汽車車門玻璃導(dǎo)槽的斷面設(shè)計(jì)和成型工藝研究

□田永 □韋俊

廣汽菲亞特汽車有限公司 產(chǎn)品技術(shù)部 長(zhǎng)沙 410100

密封條是汽車的重要零部件之一，是汽車中除輪胎以外使用橡膠量最多的一類配件。主要用于汽車的門窗、前后蓋等存在間隙的部位，起密封、減振、隔音、裝飾等作用，防止外部的風(fēng)沙、雨水、塵土等侵入車內(nèi)，以提高汽車部件的工作壽命和乘坐舒適性［1］。汽車密封條需求量非常巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年為5 500萬(wàn)m，至2005年達(dá)到9 100萬(wàn)m，2010年達(dá)到 13 830 萬(wàn) m［2］。

▲圖1 玻璃導(dǎo)槽在車門上的安裝位置

汽車玻璃導(dǎo)槽是汽車密封條的一種，是汽車車窗密封系統(tǒng)的主要零件。車窗玻璃導(dǎo)槽密封條安裝于車門升降玻璃窗周邊的車門鋼槽內(nèi)，如圖1所示，作為車窗玻璃升降的引導(dǎo)件，兼有導(dǎo)向、密封、防水、防塵、降低噪聲諸多功能；另外，該零件外露面積大，是重要的外觀件之一，零件設(shè)計(jì)、制造難度較大。

車窗玻璃導(dǎo)槽密封條的性能好壞主要由幾個(gè)方面來評(píng)價(jià)：使用性能（即功能性）、外觀（即裝飾性）、裝配性能 （零件應(yīng)易于裝配，以適應(yīng)裝配流水線的工作節(jié)拍）等［3］。

1 玻璃導(dǎo)槽材料

玻璃導(dǎo)槽常用材料主要有EPDM （三元乙丙橡膠）、TPE（熱塑性彈性體）、PVC（聚氯乙烯）、CR（氯丁橡膠）和NBR（丁晴橡膠）等，其中EPDM用量最大。EPDM由乙烯、丙稀單體加入少量非共軛二烯烴聚合而成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在聚合物分子主鏈上無不飽和雙鍵，而在支鏈上引入了不飽和雙鍵。因而具有優(yōu)良的耐候性、耐熱性、耐臭氧、耐紫外線性以及良好的加工性能和低壓縮永久變形，是生產(chǎn)的首選材料。TPE有塑料和橡膠二相組成，在一定程度上兼有了塑料和橡膠的特點(diǎn)，在加工過程中無須硫化，更容易實(shí)現(xiàn)精確斷面控制，TPE既具有彈性體的優(yōu)良工程性能，又具有塑料的優(yōu)良特性，既方便加工，同時(shí)材料在一定條件下可回用，對(duì)環(huán)境污染小［4］。軟、硬PVC具有成形容易、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，且具有良好的物理機(jī)械性能，也被用來制造車密封條［5］。但用改性PVC制作密封條，產(chǎn)品暴露在空氣中，不可避免要受到光、空氣、臭氧、微生物等影響產(chǎn)生老化，加入少量紫外線吸收劑UV-9和氧化鋅、炭黑能保證制品耐熱、耐老化［6］。

▲圖2 玻璃導(dǎo)槽的整體結(jié)構(gòu)

2 玻璃導(dǎo)槽的斷面分析

玻璃導(dǎo)槽會(huì)緊貼在金屬玻璃導(dǎo)軌內(nèi)部，和玻璃直接接觸，依靠唇邊的變形來協(xié)助門玻璃在導(dǎo)軌中平穩(wěn)的滑動(dòng)，它是車門玻璃升降的重要引導(dǎo)件，它兼有導(dǎo)向、密封、防水、防塵、降低噪聲等諸多功能。

▲圖3 玻璃導(dǎo)槽上部的典型斷面

▲圖4 玻璃導(dǎo)槽上部實(shí)際斷面截圖

▲圖5 植絨以后的玻璃導(dǎo)槽頂端

▲圖6 玻璃導(dǎo)槽側(cè)邊的典型斷面

▲圖7 玻璃導(dǎo)槽側(cè)邊的典型斷面

在設(shè)計(jì)玻璃導(dǎo)槽的斷面時(shí)，要考慮到適當(dāng)密封、滑阻。既不能由于密封不足而造成玻璃晃動(dòng)、漏水等，也不能由于密封過度而造成應(yīng)力過大，玻璃升降困難甚至阻滯。為了確保車門玻璃內(nèi)外表面摩擦力均勻，防止其由于摩擦力不均而產(chǎn)生跑偏，在設(shè)計(jì)時(shí)必須盡量平衡內(nèi)外側(cè)唇邊對(duì)車門玻璃的支撐力［7］。圖2為玻璃導(dǎo)槽的整體結(jié)構(gòu)圖，從圖上可以看出玻璃導(dǎo)槽主要包括導(dǎo)槽上部和兩個(gè)側(cè)邊。

圖3所示是玻璃導(dǎo)槽上部的典型斷面結(jié)構(gòu)。圖4是零件的實(shí)際斷面圖，由圖5可以看出，與車身鈑金接觸和與玻璃接觸的唇邊部位均進(jìn)行了植絨。由于這些部位磨損較大，植絨以后大大提升了耐磨性能，延長(zhǎng)了使用壽命；在與車門鈑金相扣合的部分設(shè)計(jì)了倒扣唇邊和金屬骨架，以確保導(dǎo)槽不會(huì)從車門鈑金上脫落；在外露部分放置了金屬亮條，起到了裝飾的作用。玻璃導(dǎo)槽的斷面結(jié)構(gòu)是所有密封條中最復(fù)雜的。

如圖6、圖7所示是玻璃導(dǎo)槽的兩側(cè)邊結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上看，其結(jié)構(gòu)比上部導(dǎo)槽簡(jiǎn)單不少，在與玻璃接觸的唇邊部位也進(jìn)行了植絨處理，在槽內(nèi)與玻璃接觸的部位進(jìn)行了貼塑處理，目的都是增加耐磨性。唇邊長(zhǎng)度、薄厚應(yīng)適當(dāng)，過厚、過長(zhǎng)，會(huì)使玻璃升降阻力偏大；過薄過短，又會(huì)導(dǎo)致玻璃得不到良好的引導(dǎo)和密封，產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲、漏雨現(xiàn)象。

由此看出，玻璃導(dǎo)槽的設(shè)計(jì)充分考慮了和玻璃之間的耐磨性以及和鈑金之間的連接牢固性，既要保證結(jié)構(gòu)的合理性又要保證工藝的可行性。

3 制造與成型工藝分析

玻璃導(dǎo)槽的制造工藝大概可以分為3個(gè)部分。1）有鋼帶骨架部分的加工成型，這一部分主要集中在玻璃導(dǎo)槽的頂部，起到與車身鈑金固定的作用；2）無骨架部分的加工成型，這一部分主要集中在玻璃導(dǎo)槽的兩側(cè)，它們會(huì)嵌入金屬玻璃導(dǎo)軌中；3）接角成型，將這幾部分連接到一起。

3.1 內(nèi)嵌鋼帶骨架部分的成型工藝

由于玻璃導(dǎo)槽的頂部要與車身鈑金扣合，因此對(duì)強(qiáng)度要求很高，單純的靠EPDM無法實(shí)現(xiàn)很大的結(jié)合力。因此，在其中加入了鋼帶，如圖3所示，保持了結(jié)構(gòu)形狀，增大了拔出力，使密封條不易脫落。

內(nèi)嵌鋼帶骨架部分的成型工藝如圖8所示，主要包括共混、硫化、植絨、切斷等步驟。

第一是對(duì)鋼帶進(jìn)行處理，將鋼帶散開，表面處理，然后進(jìn)行預(yù)彎成型，如圖9所示，主要是采用連續(xù)滾壓的方式，可以保持較好的形狀，并減少成型應(yīng)力，當(dāng)預(yù)彎的骨架進(jìn)入復(fù)合機(jī)頭擠出前，可以對(duì)骨架進(jìn)行加熱，以活化鋼帶表面的涂層，提高黏合強(qiáng)度。

▲圖8 內(nèi)嵌鋼帶骨架部分工藝流程

▲圖9 滾壓成型機(jī)

▲圖10 共混擠出機(jī)

第二是共混擠出，這是生產(chǎn)過程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，金屬骨架和橡膠通過擠出口模被復(fù)合成一個(gè)整體，并具備了一定的結(jié)構(gòu)和形狀。圖10所示是常用的典型共混擠出設(shè)備。

第三是硫化的過程。擠出后的密封條需要硫化定型，在這階段中包含熱沖擊定型、預(yù)熱、微波加熱和第一段硫化等工藝［8］。 圖 11 所示是密封條硫化設(shè)備，在橡膠密封條的擠出硫化階段，廣泛地應(yīng)用了連續(xù)硫化工藝。硫化工藝主要包括微波-熱空氣硫化、鹽浴硫化和沸騰床硫化工藝等，其中微波-熱空氣硫化工藝是最為常用的一種，其優(yōu)點(diǎn)為熱效率較高、不需要表面清潔處理、處理方式環(huán)保等。

第四是植絨或噴涂過程，起到了美觀和耐磨的功能。植絨之前，要在表面涂刷一層膠，通過靜電植絨，將絨毛均勻的排布在密封條表面。噴涂則是直接將涂層噴在密封條表面，起到了耐磨、美觀的作用。噴涂和涂刷工藝模塊對(duì)密封條的表面溫度較為敏感；溫度過高，使得液體無法完成浸潤(rùn)就形成了固體層；溫度過低，植絨膠粘劑無法形成合適的粘度以植入絨毛，導(dǎo)致涂層和絨毛層剝離、耐磨指標(biāo)不達(dá)標(biāo)等缺陷，圖12所示是典型的噴涂設(shè)備。

▲圖11 密封條硫化設(shè)備

▲圖12 噴涂設(shè)備

▲圖13 定長(zhǎng)切割設(shè)備

第五是切割、定長(zhǎng)。為了保證切割的精確性，刀具要和密封條在速度同步的情況下切割，圖13所示是典型的密封條同步切斷設(shè)備。

3.2 無鋼帶骨架部分的成型工藝

玻璃導(dǎo)槽的兩邊部分沒有鋼帶骨架，如圖6、圖7所示，這兩面將會(huì)嵌在金屬玻璃導(dǎo)軌內(nèi)部，主要起到密封耐磨作用。

這部分的生產(chǎn)工藝與有骨架的類似，工藝流程如圖14所示。

3.3 接角成型

當(dāng)玻璃導(dǎo)槽的三邊完成以后，就要將它們連接到一起，用接角模進(jìn)行接角定型處理。

圖15所示為接角模具，圖16為接角處的示意圖，圖17則是完成接角后的實(shí)際零件。

▲圖14 無鋼帶骨架部分工藝流程

▲圖15 接角模具

▲圖16 接角示意圖

▲圖17 接角零件圖

接角是兩段導(dǎo)槽的連接部位，位于車窗拐角處，普遍采用二次硫化方式加工，是整個(gè)導(dǎo)槽最為復(fù)雜的部分。由于涉及到接角模具加工周期長(zhǎng)、投入大的原因，該處設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性顯得尤為重要。接角處應(yīng)對(duì)擠出型材的密封唇均勻過渡，保證在接角區(qū)內(nèi)與玻璃間的良好密封，接角形狀應(yīng)能順利裝入車框而不發(fā)生干涉、翹起缺陷，尖角處應(yīng)有一定圓弧過渡，防止在出模、加工、裝配過程中產(chǎn)生撕裂現(xiàn)象。

4 總結(jié)

汽車車門玻璃導(dǎo)槽是極其重要的零件，是車門的重要組成部分，起到連接鈑金、玻璃、內(nèi)飾板等的重要作用，也是重要的外觀件之一，所以，在設(shè)計(jì)中要考慮功能和斷面結(jié)構(gòu)，既要保證與鈑金扣合的牢固度，也要考慮與玻璃之間的摩擦配合，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，生產(chǎn)過程中盡量?jī)?yōu)化工序，簡(jiǎn)化工藝流程。

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