何鳳億，朱合瑞，王旭初，高姍姍

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汽車門飾板輕量化方案淺析

何鳳億，朱合瑞，王旭初，高姍姍

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

隨著低碳經(jīng)濟(jì)和綠色節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，整車的輕量化設(shè)計(jì)成為各大車企關(guān)注的熱點(diǎn)課題，其中門飾板作為內(nèi)飾的重要系統(tǒng)，其輕量化設(shè)計(jì)也得到越來越多的關(guān)注和研究。文章通過從材料定義、工藝選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面對(duì)門飾板輕量化方案進(jìn)行了淺析，并通過列舉量產(chǎn)車型案例驗(yàn)證和說明了輕量化方案的應(yīng)用及其成效，為門飾板的輕量化設(shè)計(jì)方案提供了一定的方向。

門飾板；輕量化設(shè)計(jì)；材料定義；工藝選擇；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

前言

如今，汽車成為了人們生活不可或缺的部分，傳統(tǒng)汽車重量大，燃油效率低，不利于節(jié)能和環(huán)保[1]。隨著消費(fèi)者對(duì)節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提升，汽車輕量化設(shè)計(jì)成為各大車企關(guān)注和研究的重點(diǎn)。作為內(nèi)飾主要的零件之一，門飾板在汽車內(nèi)飾中不僅起到裝飾美觀的作用，更為乘客提供了舒適可靠的操作性和碰撞保護(hù)性，其輕量化設(shè)計(jì)意義尤為重要。目前，國內(nèi)門飾板主體材料為改性聚丙烯（PP）材料，運(yùn)用較早的門飾板輕量化方案就是通過PP材料改性，研制特殊配方的低密度PP材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PP材料[2]；同時(shí)，有部分車企通過適當(dāng)降低產(chǎn)品壁厚[3]，例如門飾板地圖袋壁厚來實(shí)現(xiàn)門飾板整體輕量化。隨著環(huán)保及輕量化意識(shí)的增強(qiáng)，利用木屑和纖維熱壓的木纖維或天然麻纖維被廣泛應(yīng)用等[1] [4]。隨著新技術(shù)、新工藝的不斷進(jìn)步，門飾板輕量化方案選擇空間也隨之變多，門飾板為整車輕量化的貢獻(xiàn)值也會(huì)提升。

1 材料定義

1.1 麻纖維材料

采用天然麻纖維添加輔材，通過熱壓和模內(nèi)注塑一次成型門飾板，具有質(zhì)量輕，韌性強(qiáng)及環(huán)保等優(yōu)勢(shì)。麻纖維注塑門飾板材料選用麻纖維+PP，采用模壓或模壓注塑混合成型（見圖1）。主要優(yōu)點(diǎn)為NVH性能好、安全、舒適、環(huán)保。但是麻纖維材料成本高，且麻纖維成型后表面必須增加包覆PVC表皮，導(dǎo)致產(chǎn)品成本較普通PP材料上升170-200%。

圖1 某車型麻纖維門飾板

1.2 低密度材料

利用低滑石粉含量的PP材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PP+EPDM- TD20材料，通過特殊的PP配方體系，可以達(dá)到與PP+EPDM -TD20一致的收縮率和材料性能。材料選用為PP+EPDM- TD05/TD07，可以減重10%（見圖2）。優(yōu)點(diǎn)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無需更改，模具與傳統(tǒng)PP一樣，無風(fēng)險(xiǎn)。不足之處在于產(chǎn)品剛性下降10%，但一般能夠滿足門飾板各工況條件下的變形要求。成本方面，產(chǎn)品原材料成本上升5%，降重后產(chǎn)品成本與傳統(tǒng)材料可以保持持平。

圖2 某車型低密度門飾板

2 工藝選擇

2.1 微發(fā)泡工藝

門飾板微發(fā)泡工藝包括物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡。相比其他減重方案，微發(fā)泡減重效果最為明顯，筋壁厚比可達(dá)1:1，不易發(fā)生翹曲縮痕，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好。

表1 微發(fā)泡工藝門飾板

物理發(fā)泡為將氮?dú)饣蛘叨趸迹c熔融狀態(tài)的塑料均勻混合后，注入模具成型的過程，其減重約8-12%。物理發(fā)泡過程需額外投入發(fā)泡設(shè)備，且產(chǎn)品不能作為外觀件?；瘜W(xué)發(fā)泡是以化學(xué)發(fā)泡劑為氣源，得到產(chǎn)品內(nèi)部呈氣孔結(jié)構(gòu)、表面呈韌結(jié)皮狀的塑料制件，其減重約20-30%，但是產(chǎn)品模具成本高。物理發(fā)泡和化學(xué)發(fā)泡工藝門飾板的對(duì)比見表1。

2.2 薄壁化注塑

薄壁化是指通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝以及薄壁材料的配合，減薄壁厚并保持部件剛性和韌性，達(dá)到減重的目的。以門飾板為例：通常壁厚小于2.2mm時(shí)稱為薄壁注塑門飾板（見圖3）。目前日系追求節(jié)能低油耗，因此薄壁技術(shù)應(yīng)用廣泛，而歐系以低密度材料為主要趨勢(shì)。門飾板薄壁設(shè)計(jì)要求壁厚過渡均勻，合理的翻邊和卡扣設(shè)計(jì)；模具澆口、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)需綜合考慮，減少成型缺陷。薄壁化產(chǎn)品降重效果一般在12-15%，其不足在于產(chǎn)品剛性降低、澆口數(shù)量需求多，結(jié)構(gòu)、模具設(shè)計(jì)要求高。

圖3 某薄壁化設(shè)計(jì)量產(chǎn)車型門飾板

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 減少零件數(shù)量

在設(shè)計(jì)階段，不影響造型效果的前提下，通過合理的工藝或者結(jié)構(gòu)方案實(shí)現(xiàn)門飾板零部件的減少，從而簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低重量。

1）雙色一體化飾條設(shè)計(jì)：目前門飾板系統(tǒng)飾條設(shè)計(jì)是各大主機(jī)廠提升門飾板系統(tǒng)品質(zhì)感的重要零部件，通過設(shè)計(jì)雙色甚至多色飾條成為主流趨勢(shì)，雙色飾條可以實(shí)現(xiàn)不同的紋理效果或者不同的工藝。圖4所示為將兩個(gè)飾條設(shè)計(jì)為一體，中間設(shè)計(jì)0.7mm的分色槽，區(qū)分不同色彩和紋理特征。雙色飾條一體化設(shè)計(jì)減少了產(chǎn)品配合搭接，降低重量且提高裝配質(zhì)量。

圖4 某雙色一體化飾條設(shè)計(jì)車型門飾板

2）一體化軟質(zhì)嵌入中飾板設(shè)計(jì):一體化軟質(zhì)嵌入式中飾板無單獨(dú)的中飾板骨架，與本體一體注塑成型，然后通過熱壓將剪裁好的面料或者表皮復(fù)合在噴膠的中飾板本體上。一體化軟質(zhì)嵌入中飾板設(shè)計(jì)減少了中飾板的模具投入，簡(jiǎn)化中飾板和下飾板的配合搭接結(jié)構(gòu)，降低重量。一體化軟質(zhì)嵌入中飾板設(shè)計(jì)斷面形式可以參考圖5，通過在本體上下預(yù)留入口尺寸為9.0*3.8mm的凹槽，將料厚度為3.5mm的帶發(fā)泡層面料在壓力作用下復(fù)合進(jìn)凹槽，實(shí)現(xiàn)中飾板嵌入式軟質(zhì)處理。

圖5 一體化軟質(zhì)嵌入門飾板中飾板設(shè)計(jì)

3.2 優(yōu)化門飾板部件配合結(jié)構(gòu)

1）減少雙層零件搭接面積，如圖6所示，對(duì)門飾板產(chǎn)品配合搭接重疊區(qū)域進(jìn)行挖空，去除不必要的材料進(jìn)行門飾板減重。

圖6 雙層重疊區(qū)域挖空

2）門飾板緊固多采用卡接和焊接結(jié)構(gòu)，減少螺接。以現(xiàn)有一量產(chǎn)車型門飾板為例（圖7），一個(gè)門飾板采用了23個(gè)螺釘，如全部用焊接代替，四門能降重0.2kg左右。同時(shí)焊接和卡接還能簡(jiǎn)化工序，提高生產(chǎn)節(jié)拍。

圖7 門飾板零部件配合連接設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

通過從材料定義、工藝選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面對(duì)門飾板輕量化方案進(jìn)行了淺析，并通過列舉量產(chǎn)車型案例驗(yàn)證和說明了輕量化方案的應(yīng)用及其成效，為門飾板的輕量化設(shè)計(jì)方案提供了一定的方向，并可以廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾領(lǐng)域。

[1] 常燕,王兆增,安運(yùn)成等.車用天然纖維復(fù)合材料的研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].山東化工.2015年第44卷.

[2] 徐偉,潘杰花,蔣艷云.PP類材料在汽車輕量化方案中的應(yīng)用研究[J].研發(fā)與開發(fā).2014.

[3] 羅嗣勝,陳鋒.塑料制品薄壁化技術(shù)[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用.2004年8月.

[4] 張卓,任忠海,葉湖水.麻纖維在汽車工業(yè)中的開發(fā)應(yīng)用與展望[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué).2010年第10期.

Analysis Of Lightweight Designs For Automobile Door Trim

He Fengyi, Zhu Herui, Wang Xuchu, Gao Shanshan

( R&D Center, BAIC Motor CorporationeLTD., Beijing 101300 )

With the development of low-carbon economy and green energy-saving environmental protection economy, the lightweight design becomes the hot topic of vehicle for various auto enterprises. As an important system of interior trim, lightweight design of the door trim has attracted more and more attention and research. In this paper, the solutions, such as material selection, molding process and structure design were analyzed, and solutions and their effects to the application of lightweight were supported. The door trim light weighting design solutions provide a certain direction.

Door trim; Lightweight Designs; material selection; molding process; structure design

U462

B

1671-7988(2018)21-145-03

U462

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1671-7988(2018)21-145-03

何鳳億，中級(jí)工程師，就職于北京汽車股份有限公司汽車研究院，現(xiàn)為門飾板工程師。研究方向：汽車內(nèi)外飾件研發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.050