工程塑料在车门附件上的应用.pdf

A 1-1 4 碗界工程塑料在车门附件上的应用摘要：工程塑料的应用是实现汽车轻量化的重要途径之一。以玻璃安装导轨和车门模块为例，介绍了用工程塑料制造车门附件的选材和设计过程；运用C A E Z 具对零部件的有关性能进行了分析，验证和明确了工程塑料在玻璃安装导轨和车门模块等部件上应用的可行性。关键词：工程塑料玻璃安装导轨车门模块中图分类号：U 4 6 3 8 3+4文献标识码：B1 前言安徽江淮汽车股份有限公司技术中心王强朱伟林丽由汽车工业的快速发展而引发的节能和环保问题目益受到关注，汽车的减重、降排成为各大汽车厂商必须面对的课题。在此背景下，工程塑料在汽车上的用量逐年上升，且上升幅度居各行业之首，已经由2 0 世纪7 0 年代的5 0k g 辆增长到目前的1 0 0 15 0k g 辆，而发达国家汽车的塑料用量已经达到甚至超过了整车质量的15。下面以塑料导轨和塑料车门模块为例，介绍工程塑料在汽车车门附件上的应用。2 塑料玻璃安装导轨的设计2 1 塑料玻璃安装导轨的选材玻璃导轨由于需要承受玻璃升降运动的负荷并工作于比较苛刻的使用环境，因此要求其具有良好的尺寸稳定性能、化学稳定性、疲劳强度和韧性。改性后的聚丙烯(P P)具有优良的综合性能以及相对低廉的价格优势，经筛选后，确定塑料导轨的材料为P P+T D 2 0(2 0 矿物粉增强聚丙烯)。表1 列出了P P+T D 2 0 材料的基本性能。2-2 塑料导轨的设计要点玻璃导轨的主要功能是承载车窗玻璃进行升降运动，设计时需要注意以下几点。a 根据导轨长度合理设定安装点的个数。一般情况下，导轨长度3 0 0m m 时，设计1 个安装点，结合导轨上端与门框上的卡接结构可满足玻璃稳定、可靠的升降要求：导轨长度3 0 0m m 时，建议设计两个安装点，可以有效保证玻璃运行的稳定。b 根据安装支架的长度设计相应的加强筋，以保证玻璃支撑的可靠。密度抗拉强度伸长率缺口冲击强度洛氏硬度热变形温度。c连续使用温度g c m lM P ak J m。2(H R)(承载压力为0 4 5 5M P a)。c2 012 年第10 期汽车工艺与材料A T&M3 5万方数据AT&1 4 颈界某公司不同车型的塑料导轨(图1)和金属导轨(图2)的对比见表2。图1 某款S U V 用塑料导轨图2 某款A 0 0 级车用金属导轨项目塑料导轨金属导轨由表2 可见，与A 0 0 车型金属导轨相比，S U V 车型塑料导轨尺寸较大、材料壁厚也较厚，且为两个支架安装，但质量却减轻7 3 5。很显然，如果是同等尺寸的导轨，轻量化效果会更明显。3 塑料车门模块的设计3 1 车门模块的发展历程3 1 1 模块化2 0 世纪9 0 年代之前，汽车车门已经实现模块化。早门秘期的模块化车门(图3)主要是在钢制支架(连接板)上设计出车门上相关附件的安装孔位，车门附件在汽车主机厂或者零部件厂商处进行模块分装后，再将组装好蚓3 模块化车Ij 不例的模块装配到车门上。这种装配方式可以有效提高生产效率。3 1 2 集成化2 0 世兰P 9 0 年代习J 2 0 0 5 年，早期的汽车车门模块经过不断发展，集成程度不断提高，车门模块进入集成化时代(图4)。这一阶段的车门模块特点是：设计集成度提高，各车门附件的设计从模块化时代的简单结合(设计出安装点即可)发展到系统配合，升降器、扬声器和门锁等主要部件同步设计，且钢制基板直接取代了部分车门内钣金结构，同时用P U 胶对基板周边进行密封并分隔车门的干腔和湿腔，提高了车门的整体密封性能。3 1 3 轻量化随着工程塑料在汽车行业应用比例的提高，车门模块的轻量化已经成为必然趋势，博世和阿文美驰图4 集成化车门模块示例3 6 汽车m 艺与材料A T&M2 0 12 年第1o 期万方数据A-&M 碗再等优秀汽车零部件厂家纷纷推出了塑料车门模块(图5)。塑料车门模块不仅继承了集成化车门模块的高集成度，而且基板材料由钢材转变为工程塑料，升降器导轨和扶手支架等零件也集成注塑为一体，与金属车门模块相比，塑料车门模块的零部件数量减少了3 0 左右，自重更是减轻达4 0 之多。图5 轻量化车门模块示例3 2 塑料车门模块基板材料的选择P P+L G F 3 0(3 0 长玻纤增强聚丙烯)具有良好的机械性能，因而被各大汽车零部件厂商确定为塑料车门模块材料。由于在P P 材料中加入了长度为10m m 左右的长玻纤，因此在P P 基材的注塑过程中，受注塑压力、注塑基材流动方向和注塑厚度等因素的影响，长玻纤产生了较高的同向性，使长玻纤增强材料的强度和抗蠕变性得到显著提升，同时减小了热翘曲变形量。P P+L G F 3 0 的基本性能见表3。性能密度s c m。拉伸模量(1r a m r a i n)M P a压断应力(5m m m i n)M P a拉断伸长率(5m m m i n)弯曲模量(2 3)M P a抗弯强度(2 3)M P a抗冲击强度(2 3)k J m。2抗冲击强度(-3 0)k J m。2变形温度D T U L 1 8M P a(1 8M P a 载荷下挠曲温度)D T U L 8 OM P a(8 0M P a 载荷下挠曲温度)3 3 塑料车门模块设计要点3 31 安装点的设计车门模块直接与车门内钣金连接。为保证连接的可靠。I t t 币n 良好的密封性，根据车门模块的大小，一般在车门模块周边设计8 个以上的安装点，安装方式通常为螺栓连接；在车门内板上冲压出连接过孔，在内板背面焊接凸焊螺母，装配时只需打紧螺栓即可。3 3 2 升降器导轨的集成设计按照传统玻璃升降器的设计方法，根据玻璃大小确定升降器形式(单导轨或者双导轨)：再根据玻璃表面的曲率和形状确定升降器导轨的弧度及布置位置；最后将导轨与车门模块连接集成到一起注塑成型。3 3 3 门锁连接板的设计门锁与车门模块集成在一起，两者之间主要借助1 块塑料连接板通过卡子和连接孔等方式集成。连接板的设计主要应考虑连接的可靠性，要求连接板有较好的韧性，以确保在运输和装配过程中不出现断裂和脱落等现象。3 3 4 线束及扬声器的布置与传统车门设计中的布置基本一样，主要应考虑线束和扬声器的走向和要求的空间，在车门模块上设计出相应的安装固定点即可。3 3 5 密封性的设计车门模块化将传统的车门防水膜也集成在一起，且大大提高了防水和隔音的效果。密封性主要通过以下两方面来保证。a 车门模块周边P U 密封胶的密封。通常P U 胶的压缩量设计为3m m 左右，通过压紧模块基板周边的安装点达到密封和防水的目的。b 通过模块上的橡胶堵盖保证车门模块的密封和防水。因为装配需要，模块本体上注塑有不同大小和形状的线束过孔和玻璃安装工艺孔，在完成所有的安装工作后，用橡胶堵盖将过孔堵上，实现车门、干湿腔的可靠分离，因此取消防水膜。2 0 12 年第1o 期汽车工艺-5 材料A T&M3 7fm J嫩砉|驺”啪阳螂琊m万方数据A T I 碗界3 4 塑料车门模块的性能分析3 4 1 应力和变形量的分析图6 为某塑料门内板厂家对设计初期的塑料车门模块基板进行的应力和变形量的分析结果。由图6 可见，在一定的纵向负载下，塑料车门基板变形量最大的部位发生在门板的居中位置，应力分布结果也与此基本吻合。因此，在基板设计过程中，应重点考虑中间部位的强度，合理布局加强结构，进行优化设计，达到更好的强度效果。3 4 2 密封性能的分析图7 是用1 块8 0X8 0X0 8mr n 的钢板和1 块8 0X8 0X2m m 的P P+G F 3 0 进行抗噪性能对比试验的结果。图6 塑料车门模块基板的强度分析结果：嚣：=：j：翼墨p l 一r 一+一-I-t _ I _ _图7 塑料车门模块基板密封性能的分析试验结果显示，钢板的共振频率为7 0 0H z A右，振幅高、阻尼低，同时有明显的2 阶、3 阶振动频率；而P P+G F 3 0 的共振频率为4 5 0H z 左右，振幅低、阻尼高，基本无明显的2 阶、3 阶振动频率。可见，P P+G F 3 0 在抵抗噪音方面比钢板有更优异的性能表现。4 工程塑料的其他应用参考文献：1 钱志国工程塑料在汽车轻量中的应用进展 J 化工新型材料，2 0 0 9，3 7(3)：1 4 2 鲁春艳汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径 J 上海汽车，2 0 0 7，0 6：2 8 3 1 3 马鸣图汽车轻量化和塑料复合材料的应用 J 新材料产业，2 0 0 7，9：3 4 圈除了塑料导轨和塑料车门模块以外，其它的车门附件(如门锁盖板和扶手支架等)也可以利用工程塑料进行轻量化设计。设计时要根据零部件具体的工作环境和需要满足的性能要求选择相应的工程塑料。3 8I 汽车工艺与材料A T&M2 012 年第10 期万方数据工程塑料在车门附件上的应用工程塑料在车门附件上的应用作者：王强，朱伟，林丽作者单位：安徽江淮汽车股份有限公司技术中心刊名：汽车工艺与材料英文刊名：Automobile Technology&Material年，卷(期)：2012(10)本文链接：