某車型的塑料側圍外板設計

王鎮斌　劉小杰　張二榮　徐夢飛　宋劉洋

摘 要：汽車側圍裝飾外板是車輛重要的造型件。傳統金屬側圍外板存在模具投資高、焊接固定導致維修成本高、采用沖壓工藝使其無法體現復雜造型特征等限制條件。為解決以上缺點，同時基于輕量化要求的考慮，車身側圍外板可以嘗試采用塑料材質。塑料側圍外板通過不同的固定結構和搭接形式固定在車身骨架上可以保證固定的牢靠性，同時滿足傳統金屬側圍外板的基本性能要求。

關鍵詞：塑料側圍外板；性能；剛度；材料；輕量化

中圖分類號：U463.8 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）06-0070-05

Abstract： Side-panel is an important styling part. The traditional metal side-panel has some disadvantages， e.g.， high moulds investment， high cost for maintenance caused by welding， limitation for complex styling features caused by its stamping process， etc. Considering the requirement of lightweight， the side-panel can be tried to using plastic material to solve these problems. Fixed on body frame by different structure and connection type， plastic side-panel can ensure the reliability， moreover， it can meet the basic performance of metal side-panel.

Key Words： Plastic side-panel； performance； stiffness； material； lightweight

引 言

傳統車輛的側圍外板采用金屬沖壓成型、焊接工藝和白車身骨架焊接成一體結構，金屬側圍外板因沖壓工藝限制，難以實現銳利和復雜的造型特征；另外金屬側圍外板沖壓成型模具一般投資較大；金屬側圍外板一般采用焊接固定，后市場維修時對其進行更換難度較大。塑料側圍外板和金屬側圍相比，因采用注塑成型、分件組裝的工藝，具有模具投資較小、容易實現復雜的造型特征、拆裝便捷和較好的輕量化優勢，但塑料側圍外板因材料原因致使剛度和尺寸穩定性相對金屬側圍外板稍差，需要通過優化結構設計進行改善。

1 側圍外板功能分析

側圍外板最重要的功能之一就是體現車輛側圍區域的造型特征，因此美學功能為其最重要的功能之一，主要涉及造型特征的體現以及各部件的良好的遮蔽、匹配搭接美觀等；側圍外板是乘員感知車輛的第一部件，也是乘員上下車時最易觸碰部件，因此需要一定的剛度，避免造成因按壓剛度不足造成乘員抱怨，因此支撐剛度為側圍外板的另一重要功能；側圍外板下部門檻區域是乘員上下車時容易踩踏部位，因此需具備的一定的抗踩踏剛度，防止因踩踏造成下部門檻區域變形或配合關系變差的問題；側圍外板和周邊配合的環境件較多，因此也需要具備一定的尺寸穩定性能以保證車輛在不同使用環境時和周邊件匹配關系穩定；側圍外板為車身外側第一層防護部件，作為防護部件一個主要功能就是保證在輕微刮碰的情況下不易損壞或容易更換，以此來降低的維修成本；側圍外板作為車身外側第一層防護部件，還需要具備一定密封功能，其包含自身固定結構的密封以及和車門配合形成的車門密封等。綜上所述，側圍外板的功能主要包括美學功能、支撐剛度、抗踩踏剛度、尺寸穩定性、抗刮擦防護、密封等5大功能。

2 塑料側圍外板工藝簡化

側圍外板在結構上需要形成門洞結構，在形成門洞結構時會出現如A柱區域等細長、形狀復雜的局部結構形式。塑料側圍外板一般通過注塑成型，如果整體注塑成型時注塑模具復雜，注塑壓力需求過大，同時由于塑料件收縮特性會導致A柱等細長結構發生較大的變形量，無法保證生產尺寸穩定性，因此為了最大化的減少注塑模具成本投資，保證注塑工藝簡單可行。如圖示2所示塑料側圍外板進行分件設計，對門洞和側窗玻璃區域形成的細長結構進行拆分設計，拆分為A柱裝飾板（前）、A柱裝飾板（后）和B柱裝飾板；對門檻區域因為踩踏剛度要求較高，同時該區域同樣相對寬度較小，因此拆分為側包圍裝飾板；最后形成側圍結構上最大的部件為后側圍裝飾板。各部件完成分件注塑成型后再通過組合裝配后形成完整的側圍外板。

3 塑料側圍外板材料選擇

塑料側圍外板在材料選擇方面需要兼顧剛性、成本、注塑工藝、抗老化和尺寸穩定性等；常規PP材料具有良好的注塑流動性，同時也具備良好的抗沖擊性能，是保險杠等車身外覆蓋件的常用材料之一；但是因為側圍外板對剛性和注塑成型性等要求更為苛刻，因此選擇機械性能更好的的PC+ABS材料，PC+ABS材料結合了PC和ABS的優異特性，和PP和ABS材料相比，具備同樣良好的流動性。

4 塑料側圍外板結構設計

4.1 側圍外板和環境件搭接設計

塑料側圍外板結構上需要和風窗玻璃、頂蓋、后尾燈、后保險杠、車門等系統配合，塑料側圍外板一般通過螺栓、卡扣等在總裝線上裝配到車身上，因此在和環境件的匹配時需要設計合理匹配搭接關系。在和周邊環境件搭接時如圖2所示，對于后尾燈等需要有一定間隙配合的部件，在側圍外板上設置折邊，保證間隙的同時消除內側遮蔽不良問題；在頂蓋或風窗玻璃區域，頂蓋或風窗玻璃通過粘接膠沿其周邊粘接在車身骨架上，需要對粘接膠進行遮蔽，為了保證遮蔽和配合美觀，采用大間隙配合，通過加裝裝飾條進行二次遮蔽；對于配合間隙敏感區域如側圍外板和后保險杠等，為保證間隙面差和固定可靠性，通過設置獨立安裝支架將塑料側圍外板的翻邊和保險杠翻邊同時固定在一起，實現0間隙的配合同時可以保證其面差穩定性；在門洞區域，塑料側圍外板需要和車門配合形成門洞的密封結構，因此需要設置一定的密封條配合面，保證車門密封條在車門關閉狀態下和塑料側圍外板均勻貼合后形成密封結構。endprint

4.2 連接結構設計

通過對塑料側圍外板的拆件設計后形成A柱裝飾板（前）、A柱裝飾板（后）均為細長條狀結構；截面形狀外鼓，同時車身骨架此處結構限制導致其不能直接采用隱藏式卡扣或螺栓進行固定，因此主體采用粘接膠的方式固定，在端頭部位和在側窗玻璃配合搭接邊上通過螺栓進行輔助固定。為體現造型特征，A柱裝飾板和車身骨架之間一般存在較大的間隙，無法直接粘接，如圖3所示，設置“幾”型過渡支架，過渡支架上下翻邊和A柱裝飾板粘接形成總成件，通過過渡支架的另一面將總成直接粘接在車身骨架上。如表2所示，支架和裝飾板之間，因為材料相同，熱系數一致，剪切應力較小，考慮到成本和施工容易度，采用單組份普通粘接膠進行粘接，對于總成和骨架之間因材料不同，熱膨脹系數不同，剪切應力較大，因此采用剪切強度較大的雙組份粘接膠。

通過對塑料側圍外板的拆件設計后，后側圍裝飾板為結構上最大主體部件之一，如圖4所示，后側圍裝飾板在門洞周邊為保證良好外觀效果，采用隱藏式卡扣進行固定，在車身骨架有密封要求處采用帶有密封功能的塑料卡扣，在沒有密封要求的骨架結構處采用卡接力較大的金屬彈片卡扣進行固定；后側圍裝飾板在和后保配合區域，為保證該處間隙面差穩定可靠，通過一個獨立支架將側圍外板的翻邊和后保翻邊同時卡接在支架的同一個卡接槽中進行固定，該支架先通過螺栓固定在車身骨架上；后側圍裝飾板在和其他周邊件搭接區域通過延伸邊上設置螺栓的方式進行固定，相關件裝配后對后該處延伸裝配點進行遮蔽，這種固定方式因為固定點在另一個零件的遮蔽下，因此還需要考慮各個零件之間的拆裝方便性。

對側包圍裝飾板和B柱裝飾板結構同樣采用隱藏式帶密封功能的塑料卡扣和螺栓配合的形式固定在車身骨架上。

4.3 剛度設計

側圍外板最重要的功能之一就是保證良好的支撐剛度，通過分件設計后，對剛度要求較大的部件主要為A柱裝飾板和后側圍裝飾板，如圖5所示，A柱裝飾板在固定過程中設置了如圖所示“幾”字型過渡支架，起到很好的支撐作用，通過CAE仿真一定的圓柱面積上施加90N按壓力，變形量均小于目標值。

后側圍裝飾板通過CAE分析識別出剛度較差的部位，如圖6所示在剛度較差的大平面部位增加支撐凸臺，支撐凸臺和車身骨架通過蘑菇搭扣進行過渡連接，保證起到良好支撐的同時消除兩者之間可能發生的異響問題。如表1所示，后側圍裝飾板增加4處改善剛性的支撐臺后通過CAE再次仿真驗證，通過仿真對比，后側圍裝飾板的指壓剛度大幅提升，其結果能滿足既定的設計指標。除后側圍裝飾板和A柱裝飾板外，側包圍裝飾板和B柱裝飾板的剛度設計均以此方法進行設計和驗證。

4.4 維修方便性

側圍外板是車輛最外側的防護部件，在車輛行駛過程中容易出現刮擦損壞等情況，因此結構設計上需要重點考慮其維修的方便性，對于塑料部件維修方便性主要指更換方便性。塑料側圍外板根據分塊特征，所有分塊部件中側包圍裝飾板在車輛兩側造型相對凸出、高度較低，在泊車或行駛過程中最容易造成刮擦等損壞；后側圍裝飾板因為防護面積大，易刮蹭程度次之；A柱裝飾板因為位置較高，一般不容易出現刮。為保證塑料側圍外板的維修方便性，結構設計上優先保證最易損壞側包圍裝飾板能夠獨立拆裝，以便損壞后容易維修更換，因此除了采用可以直接拆卸的螺栓和卡扣固定外，在和周邊件搭接配合時采用側包圍裝飾板搭接在其他配合件之上的形式，使其在裝配工序相對周邊部件處于最后一步工序，實現其獨立拆裝特性；后側圍裝飾在安裝結構上采用卡扣和螺栓的結構進行固定，保證可以實現拆卸，拆裝順序僅此于側包圍裝飾板；A柱裝飾板因為不容易損壞，受制于結構限制采用粘接膠固定，維修更換相對困難，在和其他分塊部件的搭接配合部位，均設計為其他部件搭接在A柱裝飾板之上，避免限制其他周邊件的拆裝方便性。在維修方便性的設計時的設計原則是易損件在拆卸過程中保證獨立可以拆卸或相對容易拆卸，較難拆裝的部件盡量不影響易損件的拆卸或設計為拆卸過程中相對靠后的拆卸工序。

5 輕量化

在滿足既定的功能性能目標前提下，不考慮塑料側圍外板內側的各種安裝支架和金屬側圍外板內側的各種加強板，塑料側圍外板和金屬側圍外板的重量對比見下表，由此可知，本案例中塑料側圍外板相比金屬側圍外板有較明顯的輕量化優勢。

6 結論

為保證塑料側圍外板具備側圍外板的基本性能，達到輕量化、低投資的目的，通過分件設計，將側圍外板分件為后側圍裝飾板、A柱裝飾板、B柱裝飾板和側包圍裝飾板等結構，簡化了塑料側圍外板的成型工藝；通過優化和環境件的匹配結構，保證塑料側圍外板的各分塊結構拆裝簡單，匹配結構合理；塑料側圍外板采用粘接、螺栓、卡扣等復合連接結構進行固定，保證側圍外板固定牢靠，指壓剛度等滿足性能指標。

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