汽車貫穿式尾燈開裂問題分析及優化措施

摘要：針對貫穿式尾燈在使用過程中容易發生開裂導致進水后功能失效的問題，進行原因分析。分析發現：尾燈產品尺寸較長，容易在注塑后變形，并且燈罩與殼體焊接后應力難以完全消除；尾燈安裝到車身上后，車身鈑金容易變形影響尺寸穩定性，而含有乙醇的后風窗玻璃洗滌液的浸潤會進一步加劇開裂。為了解決這一問題，通過實踐制定了一系列優化措施，包括調整尾燈結構設計、改進生產工藝、優化焊接方法、提高車身鈑金穩定性、檢測與控制應力消除等。通過綜合驗證，表明所提出的優化措施可使貫穿式尾燈的開裂問題得到有效控制，并能提高產品的可靠性和耐久性。

關鍵詞：貫穿式尾燈；尾燈開裂；優化措施

0 前言

貫穿式尾燈具有時尚流暢的汽車尾燈造型，其采用連續燈帶穿過整個尾燈寬度區域，呈現出了獨特外觀。與傳統分散式尾燈相比，貫穿式尾燈具有更大光照范圍和更時尚的外觀，已成為許多車型的標志性特征。然而尾燈開裂問題一直困擾著貫穿式尾燈的推廣應用，嚴重影響了其使用壽命和性能。

現有尾燈的設計與制造技術已基本解決了非外力撞擊造成的開裂問題。但隨著貫穿式尾燈的興起，因其尺寸大、結構復雜，這一難題再次出現。為了應對貫穿式尾燈開裂問題的挑戰，大量的研究項目致力于了解尾燈開裂的原因，并從材料、結構、制造、運輸等方面入手制定相應對策。通過優化結構布局、保證制造工藝和完善運輸措施，可有效解決尾燈開裂問題，為客戶提供更加耐用和可靠的貫穿式尾燈產品。

1 開裂原因

目前，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料廣泛應用于汽車尾燈燈罩材料。PMMA 材料也被稱為亞克力，具有出色的透光性、耐候性和耐腐蝕性，并且易于成型。然而，PMMA 材料屬于脆性材料，由于它高分子鏈結構的特點，在遇到外力時容易斷裂而不是變形或延展。當PMMA 材料受到應力時，應力無法通過塑性變形或分子鏈滑動來分散，而會集中在局部區域，形成應力集中。一旦應力集中達到一定程度，裂紋就會在此處形成，并隨著應力的增加迅速擴展，最終導致材料斷裂。

PMMA 材料對沖擊、拉伸應力和有機溶劑（如含醇類洗滌液）非常敏感。當PMMA 材料與乙醇接觸時，在乙醇的溶解能力、脆性特性、膨脹性，以及PMMA 材料晶型結構等因素相互作用下，可能導致內部應力的積累，最終引發裂紋。

2 應對措施

為了解決PMMA 材料開裂問題，采取了以下一系列措施，目的是從根源上防止PMMA 材料應力的產生，以避免發生斷裂。

2. 1 結構設計優化

從結構設計方面來看，尾燈容易發生開裂的區域通常在焊接筋位置、燈罩拼接位置和造型突變位置。為防止開裂問題，這3 個區域需要進行特別的結構設計處理。

焊接筋位置是指尾燈燈罩與燈殼2 種材料相融合的區域，該區域存在持續的相互作用力，如圖1所示。由圖1 可以看出，位于后風擋玻璃下方的區域特別容易受到乙醇洗滌液的浸入，從而導致開裂。

應對這種情況，可以通過在尾燈上增加橡膠條或在后風擋玻璃下端增加橡膠條來避免洗滌液的浸入。尾燈增加橡膠條結構如圖2 所示，后風擋玻璃增加橡膠條結構如圖3 所示。

燈罩拼接位置是指雙色燈罩中不同顏色燈罩部分在封膠位置處的結構搭接區域。在雙色尾燈中，常見的設計是將紅色白色或黑色白色的燈罩部分相互搭接。搭接的目的是在2 種顏色的燈罩交接處形成緊密的連接，確保顏色過渡能自然流暢，同時提升整體外觀質量。當拼接位置淋到乙醇洗滌液時可能會引起開裂，如圖4 所示。

為了應對這種情況，可以通過優化拼接處的雙色結構設計來解決。雙色搭接優化結構如圖5 所示。讓白片完全覆蓋在紅片（或黑片）部分上方，確保接縫處不會被洗滌液浸入。該優化設計既能保持美觀，又可以有效防止開裂問題的發生。

造型突變位置指燈罩外造型由寬到窄處的折角區域，如圖6 所示。這類區域往往造型圓角設計比較小。在進行燈罩造型設計時，要求圓角不小于1.5 倍半徑的工程需求。這樣的需求旨在保證造型突變位置的圓角半徑達到一定的最小值，以提高造型的堅固度和抗應力能力。

2. 2 集成設計優化

集成設計指尾燈集成到車身上的相關設計，主要是安裝與匹配。尾燈的安裝并不需要過多的固定點。尾燈的密封性是通過焊接工藝來實現的，即將燈罩和燈殼焊接為一體，然后將整個組件安裝到車身上。因此，如果安裝點過多，會導致燈體受力過度，從而扭曲和變形，進而給燈罩帶來應力，可能導致開裂。通常貫穿尾燈長度不超過1.5 m，建議最佳安裝點為5～6 個，相鄰安裝點間距不少于200mm，安裝點分布如圖7 所示。這樣安裝可使貫穿燈安裝后在不影響間隙面差的情況下使燈罩相對寬松一些，避免應力的產生。

在尾燈安裝到車身后，由于季節變化和塑料材料的熱脹冷縮性質，會給燈罩帶來額外的應力。為了解決這個問題，可以采用滑動螺栓及其配合結構進行應對。滑動螺栓結構如圖8 所示。在塑料發生輕微變形時，滑動螺栓可以在其固定結構內發生一定的位移，以吸收變形量，從而避免產生額外的應力。通過這種設計，當由溫度變化引起尺寸變化時，燈罩可以更好地適應并緩解應力的積累。

另外，尾燈需要安裝在車身的尾門鈑金上，而鈑金本身存在公差。如果公差過大，安裝后會對尾燈施加過大的外部應力，增加尾燈開裂的風險。為了控制這種風險，需要合理控制鈑金的公差范圍。結合鈑金的制造工藝和尾燈可承受的變形范圍，可以將尾燈安裝孔作為一個局部基準，將鈑金的一致性控制在±0.25 mm 以內。鈑金上尾燈安裝孔公差要求如圖9 所示。

2. 3 制造工藝優化

在尾燈的整個生產過程中，燈罩和燈殼的成型以及焊接都會產生一定的應力。為了消除這些應力，可以采取的處理方法見表1。

除了在生產中要做好應力消除，在產品的質檢環節也要做好相應的檢驗，質檢要求見表2。

2. 4 材料優化

PMMA 材料是尾燈燈罩開裂的主要原因之一。為了解決這個問題，考慮將尾燈燈罩材料更換為常用的聚碳酸酯（PC）材質。然而，由于所處的車輛區域結構限制，無法采用膠水工藝，只能采用焊接工藝。焊接是將2 種材料融化后進行結合，融化會導致PC 材料形成拉絲狀，在焊接后進入燈腔內部從而影響外觀。因此，目前的技術條件無法改變燈罩采用PMMA 材料的現狀。不過可以通過在PMMA 材質中添加增韌劑來對PMMA 材料進行相關改性，提升其抗撞擊性。在選用PMMA 材料時，可以選用一些改性PMMA 材質，如PMMAAG100、PMMA 8N 等。

另外，整車在選擇玻璃洗滌液時應注意乙醇體積分數低于30%，并建議在產品使用手冊上添加相關備注說明。

3 驗證

除了采取預防措施之外，還需要進行產品驗證以確保其可靠性。這種驗證以整燈形式進行，模擬裝車狀態，考慮車身可能存在的極限公差以及車輛所在的環境工況等因素，只有通過綜合驗證才能確保產品在實際使用中的穩定性和耐久性。

耐酒精試驗方法的試驗設備為復合振動溫濕度試驗箱和氣密性檢測儀，試驗方法有以下8 個步驟：① 將燈具置于溫度箱中，保持溫度在65～70 ℃，存儲4 h。② 將燈具從溫度箱取出，并放置在環境溫度為（23.5±2） ℃的條件下。③ 將燈具模擬整車狀態，安裝在工裝上。④ 在燈具表面淋灑90% 體積分數的酒精，確保面罩完全被濕潤。⑤ 靜置1 h，并每隔10 min 觀察面罩是否出現開裂現象。⑥ 進行水密測試，檢測燈具的防水性能。⑦ 重復步驟① 到步驟⑥ ，但在安裝燈具到工裝上時，在每個安裝點上采用0.5 mm 厚度的墊片。⑧ 對于每個安裝點都需要進行步驟④和步驟⑥的驗證，以確保每個安裝點都通過墊片模擬車身誤差進行驗證。

4 結語

本文深入探討了貫穿式尾燈在使用過程中容易發生開裂導致進水后功能失效的問題，并提出了一系列有效的解決措施。通過分析研究發現，尾燈產品尺寸較長、注塑后易變形及焊接后的應力難以完全消除等因素是導致開裂問題的主要原因。此外，車身鈑金的變形及含有乙醇的后風窗玻璃洗滌液的浸潤也會使開裂問題進一步惡化。經過一系列改進措施的實踐應用后，貫穿式尾燈開裂問題可以得到有效控制，提高了產品使用的可靠性和耐久性。這些改進措施不僅為貫穿式尾燈的研發和制造提供了重要的參考，也對其他類似問題的解決具有借鑒意義。未來，可以進一步探索其他可能導致開裂失效的因素，并提出更加全面和有效的解決方案。

參 考 文 獻

［ 1 ］ 王天鵬，范蓉，王華方，等.PMMA 材料開裂失

效研究[J]. 材料化學前沿，2023，11（3）：63-70.