江曉翊，孟云飛

（敏實(shí)集團(tuán)，浙江 嘉興 314006）

隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，目前市場(chǎng)呈現(xiàn)百花爭(zhēng)鳴的態(tài)勢(shì)，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的新穎造型和功能追求越來(lái)越高。2012年林肯MKZ使用貫穿式尾燈打開(kāi)了尾燈設(shè)計(jì)的新風(fēng)尚：貫穿式造型尾燈[1]。貫穿燈一般使用焊接工藝[2]，熱板焊接的原理是將需焊接的2個(gè)塑料件的表面用熱板同時(shí)加熱，然后在一定的壓力下壓合熔融部分材料，冷卻之后塑料件之間形成牢固的鏈接[3]。振動(dòng)頻率和振幅連續(xù)可調(diào)的電磁振動(dòng)頭可以確保產(chǎn)品不會(huì)虛焊[4]。在貫穿燈的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要關(guān)注每一個(gè)可能影響產(chǎn)品總成性能表現(xiàn)的因子。

1 應(yīng)用實(shí)績(jī)問(wèn)題分析

貫穿式汽車(chē)尾燈近年來(lái)在市場(chǎng)上的新車(chē)型上面有了很廣泛的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)貫穿式的尾燈在汽車(chē)市場(chǎng)及造型部門(mén)的應(yīng)用中呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，針對(duì)這類產(chǎn)品，往往會(huì)涉及貫穿燈與車(chē)輛兩側(cè)車(chē)大燈的造型匹配和延續(xù)性，產(chǎn)品本身也會(huì)涉及一些典型的要求，比如防水透氣功能的實(shí)現(xiàn)，氣密性、水密性的實(shí)現(xiàn)，包括內(nèi)外板的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）與工程塑料合金（PC+ABS）的焊接功能，焊接時(shí)候的相容性，雙色注塑的匹配性，雙色注塑、物理氣象沉積（PVD）、硬質(zhì)涂層（Hard coating）和工藝的性能考量，振動(dòng)摩擦焊接的一些性能考量，產(chǎn)品的整體插拔力的考量，以及造型車(chē)身的外觀視覺(jué)效果的考量。因?yàn)楫a(chǎn)品橫貫車(chē)身，所以一般都比較長(zhǎng)，這樣就會(huì)產(chǎn)生諸如翹曲、波浪紋、褶皺、縮水、粒點(diǎn)、橘皮、卷邊、異響、燙傷、燒焦、壓腫、飛邊、熔接線、銀絲、斷差、光影不順、拋光痕和PVD漏鍍等各種各樣的不良問(wèn)題。因此，在貫穿燈的設(shè)計(jì)初期，到過(guò)程管控，再到異常分析對(duì)策，最終到裝車(chē)試驗(yàn)功能驗(yàn)證等，需要全方位地進(jìn)行人機(jī)料法環(huán)的預(yù)判和分析。結(jié)合數(shù)據(jù)模擬和實(shí)物分析及參數(shù)因子DOE試片驗(yàn)證等手段，最終設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出可靠的貫穿燈產(chǎn)品。

2 材料選擇

材料的選擇是貫穿式汽車(chē)尾燈非常核心的一個(gè)環(huán)節(jié)，材料的性能會(huì)影響到產(chǎn)品本身的性能，包括工藝中注塑、焊接、PVD和產(chǎn)品成型之后的冷熱循環(huán)及插拔力等諸多核心性能的實(shí)現(xiàn)。貫穿式汽車(chē)尾燈通常使用透明的材料作為一個(gè)外板，利用PMMA透明料和PMMA黑色料雙色注塑成一個(gè)外板，同時(shí)配以PC+ABS的內(nèi)板，通過(guò)焊接的工藝來(lái)進(jìn)行整體的成型。

2.1 內(nèi)板材料選擇

關(guān)于基材PC+ABS材料的選擇，需要綜合考慮拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲模量、熱變形溫度及最重要的熔融指數(shù)的表觀，同時(shí)因?yàn)槭瞧?chē)外飾件，產(chǎn)品的外觀光澤、黑度及成型性也需要綜合考量，所以基于如下的打分表（見(jiàn)表1）的對(duì)比，最終選擇了材料3。

表1 不同材料供應(yīng)商的PC+ABS材料性能對(duì)比

貫穿式汽車(chē)尾燈在T3試模之后，從產(chǎn)品的內(nèi)外板單件到產(chǎn)品的總成都產(chǎn)生了不少的問(wèn)題點(diǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.2 外板材料選擇

在確定了內(nèi)板的成型材料之后，需要重點(diǎn)考量產(chǎn)品的外板材料，外板材料肩負(fù)著外觀和整體透光的要求。所以一般從透明性的要求來(lái)說(shuō)，行業(yè)里會(huì)有PMMA和PC 2種材料的選擇，PMMA材料的黑度包括光澤性會(huì)優(yōu)于PC，同時(shí)PC材料在耐候試驗(yàn)之后，會(huì)出現(xiàn)發(fā)黃的現(xiàn)象，所以在外觀上就會(huì)選擇PMMA。目前行業(yè)內(nèi)也會(huì)有PC改性的材料可以符合使用要求，但是往往價(jià)格比較貴，所以最終選擇了PMMA。

3 焊接工藝的選擇

在確定了PMMA和PC+ABS的工藝之后，首先可以確定的是焊接之后，因?yàn)楫a(chǎn)品比較長(zhǎng)，需要做退火的處理，以此防止應(yīng)力集中產(chǎn)品開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)。

紅外預(yù)熱振動(dòng)摩擦焊。貫穿燈在進(jìn)行焊接工藝選擇的時(shí)候，需要面臨2個(gè)問(wèn)題的考驗(yàn)，第一，產(chǎn)品需要達(dá)到燈一級(jí)的外觀，內(nèi)外板焊接之后，往往會(huì)產(chǎn)生焊渣和焊屑、焊絲等次生料。這樣外觀上就無(wú)法滿足客戶的要求。第二，相關(guān)的焊渣、焊屑和焊絲也會(huì)對(duì)后序工序的PVD工藝產(chǎn)生非常大的影響。因?yàn)镻VD沉積的膜厚非常的薄，所以在有這些雜質(zhì)的時(shí)候外觀往往是被判定為不良品的。因此基于圖1（a）的普通摩擦焊接縫和圖1（b）的紅外預(yù)熱振動(dòng)摩擦焊接縫的對(duì)比，最終會(huì)選擇紅外預(yù)熱摩擦焊的工藝用于貫穿燈的焊接。

圖1 2種焊接工藝焊接縫對(duì)比圖

4 產(chǎn)品插拔力要求

產(chǎn)品的總成的插拔力要求是插入力小于65 N，拔出力大于98 N，在這樣的試驗(yàn)要求情況下，綜合考慮材料物理性能的影響（見(jiàn)表2），對(duì)產(chǎn)品的總成進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）解析的分析，最終發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的總成滿足整體的要求，在前期就規(guī)避了插拔力不足的影響。

表2 材料的物理性能

5 產(chǎn)品的人機(jī)工程校核

針對(duì)注塑件產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)品的造型面會(huì)有2種情況產(chǎn)生，第一種情況是如果在P.L線附近的夾角因?yàn)檎?chē)的造型而比較尖銳，這樣的情況下，產(chǎn)品出來(lái)之后因?yàn)榧膺厱?huì)對(duì)內(nèi)部生產(chǎn)工藝過(guò)程的操作工人和產(chǎn)品總成的安裝工人，以及車(chē)輛的使用者在觸碰的情況下造成傷害。第二種情況是在P.L線附近有飛邊和毛刺的產(chǎn)生，在進(jìn)行下一道工序的時(shí)候會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生劃傷，對(duì)操作工人產(chǎn)生劃傷手指等操作的風(fēng)險(xiǎn)。因此在設(shè)計(jì)的前期，就會(huì)針對(duì)產(chǎn)品的邊緣部分進(jìn)行產(chǎn)品角度的校核，一般會(huì)盡量把產(chǎn)品的角度做到65°以上，同時(shí)在邊緣部分比如凸臺(tái)部分可以做玉緣的結(jié)構(gòu)，形成圓形的過(guò)渡，這樣就不容易對(duì)人造成傷害，最后在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段，可以使用UL利邊測(cè)試儀對(duì)（圖2）產(chǎn)品的邊緣進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 UL利邊測(cè)試儀

6 產(chǎn)品的注塑工藝DOE

當(dāng)貫穿燈產(chǎn)品出來(lái)之后，產(chǎn)品出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的問(wèn)題點(diǎn)，包括：①主澆口氣痕——扇形氣痕；②產(chǎn)品結(jié)構(gòu)印（縮印/應(yīng)力痕）——存在結(jié)構(gòu)?。虎蹨夭罹€——溫差線伴有發(fā)白狀。且產(chǎn)品的批次工藝調(diào)整的狀態(tài)不同，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)的來(lái)回波動(dòng)，往往一種不良調(diào)整消除之后，另外一種不良或者多種不良就會(huì)出現(xiàn)。在這種情況下，就非常有必要進(jìn)行產(chǎn)品注塑工藝的試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）分析，來(lái)進(jìn)行最佳工藝的篩選。

第一步，需要通過(guò)注塑短射來(lái)確定注塑是否左右側(cè)走膠均衡（如圖3所示）。

圖3 注塑短射驗(yàn)證

第二步，對(duì)注塑工藝產(chǎn)品的如上不良現(xiàn)象影響最大的3大模塊展開(kāi)DOE的因子解析，分別是保壓壓力的DOE因子解析、射出速度的DOE因子解析和保壓時(shí)間的DOE因子解析，基于此3類分析，最終選擇出最佳工藝（見(jiàn)表3）。

表3 最佳注塑工藝DOE

7 基于PVD外觀匹配的改性材料性能比對(duì)

產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，隨著客戶對(duì)于整車(chē)的外觀定義標(biāo)準(zhǔn)的變更，在設(shè)計(jì)初期對(duì)產(chǎn)品方案策劃的時(shí)候，進(jìn)行的材料性能解析所選擇的材料類型可能在其他的產(chǎn)品性能方面可以滿足開(kāi)發(fā)的需求，但是當(dāng)客戶對(duì)整車(chē)外觀匹配提出新的要求和標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，就需要基于材料進(jìn)行改性調(diào)整。通過(guò)最佳改性材料光澤色差反光率對(duì)比（表4）和最佳改性材料產(chǎn)品外觀和尺寸對(duì)比（表5）2個(gè)綜合維度的考量，最終選擇出材料3的各項(xiàng)指標(biāo)是最匹配本零件的綜合性能要求。

表4 最佳改性材料光澤色差反光率對(duì)比

表5 最佳改性材料產(chǎn)品外觀和尺寸對(duì)比

8 結(jié)論

隨著我國(guó)新能源和傳統(tǒng)汽車(chē)行業(yè)的興起和突破，汽車(chē)貫穿式汽車(chē)尾燈在市場(chǎng)上開(kāi)始更多地應(yīng)用于選配和車(chē)型上。本文通過(guò)對(duì)貫穿式汽車(chē)尾燈的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的研究，有如下總結(jié)和業(yè)界同仁分享。

（1）貫穿燈材料的選擇：需要綜合考慮產(chǎn)品總成性能對(duì)材料物性、工藝流程中焊接力的評(píng)估，雙色注塑工藝對(duì)材料的流動(dòng)性的影響。材料的選擇需要綜合考慮拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲模量、熱變形溫度及最重要的熔融指數(shù)的表觀，同時(shí)因?yàn)槭瞧?chē)外飾件，產(chǎn)品的外觀光澤、黑度及成型性也需要綜合考量，建議對(duì)材料的機(jī)械性能、熱性能和物理性能進(jìn)行綜合比對(duì)考量。

（2）貫穿燈焊接工藝的選擇：最終會(huì)選擇紅外預(yù)熱摩擦焊的工藝用于貫穿燈的焊接。綜合考慮接縫的外觀及避免虛焊等因素。

（3）貫穿燈的產(chǎn)品插拔力、人機(jī)工程校核：選取其中的一個(gè)點(diǎn)去進(jìn)行分享，希望更多的工作和驗(yàn)證在虛擬設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，盡量前期規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以用UL利邊測(cè)試儀之類的工具進(jìn)行產(chǎn)品的后續(xù)校核驗(yàn)證。

（4）最佳工藝DOE：在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)出現(xiàn)不良的時(shí)候，可以對(duì)注塑工藝產(chǎn)品的不良現(xiàn)象影響最大的3大模塊展開(kāi)DOE的因子解析，分別是保壓壓力的DOE因子解析、射出速度的DOE因子解析和保壓時(shí)間的DOE因子解析。

（5）最佳的外觀匹配材料：通過(guò)最佳改性材料光澤色差反光率對(duì)比和最佳改性材料產(chǎn)品外觀和尺寸對(duì)比2個(gè)綜合維度的考量，實(shí)現(xiàn)實(shí)車(chē)匹配的最滿足整車(chē)外觀一致性匹配的基材。