車燈零件表面鍍鋁對其溫度的影響

李靜，周丹

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

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車燈零件表面鍍鋁對其溫度的影響

李靜，周丹

(常州星宇車燈股份有限公司，江蘇常州 213022)

摘要：為了外觀和光學要求，汽車車燈零件表面常做鍍鋁處理。塑料件鍍鋁后在高溫環境下容易出現發彩現象，因此研究鍍鋁對塑料零件耐熱性能的影響很有必要。選用某前霧燈為研究對象，分別通過數值分析和試驗測試兩種方式，對其黑色飾圈是否鍍鋁兩種狀態進行整燈模擬和測試，均顯示被燈泡照射的區域在鍍鋁后溫度明顯下降，主要由于鍍鋁后部分光照能量被反射出去，降低了材料吸收的能量。模擬與實測結果略有偏差，但在可接受的誤差范圍之內。

關鍵詞：鍍鋁;熱分析;車燈

0引言

汽車車燈是汽車外觀的重要組成部分，也是汽車安全性能的主要影響因素。傳統的車燈設計中，主要考慮的是材料、結構和光學等。近些年，為了整車的美觀度，車燈空間越來越小，給鹵素燈泡燈具留的空間也越來越小。為了在有限的空間內，滿足車燈的設計要求，車燈的熱學性能分析的重要性凸顯。隨著計算機技術的不斷提高，CAE分析在車燈設計中的作用也不容忽視。

為了提高車燈的光學性能和美觀效果，會對燈具的一些零件進行表面鍍鋁。但是在車燈的實測中發現，同一零件是否鍍鋁的測試結果有較大差異，在高溫環境下，鍍鋁表面容易發彩。為了在車燈的熱模擬中體現出零件鍍鋁對模擬結果的影響，可通過更改邊界條件的設置及實測和模擬對比的方法進行參數修正。

1車燈的熱分析

以某一款前霧燈為例，利用CAE軟件，對飾圈是否鍍鋁分別進行模擬分析。圖1為該前霧燈的剖面示意圖，主要零部件包括燈罩、殼體、反射鏡、飾圈、燈泡等，殼體上有3個透氣孔，燈內的流體介質以空氣為主，還包括水蒸氣和其他細小顆粒等，流動形態為自然對流[1]。

1.1車燈模型和網格劃分

從車燈點亮開始，隨著點亮時間的加長，燈腔內的溫度隨著燈泡發熱量增加不斷升高，但燈內溫度場尚未穩定。隨著時間的延長，車燈內各個部件之間以及車燈殼體、燈罩與外界換熱達到平衡，內部溫度場達到相對穩定的狀態，車燈內部和其部件與外界的傳熱過程如圖2所示[2]。

建立車燈的物理數學模型，模型應包括所有的節點、單元、材料屬性、實常數、邊界條件，以及其他表現該物體的物理系統的特征。首先對車燈的3D模型進行簡化處理，如抹平燈罩內表面及周邊的花紋面、簡化燈罩與殼體的接觸部分[3]。然后，通過ICEM生成網格，離散計算域。熱流場分析的計算域主要包括固體區域和流體區域，各區域之間為面接觸邊界，并對局部區域進行網格細化，以提高計算精度。網格模型如圖3所示。

在生成網格的基礎上，對各個零部件進行材料設置及零件之間的耦合邊界設置。在邊界設置時，針對飾圈鍍鋁需要單獨在飾圈表面設置一個殼層，厚度為200 nm，對該殼層單獨進行材料和邊界的設置。根據實驗要求，與車燈接觸的周圍空氣溫度恒定，車燈內部空氣簡化為不可壓縮理想流體。分別對飾圈是否鍍鋁進行了2次模擬分析，通過模擬探索鍍鋁對零件溫度的影響。并通過對實物的溫度測試驗證模擬結果。

1.2熱分析結果及對比

根據以上設置，通過CFD軟件模擬車燈點亮至穩定狀態的流場、速度場和溫度場，能夠通過幾個場的狀態判斷層內氣流的流動情況和每個零部件的溫度分布，從而判斷零件是否存在熱量失效風險。表1中列出了2次分析結果中各個零部件的最高溫度值。

從模擬結果可以看出：飾圈表面鍍鋁后，其最高溫度降低，尤其是被燈泡直接照射到的區域，溫度下降尤為明顯。主要由于塑料表面鍍鋁后，鋁的發射率高于塑料，并且鋁面的反射率較大，光線照射到鍍鋁表面后，有一部分被反射出去，導致鍍鋁后零件溫度有所降低。圖4更為直觀地反映了2次分析中飾圈上的溫度分布情況。圖4(a)為飾圈不鍍鋁狀態的分析結果，圖4(b)為飾圈鍍鋁狀態的分析結果。圖中圈出的部位為飾圈的最高溫度區域，飾圈鍍鋁和不鍍鋁相比，最高溫度區域位置和溫度值變化并不大，均為飾圈的上方開口處;不同的是，飾圈鍍鋁后，飾圈下方開口位置溫度明顯下降。

2車燈的測試及結果

為了驗證軟件分析的準確性，通過對該前霧燈的試驗測試進行校核。

測試前，根據分析的溫度分布圖，確定各個零部件的測試點位置，選用k型熱電偶作為測溫器件，將熱電偶的測溫端壓入塑料零件測試點位置并固定，并用鋁箔膠帶將燈具殼體與燈罩粘合封住。試驗樣件如圖5所示。

測試樣件布點結束后，將試驗樣燈放入恒溫恒濕箱中，待箱內溫度穩定后，點亮燈具，試驗的參數設置如表2所示。時時監測燈具的測溫結果，當溫度值趨于穩定，再觀察一段時間后關閉電源。

該前霧燈測試樣件在恒溫恒濕箱中常亮2 h后溫度已經穩定，此時利用數字溫度采集儀讀出各個測試點的溫度值，兩種狀態的測試結果如表3所示，可見飾圈鍍鋁后，下方溫度明顯下降，與模擬結果一致，其他零部件溫度變化不大。造成飾圈下方溫度變化的主要原因是鍍鋁面對燈光的反射作用，損失了一部分能量。

3結論

可以看出，某前霧燈飾圈是否鍍鋁對其溫度的影響很明顯。對軟件模擬和試驗測試進行了分析，并將二者的結果進行對比。模擬結果顯示：飾圈不鍍鋁時，待溫度場穩定后，其上方高溫區域溫度為136 ℃，下方高溫區域溫度為127 ℃；而飾圈鍍鋁后，待溫度場穩定后，其上方高溫區域溫度為126 ℃，下方高溫區域溫度為106 ℃。測試結果顯示：飾圈不鍍鋁時，待溫度值穩定后，其上方高溫區域溫度為139 ℃，下方高溫區域溫度為131 ℃；而飾圈鍍鋁后，待溫度值穩定后，其上方高溫區域溫度為135 ℃，下方高溫區域溫度為115 ℃。模擬和實測結果趨勢一致，考慮到模擬中模型簡化和網格劃分對結果的影響，以及實測中測溫點排布和測試設備的誤差，模擬和測試之間存在溫度差異屬于正常現象。

為了降低模擬和測試的誤差，還需要做很多研究，進一步找出最佳的參數設置方法。數值模擬在產品設計和開發中有著重要作用，通過模擬可以降低人力財力，進而找到最優的方案。因此，研究如何提高模擬精度，對產品開發非常有利。

參考文獻:

【1】郝京陽，張劍，顧毓沁，等.汽車車燈內部流動和傳熱特性的分析[J].汽車技術,2003(12):7-11.

【2】黃寶凌，徐小平，顧毓沁，等.汽車車燈內部結霧的熱分析及應對措施[J].汽車技術，2001(3)：11-14.

【3】林康.車燈熱分析關鍵技術研究[D].杭州：浙江工業大學，2008.

Effect of AL-coating on Automotive Lamp Temperature

LI Jing，ZHOU Dan

(Changzhou Xingyu Automotive Lighting Systems Co.,Ltd., Changzhou Jiangsu 213022,China)

Keywords:AL-coating; Thermal simulation; Automotive lamp

Abstract:The part of automotive lamp always has an AL-coating for appearance and optical requirement. In the high temperature environment, there may appear a colored area on the surface of plastic with AL-coating. In order to study this phenomenon, taking a front fog lamp as the research object, simulation analysis with CFD software and experimental test methods were used to research the temperature of bezel in the lamp, both with AL-coating and without it. The results of simulation and test show that the temperature is lower with AL-coating than the black bezel. Because some power has been reflected by the AL-coating surface, then the absorption of energy is reduced. There is an acceptable error range between experiment and simulation results.

收稿日期：2015-12-17

作者簡介：李靜(1986—)，女，碩士，主要從事汽車燈具CAE分析方面工作。E-mail:lijing@xyl.cn。

中圖分類號:U463.99

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1986(2016)03-050-03