周超群 楊劍飛 李飛 王建彬

摘? 要：汽車后尾門是車身外觀造型的重要組成部分，傳統(tǒng)后尾門多為鈑金件，成型困難且重量較大，不利于汽車的輕量化設(shè)計。采用重量較輕的高強(qiáng)度塑料，通過改善成型工藝、進(jìn)行集成化方案設(shè)計以及機(jī)構(gòu)優(yōu)化，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下實現(xiàn)以塑代鋼，可有效降低汽車后尾門重量。汽車后尾門輕量化研究對新時期節(jié)能減排和緩解能源危機(jī)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：汽車后尾門? 塑料? 輕量化? 集成化

中圖分類號：U465? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）10（a）-0074-03

Abstract： The rear door of the automobile is an important part of the appearance of the body. The traditional rear door is mostly made of sheet metal， which is difficult to form and has a large weight， which is not conducive to the lightweight design of the automobile. The use of light weight high-strength plastics， through improvement of the molding process， integrated scheme design and mechanism optimization， to achieve the replacement of steel under the conditions of structural strength， can effectively reduce the weight of the car's rear door. The lightweight research of automobile rear door is of great significance for energy saving， emission reduction and mitigation of energy crisis in the new period.

Key Words： The rear door of automobile; Plastic; Light weight; Integration

近年來，隨著社會的發(fā)展和人們生活品質(zhì)的提升，汽車作為耐用消費(fèi)品逐漸走近了千家萬戶，我國的汽車生產(chǎn)和保有量處于世界前列。大量的汽車能耗和尾氣排放對環(huán)境保護(hù)造成了新的挑戰(zhàn)，汽車的重量是影響汽車能耗的關(guān)鍵指標(biāo)。因此，在安全條件下，適當(dāng)降低車身重量，實現(xiàn)汽車輕量化設(shè)計是有效解決汽車能耗及排放，提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的重要途經(jīng)[1-2]。

汽車的后尾門部分涉及零部件較多，是汽車尾部外觀造型的重要組成，使用時頻繁開啟，故對汽車尾門部分的設(shè)計要注重美觀和實用并重。傳統(tǒng)的汽車尾門材料多為鈑金制作，成型困難，且不利于汽車的輕量化設(shè)計。因此，采用重量較輕的高強(qiáng)度塑料，實現(xiàn)“以塑代鋼”是后尾門輕量化研究的主要方向。

1? 汽車后尾門的結(jié)構(gòu)

汽車后尾門部分集成了后擋風(fēng)玻璃、尾門鎖、尾燈、倒車燈、倒車影像攝像頭、雷達(dá)傳感器、后雨刮器及電機(jī)、尾門線束組件、天線、擾流板、氣彈簧、緩沖塊、其他裝飾亮條等零部件。傳統(tǒng)汽車尾門由數(shù)十個鈑金沖壓件，通過夾具裝夾、點焊或激光焊接而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且重量較大。由高強(qiáng)度塑料代替鈑金制作汽車后尾門既可實現(xiàn)輕量化，又有效降低尾門焊接誤差及沖壓和累計誤差，還可適應(yīng)尾門造型的變化，提高設(shè)計自由度，提升汽車尾部的外觀質(zhì)量。目前，塑料后尾門已在多款車型中應(yīng)用。

2? 塑料后尾門的輕量化研究

隨著個性化需求的增加，對汽車后尾門結(jié)構(gòu)造型和安全環(huán)保需求提出了更高的要求。塑料后尾門材料從全熱固性塑料到全熱塑性塑料，經(jīng)歷了多次產(chǎn)品迭代，生產(chǎn)工藝不斷改進(jìn)。塑料尾門的成型工藝、集成化、結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計和新型材料應(yīng)用等方面的技術(shù)將是塑料尾門重要的研究方向。

2.1 塑料后尾門成型工藝研究

塑料后尾門成型工藝是指產(chǎn)品的制造工藝，塑料成型工藝主要包括熱壓和注塑，塑料后尾門的成型工藝按時間發(fā)展經(jīng)歷了3個不同的階段，第一代產(chǎn)品為全熱固性的熱壓塑料尾門，第二代產(chǎn)品為熱固性的熱壓塑料內(nèi)板+熱塑性注塑塑料外板/擾流板塑料尾門，第三代產(chǎn)品為全熱塑性注塑塑料尾門[3-5]。經(jīng)過三代成型工藝的不斷完善，塑料后尾門成型工藝基本成熟，產(chǎn)品性能指標(biāo)與整車匹配性較好，且輕量化水平得到顯著提高[6-7]。圖1所示為第三代塑料后尾門主要結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)板、外板、擾流板三個主要的注塑塑料部件。

2.2 塑料后尾門的集成化研究

塑料后尾門集成化是指將塑料后尾門模塊進(jìn)行集成，各部件通過直接安裝在塑料后尾門上，形成一個整體部件。圖2所示即為集成化的塑料后尾門，其根據(jù)功能需求不同包括后擋風(fēng)玻璃、后雨刮、上外板、剎車燈、門把手、牌照燈、下外板、氣彈簧、尾燈、密封條、門鎖及其支架、線束管路、防碎線、門鉸鏈、雨刮電機(jī)、后背門內(nèi)護(hù)板組件等部件。通過把塑料后尾門模塊進(jìn)行集成化，有效利用汽車尾部空間，實現(xiàn)后尾門輕量化。

2.3 塑料后尾門結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計

塑料后尾門結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計就是通過計算機(jī)CAE分析軟件對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行優(yōu)化，實現(xiàn)塑料尾門結(jié)構(gòu)的輕量化。目前，結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)主要包括拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化和尺寸優(yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化是在需要優(yōu)化的設(shè)計空間下，達(dá)到不同的性能要求，滿足材料分布的最優(yōu)化的一種計算方法;形貌優(yōu)化是指對產(chǎn)品內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)形狀以及其邊界的形狀分析優(yōu)化方法;尺寸優(yōu)化是指通過調(diào)整板件厚度以及梁結(jié)構(gòu)的截面尺寸等參數(shù)來改進(jìn)性能的優(yōu)化方法，此優(yōu)化過程并不改變結(jié)構(gòu)的拓?fù)渲g關(guān)系和拓?fù)浔旧淼男螤睢２捎糜邢拊夹g(shù)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，使產(chǎn)品的各性能指數(shù)在設(shè)計階段進(jìn)行有效的定量分析，可以大幅度縮減開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，在汽車輕量化設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用普遍[8-10]。

2.4 新型材料的應(yīng)用

塑料后尾門的材質(zhì)與其成型工藝密切相關(guān)，隨著成型工藝的不斷發(fā)展，其材質(zhì)也從早期的熱固性塑料，到熱固性塑料與熱塑性塑料相結(jié)合，再到全熱塑性塑料，構(gòu)成塑料尾門的發(fā)展進(jìn)程。其中，第一代產(chǎn)品熱固性塑料，采用SMC復(fù)合材料（玻璃鋼），優(yōu)點是外觀效果良好、剛度高、產(chǎn)品收縮率低，但由于密度太高，減重效果不明顯，而且回收難度高，脆性大易碎、耐沖擊性差。第二代產(chǎn)品對第一代產(chǎn)品進(jìn)行材質(zhì)改進(jìn)，使用復(fù)合材料，外板擾流板使用塑性材料，輕量化效果得到明顯改善。第三代塑料尾門內(nèi)板采用PP長玻纖、外板采用礦物填充的PP材料，使后尾門在輕量化、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、環(huán)保、造型自由度等方面性能顯著提升[11-12]。

3? 結(jié)語

與傳統(tǒng)的鈑金結(jié)構(gòu)后尾門相比較，塑料后尾門通過成型工藝優(yōu)化、集成化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及新型材料應(yīng)用等手段，使后尾門在輕量化方面的優(yōu)點十分突出，在兩種尾門同時滿足性能要求的前提下，塑料后尾門可比鈑金后尾門減重30%左右，有效提升了汽車輕量化水平。汽車輕量化是解決汽車燃油消耗以及尾氣嚴(yán)重排放問題的有效手段，是新時期應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境污染的可靠措施[13]。

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