同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[3]。使用結構膠粘接工藝，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[4]。根據車身的造型設計、顏色設計及擾流板工藝要求使用不同的材料，本文重點介紹三層注塑+膠水粘接擾流板的設計。

1 三層注塑+膠水粘接汽車擾流板的設計

1.1 三層注塑+膠水粘接汽車擾流板的組成

三層注塑+膠水粘接汽車擾流板由擾流板上板、擾流板內板、擾流板下板、螺栓、塑料卡扣、緩沖墊、高位制動燈等組成。擾流板上設計有2顆“干”字形螺栓和4顆塑料卡扣，擾流板與鈑金和玻璃搭接的位置設計2條緩沖海綿墊;高位剎車燈通過2顆螺母鎖緊到擾流板上。擾流板組成結構如圖1所示。

1.2 擾流板材料的選擇

三層注塑+粘接擾流板的設計可塑性較大，擾流板的材料可根據零件表面處理要求的不同進行選擇，擾流板上板表面一般是噴涂車身同色油漆，可選用ABS塑料注塑成型;擾流板內板不直接受陽光直射，耐老化性能要求相對低且內板屬于骨架支撐連接作用，可選用ABS塑料注塑成型;擾流板下板根據客戶需求設計的較多，從低成本考慮擾流板下板設計為皮紋狀態可選ASA塑料注塑成型，ASA塑料的耐老化性能遠比ABS塑料的好，更適應于皮紋件。擾流板下板如果設計為高亮黑狀態，可選ASA+PMMA高光注塑成型或選用ABS注塑成型+噴涂高亮黑油漆。

1.3 擾流板粘接膠水的選擇

汽車擾流板粘接膠水的選擇原則首先要符合粘接性能要求，其次固化時間要快，滿足生產節拍要求。一般選用的膠水有雙組分聚氨酯膠水和雙組分丙烯酸膠水，雙組分丙烯酸膠水A/B組分配比為10∶1，需投入比較精密的打膠設備，粘接的基材有金屬、ABS塑料、ASA塑料，但不能粘接PP材料。粘接力較強，屬于腐蝕性粘接，膠水的用量相對較少，但膠水單價較高，是雙組分聚氨酯膠水單價的3倍。同時，存在膠水溢出到產品表面導致產品報廢的風險。雙組分聚氨酯膠水A/B組分配比為1∶1，膠水混合均勻且需投入的打膠設備成本較低，是塑料專用的粘接材料，可滿足PP、ABS、ASA等材料的粘接要求。雙組分聚氨酯膠水屬于彈性膠水，溢膠后可清理。為避免產品表面有油污影響粘接性能，需要對產品打膠槽進行等離子火焰處理。雙組分聚氨酯膠水的粘接寬度比雙組分丙烯酸膠水的粘接寬度大1倍，故膠水用量比雙組分丙烯酸膠水的用量多1倍。綜合評估雙組分聚氨酯膠水和雙組分丙烯酸膠水，雙組分聚氨酯膠水的性價比較高，具體性能要求見表2。

1.4 擾流板與車身鈑金安裝的設計

擾流板與鈑金的配合設計需避免汽車行駛過程形成風哨，擾流板上表面設計比車頂鈑金要低，并且擾流板和鈑金的配合面差及間隙需綜合考慮功能及外觀質量，建議面差定義為（-0.5±0.5）mm;配合間隙定義為（1.0±0.7）mm。擾流板與后背門裝配設計如圖2所示。

擾流板通過2顆“干”字形螺栓和4顆塑料卡扣安裝固定在背門鈑金上，“干”字形螺栓安裝平面直接跟本門鈑金貼合，再使用螺母與其裝配緊固。采用“干”字形螺栓的作用是鎖緊受力點在“干”字形螺栓上，避免擾流板因鎖緊力過大變形（“干”字形螺栓裝配設計如圖3所示）。螺栓上設計帶PVC密封層的墊片在與螺母裝配壓緊后，能夠有效地解決尾翼在尾門上的安裝孔出現漏水的問題。建議螺栓安裝座的厚度為螺栓開口尺寸-0.1 mm，安裝座開口最小尺寸為螺栓裝配尺寸-0.3 mm，避免裝配困難或松脫。

為避免擾流板與鈑金的配合面差超出設計面差要求，設計螺栓和塑料卡扣的安裝點要均勻排布，安裝點間距離不宜過大，建議塑料卡扣間的安裝距離為200～250 mm。塑料卡扣的安裝座設計要求：卡扣座的卡扣安裝方向盡量設置為Y向。卡扣座卡孔D與卡口頸部d的關系：對一般卡扣座D=d+2;定位用卡扣座D=d+1。卡扣座開孔導向角度為60°，塑料卡扣安裝底座設計如圖4所示。

1.5 高位剎車燈與擾流板配合的設計

高位剎車燈一般安裝在車尾上部，以便后方車輛能及早發現前方車輛而實施剎車制動，防止發生汽車追尾事故。此外，還有閃光裝飾作用。很多高位制動燈具有閃光功能，在夜間只要打開小燈開關，在沒有制動的情況下，燈光就會呈流動型閃亮，有較好的裝飾效果。

高位剎車燈與擾流板搭接的周圈設計為均勻的1 mm間隙（高位剎車燈配合間隙設計如圖5所示），避免汽車行駛過程中形成風噪，高位剎車燈上表面要設計低于擾流板主體表面，面差設計為（0.5±0.5）mm。高位剎車燈與擾流板的裝配通過高位剎車燈自帶的2顆螺栓穿過擾流板安裝孔并用2顆螺母鎖緊。為了保證高位剎車燈的配合間隙均勻，擾流板上的2個安裝孔其中一個孔設計為主定位孔，主定位孔的直徑比高位剎車燈的螺栓大0.5 mm。

1.6 擾流板膠槽的設計

在擾流板膠槽結構設計時，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，為防止溢膠及避免粘接件之間的間隙大形成的產品外觀感知質量差，膠槽需設計在離邊界10～15 mm處。從節約成本的角度考慮，擾流板中間可設計間斷膠槽，間斷的膠槽與膠槽間距控制在10～15 cm。常規出膠口的直徑為2.5 mm，經過擠壓攤平為寬度約7 mm、厚度約0.5 mm的膠餅;如果膠線邊緣是外觀面，需要注意設計擋膠線或預留足夠的間隙。一般設計的寬度為10 mm，深度為0.3～0.5 mm，膠槽設計如圖6所示。為避免膠水溢出，在擾流板邊沿設計檔膠線高度為0.3～0.5 mm。

2 三層注塑+膠水粘接汽車擾流板的打膠壓合生產工藝介紹

2.1 生產工藝介紹

三層注塑粘接擾流板通過有熱風系統輔助加熱的自動打膠壓合生產線，滿足擾流板采用雙組分聚氨酯膠水按規定的路線及膠量進行打膠軌跡的等離子火焰處理、自動打膠、壓合粘接、聚氨酯膠水加熱固化等一系列生產工序。本文重點介紹四工位聯動自動打膠壓合生產三層注塑粘接擾流板的生產工藝流程，通過機器人抓取胎膜進行火焰處理和打膠，產品一致性好，合格率達到98%以上。自動打膠壓合生產線四工位聯動生產，生產效率高，設備等待時間少，2個操作員工即可滿足整個生產線的操作，大大減少了人工成本;在整條自動打膠壓合生產線上，操作員工只做取放件動作，勞動強度較低。為了提高生產效率，在自動線旁增加輔助壓合工裝，在自動打膠壓合生產線上的產品初固化時即可取出放到輔助壓合工裝壓合固化。擾流板自動打膠壓合生產線的生產工藝流程如圖7所示：①操作員工將內板、外板、上板放置到對應的胎膜上。②機器人通過快換模塊抓取內板夾具，等離子火焰處理后沿著打膠軌跡打膠后放置到工位1。③機器人通過快換模塊抓取外板胎膜;沿著打膠軌跡等離子火焰處理，待等離子火焰處理后放至壓合工位1。④內板和外板胎膜通過精定位合模，通過胎膜的上下壓合氣缸進行壓合。⑤機器人撤回，抓取上板胎膜，沿著打膠軌跡等離子火焰處理，等離子火焰處理后沿著打膠軌跡打膠，機器人抓著上板胎膜移動至壓合工位1;上板和內板胎膜通過精定位合模，通過胎膜的上下壓合氣缸進行壓合。⑥機器人轉到工位2重復以上動作。⑦工位1的零件完全固化后，機器人抓取外板夾具，壓合氣缸松開，抓取外板胎膜放回工位1指定位置。⑧機器人抓取外板胎膜，壓合氣缸松開，抓取外板胎膜放回工位1指定位置;操作員工從內板胎膜中取出總成零件放置到旁邊的輔助壓合工裝上輔助壓合待聚氨酯膠水固化。⑨工位3、工位4機器人2的動作與工位1、工位2機器人1的動作一致。

2.2 自動打膠壓合生產線注意事項

注意事項：①雙組分聚氨酯膠水在常溫下初固化時間為3 mim，低溫下雙組分聚氨酯膠水初固化時間超過30 min，為了保證生產效率和產品質量，生產線內的溫度需保證在20～25 ℃。②雙組分聚氨酯膠水A、B組分膠水在塑料混合頭內均勻混合，連續生產后膠水會在塑料混合頭內固化，導致出膠量達不到工藝要求，建議1 h更換一次塑料混合頭。

3 結束語

隨著汽車造型風格設計的發展及用戶眼光挑剔，造型外觀設計更加時尚、多樣化、個性化，在中高端車型中更多選擇雙層或者多層注塑件+膠水粘接的擾流板。不同的擾流板產品通過更換打膠壓合胎膜，在同一條自動打膠壓合生產線上生產，滿足投入工裝設備分攤少，擾流板產品單價降低的高性價比需求。

參 考 文 獻

[1]姜巖，康寧.尾翼定位對斜背式轎車氣動特性影響的研究[J].車輛與動力技術，2004（3）：9-13.

[2]谷正氣，郭建成，張清林，等.某跑車尾翼外形變化對氣動升力影響的仿真分析[J].北京理工大學學報，2012，32（3）：248-252.

[3]賴仕禎.淺談后擾流板總成的結構設計及其工藝[J].企業科技與發展，2020（8）：48-49.

[4]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）：47-50.