一種乘用車保險杠格柵設計

吳向東，張倩

（1.安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥市一六八中學，安徽 合肥 230601）

引言

汽車上的格柵一般分為兩種：散熱器格柵和進氣格柵。散熱器格柵通常采用電鍍處理，更傾向于裝飾性質，用于裝飾散熱器及整車前部的外露件；進氣格柵為車輛冷卻系統提供換氣通道，為空調、冷凝器等前艙零部件總成提供足夠的進氣總量，滿足冷卻要求，同時起到裝飾的作用。一般情況下，格柵總成包括格柵本體、格柵裝飾件、前LOGO等零部件，如圖示1所示。一個完整的格柵總成的設計包括法規項的設計、空間布置的設計、結構的設計、工藝可行性的設計、進氣功能設計等五項設計內容。本文基于某車型格柵總成，詳細論述格柵在整車開發中的設計過程和設計要點。

圖1 某車型格柵總成

1 格柵設計要點

1.1 法規項設計

所有零部件的設計，都需要滿足國家相關法規的要求，這是設計的基礎。格柵總成首先滿足外部凸出物法規[1]，外部凸出物（ECE R26，EEC 74/483，EEC 79/488，GB 11566）規定：車身外表面凸出零件的圓角半徑不應小于2.5mm。但這一要求不適用具有功能要求的格柵件。格柵一般按照格柵間隙進行區分圓角，如下表1所示。注意形成格柵或間隙的每個元件的前端與側端的接合處應是圓滑的。

表1 格柵外部凸出物校核

格柵之間的間隙尺寸應由通過球體兩接觸點并垂直于連接這些點的線的兩個平面間的距離來測定。用直徑 100mm的球體與格柵的兩相鄰元件接觸，接觸分別為L、Q點。點L和Q間的距離h即為格柵間隙。如下圖2所示。

圖2 格柵間隙測量方法

需要注意的是市場現在比較流行燙印格柵，針對這種特殊的格柵工藝，不但要滿足基本的外部凸出物法規外，還需要滿足燙印格柵燙印特征與邊界距離要求：Y向距離 L，Z向距離H的關系L：H≥1:1。

2 空間布置設計

2.1 格柵與引擎蓋的匹配

前格柵總成與引擎蓋總成的外觀配合為保險杠系統的重要斷面，對整車的外觀品質的控制起到重要的作用[2]。目前，前格柵總成與引擎蓋總成之間配合的斷面主要有如下二種結構，具體可以根據造型特征進行選擇。

2.1.1 格柵與引擎蓋X向匹配

格柵總成與引擎蓋總成在X向的外觀配合間隙一般設計為 4mm，配合面差一般設計為 1mm，格柵總成高于引擎蓋總成。此種配合方式，格柵與引擎蓋總成在外觀上配合美觀，間隙不容易被放大，且兩者的面差配合精度要求較低，缺陷不容易被暴露。但是格柵總成的本體模具結構相對復雜，成本較高，且兩者間隙配合精度要求較高，如下圖3所示斷面。

圖3 格柵與引擎蓋X向配合斷面

2.1.2 格柵與引擎蓋Z向匹配

格柵總成與引擎蓋總成Z向配合間隙在7mm，此數值是根據引擎蓋過關校核得來，面差一般是格柵高于引擎蓋，具體數值可以根據造型特征來確定。此種配合結構格柵模具結構相對簡單，兩者間隙配合精度要求相對較低，吸收車身公差能力強，外觀缺陷不容易暴露，但對造型限制相對較大，如下圖4所示斷面。

圖4 格柵與引擎蓋X向配合斷面

2.2 格柵與保險杠裝配

格柵一般采用卡接形式，與保險杠本體裝配在一起。此種安裝方式較為牢靠，但應注意卡接點布置的位置及數量，以保證格柵裝配在保險杠上一方面有足夠的強度，另一方面不產生過多的人工裝配資源浪費。相鄰兩個卡接點距離基準值是 100mm，最大不應該超過 120mm，局部特征處必須布置固定點，如下圖5所示。

圖5 格柵與保險杠卡接示意

格柵與保險杠裝配利用卡接方式操作方便，需注意的是卡接結構的角度。卡接角度分為插入面角度α與保持面角度β。插入面角度α的大小影響到裝配的操作力，保持面角度β的大小影響到格柵是否可以容易拆卸，如下圖6所示。插入面角度α值越大，卡接所需的力也就越大，裝配困難，一般情況下α值在25°～35°之間是個比較理想的范圍。保持面角度β越大，保持強度和分離力也就越大，拆卸也就越困難，一般情況下，β值在35°～45°之間卡扣可以經常拆卸[3]。

圖6 卡接結構角度示意

格柵與周邊零部件如保險杠、大燈、車體等關鍵配合處要有定位，定位要合理且能有效控制外觀間隙面差。通常情況下，我們把定位的特征布置在格柵上易于成型的部位。通過定位特征控制格柵與周邊零部件的安全間隙值：一般件最小間隙≥0.5mm；格柵鍍鉻件最小間隙≥0.8mm。

3 結構設計檢查

格柵總成各零部件之間固定要有定位、定位要合理，定位基準盡可能統一，定位點單邊留0.2mm間隙，有導向作用，并確保在裝配時優先導入。格柵總成各零部件（外觀件）要保證產品的質量，不允許出現縮痕等現象。因此，在設計格柵的結構時要考慮料厚是否均勻，加強筋厚度是否合理，一般情況下，加強筋厚度d≤1/3本體料厚，且盡可能避免在大面上起加強筋，避免不了增加加強筋時，需要對加強筋根部弱化處理且在弱化處加筋。為了滿足造型的特征，格柵上經常裝配有鍍鉻亮飾條、裝飾蓋等。亮飾條、裝飾蓋與格柵本體件固定點距離產品輪廓邊緣距離L≤15mm。距離太大尤其是針對亮飾條這種產品工藝的特殊性會發生端部翹曲現象，因此需要固定點離產品端部越小越好(因結構受限，不能滿足的需特別注意)。橫條格柵是格柵中一種比較常見的形式，大多數主機廠都有橫條格柵造型特征，橫條格柵的強度是影響整個格柵總成強度的一個關鍵點，強度太弱格柵晃動時會發生明顯的異響。因此，橫條格柵在設計時X向寬度L≤45mm；橫條格柵背面要設計有加強筋，如下圖7所示。橫條格柵中每個橫條之間必須設計有豎向支撐筋，起到連接每個橫條的作用，豎向支撐筋最常用的就是“V”型筋，為了保證強度“V”型筋中a≥7mm，X向深b≥18mm，如下圖8所示。

圖7 橫條格柵結構示意

圖8 豎向支撐筋結構示意

4 工藝可行性檢查

格柵是注塑件，需要滿足格柵注塑成型工藝性：拔模角度要求，噴漆件拔模角度≥3°，皮紋件拔模角度≥5°。格柵背面布置了很多的安裝結構，這些背面的結構也要滿足注塑成型工藝性：每一個滑塊脫模過程是否鏟膠，脫模角度是否滿足要求等。為了呼應整車的造型特征，格柵上某些情況下還設計有假縫特征，假縫特征噴漆時需要布置有特征槽進行遮蔽，否則噴漆時會污染周邊不需要噴漆的件。一般情況下，假縫特征槽尺寸：寬度a≥2.5mm，深度b≤1.5mm，如下圖9所示。

圖9 假縫特征槽尺寸

5 進氣功能設計

格柵進氣面積應滿足散熱器散熱要求，在沒有格柵細節的情況下，格柵開口面積/散熱器正面積的百分比應該在35%～45%之間，格柵有效進氣面積應達到散熱器面積三分之一以上。在前期造型設計的時候應注意這個問題，在考慮投影面積時需要考慮到散熱器的大小以及散熱器的放置位置等。格柵進氣面積校核步驟：

1）完整的散熱器數據，提取散熱器進風面，測量進風面積；

2）格柵造型面數據，將格柵上可以進風的網格利用投影命令投影到散熱器的進風面上；

3）測量每個網格面的面積，計算所有投影的網格面面積；

4）計算格柵投影的網格面面積與散熱器進風面積的比值，此值即為格柵進氣面積。

6 結論

汽車的保險杠格柵在汽車外飾設計中具有重要的作用，兼具裝飾與進氣功能的要求。本文從法規項、空間布置、結構、工藝可行性、進氣功能等五個方面闡述了格柵設計要點，為格柵在整車的設計過程提供了一個完整的思路。