張 揚，井龍卿，劉春良（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

0 引言

隨著人民生活水平的提高，汽車在人們的日常生活中占據(jù)了很重要的地位，人們不僅對其操作性、安全性等提出了更高的要求，而且對其乘坐的舒適性也提出了越來越高的要求，整車NVH水平是體現(xiàn)其舒適性的一項重要指標(biāo)。NVH是噪聲（Noise）、振動（Vibration）與舒適性（Harshness）的英文縮寫，是汽車業(yè)各大整車制造企業(yè)和零部件企業(yè)最關(guān)注的問題之一，也是衡量汽車制造質(zhì)量的一個綜合指標(biāo)。NVH性能的優(yōu)劣直接影響整車水準(zhǔn)，為達到降低車內(nèi)噪聲提升NVH水平而進行的產(chǎn)品和技術(shù)開發(fā)中，新興的雙組分聚氨酯發(fā)泡材料被普遍應(yīng)用。

1 雙組分聚氨酯發(fā)泡材料的作用機理

雙組分聚氨酯發(fā)泡材料由A組分和B組分在常溫下以固定比例混合后快速反應(yīng)、發(fā)泡并快速成型，如圖1所示，其應(yīng)用于側(cè)圍旁路空腔密封時，可非常有效地進行氣流阻隔、抑制空氣傳播，在阻斷通道時，由于聚氨酯發(fā)泡材料具有多孔吸聲材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使聲波能量得到很大的吸收并衰減。

圖1 雙組分聚氨酯發(fā)泡原理Figure 1 Foaming principle of two-component polyurethane

2 白車身應(yīng)用部位

雙組分聚氨酯發(fā)泡材料主要注射部位為車身A柱、B柱、C柱、輪罩等部位。注膠位置設(shè)置原則如下：

（1） A柱前端：阻斷發(fā)動機傳來的噪音；

（2） A柱、B柱上部：接近駕駛員耳朵部位；

（3） 前圍窗橫梁：隔斷發(fā)動機、冷卻系統(tǒng)噪音；

（4） 輪罩：隔斷輪胎的噪音。

3 空腔注膠對車身結(jié)構(gòu)的要求

車身結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到注膠的效果，因此在車身設(shè)計初期，應(yīng)該組織注膠設(shè)備廠家、材料廠家以及NVH部門和工藝部門，對車身結(jié)構(gòu)設(shè)計進行評審，避免后期對車身結(jié)構(gòu)進行變更。

3.1 注膠部位確定

空腔注膠對車身結(jié)構(gòu)有特殊的要求，需要在車身研發(fā)階段進行特殊設(shè)計。首先要求與NVH部門共同設(shè)計確定需要注膠的部位，研究發(fā)泡空腔大小以及發(fā)泡量，需發(fā)泡的空腔必須是半封閉空腔，敞開式空腔會導(dǎo)致發(fā)泡形狀不統(tǒng)一。另外在設(shè)計注膠空腔時還需要考慮車身內(nèi)腔蠟的噴涂部位，二者之間不能有交叉，噴蠟部位需要與發(fā)泡部位分隔開，防止噴蠟時霧化的蠟影響發(fā)泡效果，這些都是在白車身設(shè)計時需要考慮的因素。

3.2 注膠孔設(shè)計

注膠孔直徑最好保持一致，便于噴槍共用，注膠孔直徑依據(jù)噴槍嘴直徑大小設(shè)計，建議孔直徑比槍嘴直徑大1～1.5 mm，注膠孔周圍的孔直徑要比注膠槍嘴直徑小，防止人員誤操作，如果需要封閉內(nèi)外兩個腔體，建議過孔直徑為?20～?28。由于注膠槍需要伸入到空腔中，因此，對注膠孔要留有至少10 mm的空間便于槍頭進入。為了便于材料的流動，還需要考慮原材料流道，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔，建議設(shè)計2個或多個注膠孔，避免因原材料流動障礙導(dǎo)致的質(zhì)量問題發(fā)生。

3.3 注膠量確定

一般來說，對于長度為4.8 m左右的轎車和SUV車來說，注膠量一般為1～2.5 kg左右，單孔注膠量為50～200 g。發(fā)泡量太大，操作時間長，影響生產(chǎn)節(jié)拍。

4 現(xiàn)場工藝與設(shè)備

4.1 工藝規(guī)劃

空腔注膠工藝在涂裝操作完成后轉(zhuǎn)總裝裝配之前進行，一般設(shè)計在涂裝車間的最后1道工序或者是總裝車間的第1道工序。該工藝是在車身特定的注射孔里注射發(fā)泡原材料，發(fā)泡原材料由A、B兩種組分組成，A組分為多元醇，B組分為異氰酸酯。二者在混合前均為液體，在一定比例下進行混合，混合時發(fā)生放熱的化學(xué)反應(yīng)，體積迅速膨脹，得到聚氨酯泡沫，其中混合比例由原材料廠商提供，如DOW發(fā)泡材料的配比為A、B組分的體積比24∶1。

注膠工位一般設(shè)置2個工位，1個高工位和1個正常工位，其中高工位對A柱上部、B柱及C柱上部等部位進行灌注，低工位對A柱下部及后門輪罩部位進行灌注。在進行空腔注膠時需對除注膠孔以外的孔進行人工遮蔽操作，防止泡沫材料膨脹后溢出。

在進行注膠工藝時還需要考慮注膠與車身內(nèi)腔蠟之間的關(guān)系。如果鋼板上有蠟，導(dǎo)致泡沫不能與鋼板有效結(jié)合，兩者間附著力不好，影響降噪效果。因此在采取噴蠟工藝的情況下，需要避免蠟霧污染到需要注膠的部位。

4.2 注膠設(shè)備技術(shù)要求

空腔發(fā)泡設(shè)備主要由材料輸送系統(tǒng)、注射計量單元、注射槍懸掛裝置、槍頭清洗單元及電控系統(tǒng)等5部分組成。

材料輸送系統(tǒng)：包括A組分和B組分輸送系統(tǒng)，雙組分材料由輸送泵直接從材料商的材料桶內(nèi)抽取，經(jīng)過材料輸送管道送入發(fā)泡加注系統(tǒng)的緩沖槽。同時在此裝置中涉及加熱單元，材料溫度建議控制在40～50 ℃。材料溫度控制系統(tǒng)由溫控模塊來控制，材料循環(huán)系統(tǒng)可確保溫度穩(wěn)定、精確。溫度控制系統(tǒng)的PID程序可允許溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)變化，如果超過設(shè)定的溫度范圍，設(shè)備會報警并停機。

注射計量單元：在循環(huán)模式下A、B組分分別由計量泵輸送到混合槍頭。注射量可以由操作者釋放扳機的時間來控制，或者給設(shè)備設(shè)定注射量，完全由設(shè)備自動控制。

注射槍懸掛裝置：沿著生產(chǎn)線前進的方向設(shè)置導(dǎo)軌，垂直方向也設(shè)有吊掛噴槍管的導(dǎo)軌，槍管路吊掛在彈簧平衡器上。可以非常方便地進行生產(chǎn)作業(yè)。

槍頭清洗單元：在空腔發(fā)泡膠操作的每個工位配置一套槍頭清洗單元，便于槍頭經(jīng)長時間操作變臟時進行清洗。不需要在每次注射后清洗。

在不注射的狀態(tài)下，材料通過注射槍保持高壓循環(huán)，這不僅能使注射槍保持清潔，也可保證流量、溫度的穩(wěn)定。在待機及注射間歇狀態(tài)下，保持低壓循環(huán)。

4.3 工藝參數(shù)設(shè)置

溫度控制：原料供應(yīng)間溫度設(shè)置在18～35 ℃；A組分主管循環(huán)溫度設(shè)置為（38±5）℃；B組分主管循環(huán)溫度設(shè)置為（25±5）℃；A組分加熱器溫度設(shè)置為82 ℃；B組分加熱器溫度設(shè)置為30 ℃；A組分線邊罐溫度設(shè)置為70 ℃；B組分線邊罐溫度設(shè)置為22～49 ℃；A組分槍口溫度設(shè)置為74～82 ℃；

壓縮空氣的壓力控制：線邊罐壓縮空氣壓力為0.2～0.3 MPa，需要線體員工開線前進行點檢；

注膠參數(shù)設(shè)置：在ET階段（設(shè)計驗證階段）利用側(cè)圍總成，將單件拆除后螺接，在需要注膠的位置涂上蠟，側(cè)圍件反復(fù)利用驗證各腔體注膠量，車型量產(chǎn)后需要對各注膠參數(shù)進行測量，設(shè)置注膠量與實際測量值誤差在±5%，測量頻次1次/班。

以上參數(shù)設(shè)置僅作為參考，實際現(xiàn)場需要根據(jù)注膠管路、注膠場地的規(guī)劃特點進行最終參數(shù)的調(diào)整。

5 與傳統(tǒng)夾膠板的對比

發(fā)泡注膠與傳統(tǒng)夾膠板的對比見表1。由表1可見，聚氨酯發(fā)泡的充填效果更好，而且質(zhì)地均勻，不需要用單獨的模具進行預(yù)制成型，注射量可以任意調(diào)整，特別適用于多種車型的混線生產(chǎn)。

傳統(tǒng)夾膠板需要烘烤后發(fā)泡，發(fā)泡效果因車型結(jié)構(gòu)和發(fā)泡材料性能不同會有較大差異，充填效果重復(fù)性差，導(dǎo)致車輛個體的降噪效果有差異，夾膠板依據(jù)車身內(nèi)腔結(jié)構(gòu)設(shè)計，車型之間不通用，每款車型需要開發(fā)一套模具，周期長、成本高，夾膠板填材料芯部支架多為尼龍制造，雖然耐熱性可以滿足要求，但是對聲音的阻隔效果較差。

表1 發(fā)泡注膠與傳統(tǒng)夾膠板的對比Table 1 The comparison between foaming injection gel and the traditional binder plate

6 結(jié)語

對汽車的運動噪音控制能力直接反映了整車的質(zhì)量控制水平，在行業(yè)內(nèi)受到廣泛的關(guān)注?？涨蛔钄嗍强刂栖噧?nèi)噪聲經(jīng)空氣傳播的重要方法，可以有效改善整車的NVH性能。其中，車身空腔阻斷位置設(shè)計和阻斷材料選用對空腔阻斷效果至關(guān)重要。雙組分聚氨酯發(fā)泡材料具有質(zhì)量輕、舒適性好、吸振性較高等特點，其優(yōu)越性是其他材料不能比擬的。