汽車門內飾板設計及有限元分析

吳 琳

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330001）

隨著汽車工業技術的高速發展，客戶對車門內飾板要求也越來越高，這也是對汽車整車內飾精細化要求的進一步體現[1]。車門內飾板對車門鈑金、車身零件、電子線束等起著經久耐用的包覆作用，并為地圖袋、扶手等部件提供安裝面，還可以為喇叭及線路提供傳輸和安裝空間。因此，車門內飾板的設計方案就顯得非常重要，其設計的好與壞，受到消費者的格外關注。如果設計得不好，其與周邊件的間隙面差將不符合主機廠的要求，成型的產品質量感觀較差[2]。

1 門內飾板的成型工藝

門內飾板分為硬質內飾板和軟質內飾板兩種。常用的成型工藝有注塑成型、手工包覆成型、陽模真空吸附成型以及陰模真空吸附成型、軟質門內飾板成本較高，以前一般用于高端車型上。目前隨著汽車市場競爭日益激烈，為了讓自身開發的車型能夠在市場上競爭力更大，各大主機廠大量使用軟質內飾板的設計[3]，而硬質門內飾板由于成本較低，目前主要用于較低端的商用車上。本文論述的門內飾板屬于硬質內飾板，其材料如表1所示。

表1 門內飾板的材料及制造工藝

內襯板、加強板與門內飾板的安裝采用焊接工藝，熱熔柱的設計需滿足相應的設計要求。

2 門內飾板的定位安裝方式

2.1 定位方式

門內飾板的定位方式有兩種，一種是直接靠安裝卡扣定位，此種方法安裝門飾板時不好對準，另外一種則是通過門內飾板上的定位銷與鈑金上的定位孔進行定位，主定位放在飾板前端[4]，定位銷尺寸設計為Φ15.9 mm，對應鈑金孔為Φ16 mm的圓孔，定位間隙為單邊0.1 mm。副定位放在飾板后端，對應鈑金孔為16 mm×20 mm的腰型孔，如圖 1所示。定位銷設計時可以做長，安裝時可起導向作用。一般門內飾板的拔模角度為Y向。

圖1 定位銷

2.2 門內飾板與鈑金的安裝方式

目前門內飾板的安裝方式一般采用塑料卡扣卡接+螺接的安裝方式，螺釘一般布置在不可見區域。門板的安裝力當用雙手安裝時不能超過108 N，單手安裝時不能超過75 N，否則會安裝困難，飾板的拆卸力不能超過220 N。飾板的拆卸次數不應少于 5次，否則引起售后抱怨。鈑金的沖孔方向應與門內飾板的安裝方向一致，否則沖孔時的毛刺會影響內飾板的安裝[5]。門內飾板上的塑料卡扣一般采用防水塑料卡扣，如圖 2所示。按門內飾板與車門鈑金配合處是否容易被發現，將門內飾板分成如圖 3所示三個區域：重點區域、次重點區域及非重點區域。在重點區域卡扣布置較密，安裝點的布置間距一般為140 mm～200 mm，次重點及非重點區域的卡口安裝點布置間距一般為170 mm～250 mm。本文中的門內飾板非重點區域由于無法布置卡扣而采用了螺釘固定。且為了控制門內飾板與鈑金的配合間隙，盡可能將卡扣布置在門內飾板邊緣，一般距邊緣距離大約15 mm～30 mm。門內飾板與鈑金的間隙一般定義為0 mm。

圖2 門內飾板使用塑料卡扣

圖3 視覺區域劃分

門內飾板與門水切、玻璃及鈑金的安裝關系如圖 4所示。此安裝方式視覺上只看的到門飾板與玻璃之間一條縫，外觀較美觀。門內飾板掛在水切上，并零貼，水切卡在門鈑金上，且飾板翻邊與水切的搭接量②至少為8 mm。飾板與玻璃的間隙⑦至少為7 mm，飾板背面的筋與水切的間距及飾板翻邊底部到水切間距⑥至少要保證1.5 mm的安裝間隙，否則飾板安裝困難。

圖4 門內飾板的安裝方式

門內飾板卡扣座上塑料卡扣安裝孔開口盡量不要朝下或朝上，否則塑料卡扣在運輸過程中易脫落或是在拆卸門內飾板時易脫落。如果確實因結構問題模具無法出模導致開口必須向下的話，卡扣座安裝面上需增加楔塊結構避免卡扣脫落。同時為了保證卡扣座的強度，卡扣座中間需增加支撐筋，如圖5所示。且卡扣座根部需減膠處理，防止門內飾板表面有縮印，影響產品外觀質量。

圖5 門內飾板上卡扣座

縮印是指塑料材料冷卻收縮時，由于厚壁內外冷卻速度不一致，當外部物料冷卻凝固后制品中心的物料才開始冷卻，造成壁的表面向內收縮而產生表面局部下沉現象。注塑件表面經常會出現縮印， 嚴重影響制品的美觀及質量。縮印常發生在厚壁或設置加強筋、Boss柱的相對應表面。門內飾板所用材料為聚丙烯（Polypropylene, PP）材料，其上的定位Boss柱設計如圖6所示，需提前加膠，壁厚由2.5 mm加厚到3 mm，減輕表面縮印。門內飾板上的加強筋是必不可少的結構，能有效增加門內飾板的剛度和強度且無需大幅增加產品切面面積。合理布置適量的加強筋，不但可以起到支撐門內飾板以保證飾板的感官特性，配合處的間隙和面差。加強筋小端最小厚度一般為0.8 mm，大端為料厚的0.4倍，如圖7所示，保證產品的表面質量符合設計要求的同時，加強筋又有一定強度。

圖6 門內飾板Boss柱設計結構

圖7 門內飾板加強筋

3 門內飾板有限元分析

此門內飾板材料采用 PP材料，屈服強度為21 MPa，彈性模量為1 100 MPa，泊松比為0.3。通過CATIA三維建模軟件建立門內飾板的三維模型，并將所建立的模型導入到HyperMesh有限元分析軟件中進行3D網格劃分，如圖8所示。本次模型單元劃分采用四面體網格，其基本尺寸為4 mm，單元總數為55 347個，節點總數為55 230個。約束此門內飾板所有與鈑金的卡接點的 6個自由度，并按表2中不同的工況施加相應的載荷，再通過ABAQUS有限元分析軟件進行求解，計算門內飾板在不同工況下的剛度是否符合設計標準的要求。

圖8 門內飾板有限元模型

表2 門飾板受載工況及合格標準

門內飾板受力情況如圖 9所示，進行有限元計算分析，優化前：

圖9 門內飾板受力情況

1.在點1施加101 N的力

從圖10可知，門飾板在點1施加101 N的力時，其最大應力值為11.43 MPa，最大變形量為7.27 mm，根據表2，可知門內飾板的最大變形量大于主機廠的設計標準，不符合要求，需做設計優化。

圖10 點1施加力時的應力、應變云圖

2.在點2施加67 N的力

從圖11可知，在點2施加67 N的力時，門飾板最大變形量為1.39 mm，小于設計標準要求，滿足要求。

圖11 點2施加力時的應力、應變云圖

3.在點3施加44 N的力

從圖12可知，在點3處施加44 N的力時，門飾板的最大變形量為0.73 mm，小于設計標準要求，滿足要求。

圖12 點3施加力時的應力、應變云圖

優化后：

針對點1在101 N的工況下變形量超出目標值，在門內飾板上增加加強板，與飾板本體通過熱熔柱進行焊接。由圖13可知，優化后的門內飾板的變形量為2.54 mm。滿足設計標準的要求，說明優化方案有效。

圖13 優化后的應力、應變云圖

4 結論

（1）簡要概述了門內飾板在設計開發過程中的注意事項，特別是對其定位策略及安裝方式進行了介紹，為后續車型開發提供相應的參考。

（2）針對門內飾板常見的3種工況，利用常用的有限元分析軟件HyperMesh和ABAQUS進行門內飾板的剛度分析，分析結果表明門內飾板在工況 1下其變形量超過設計標準要求，需在失效點上增加加強板。