汽車門飾板輕量化方案淺析

何鳳億，朱合瑞，王旭初，高姍姍

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汽車門飾板輕量化方案淺析

何鳳億，朱合瑞，王旭初，高姍姍

（北京汽車股份有限公司汽車研究院，北京 101300）

隨著低碳經濟和綠色節能環保經濟的發展，整車的輕量化設計成為各大車企關注的熱點課題，其中門飾板作為內飾的重要系統，其輕量化設計也得到越來越多的關注和研究。文章通過從材料定義、工藝選擇、結構設計等方面對門飾板輕量化方案進行了淺析，并通過列舉量產車型案例驗證和說明了輕量化方案的應用及其成效，為門飾板的輕量化設計方案提供了一定的方向。

門飾板；輕量化設計；材料定義；工藝選擇；結構設計

前言

如今，汽車成為了人們生活不可或缺的部分，傳統汽車重量大，燃油效率低，不利于節能和環保[1]。隨著消費者對節能環保意識的提升，汽車輕量化設計成為各大車企關注和研究的重點。作為內飾主要的零件之一，門飾板在汽車內飾中不僅起到裝飾美觀的作用，更為乘客提供了舒適可靠的操作性和碰撞保護性，其輕量化設計意義尤為重要。目前，國內門飾板主體材料為改性聚丙烯（PP）材料，運用較早的門飾板輕量化方案就是通過PP材料改性，研制特殊配方的低密度PP材料代替傳統的PP材料[2]；同時，有部分車企通過適當降低產品壁厚[3]，例如門飾板地圖袋壁厚來實現門飾板整體輕量化。隨著環保及輕量化意識的增強，利用木屑和纖維熱壓的木纖維或天然麻纖維被廣泛應用等[1] [4]。隨著新技術、新工藝的不斷進步，門飾板輕量化方案選擇空間也隨之變多，門飾板為整車輕量化的貢獻值也會提升。

1 材料定義

1.1 麻纖維材料

采用天然麻纖維添加輔材，通過熱壓和模內注塑一次成型門飾板，具有質量輕，韌性強及環保等優勢。麻纖維注塑門飾板材料選用麻纖維+PP，采用模壓或模壓注塑混合成型（見圖1）。主要優點為NVH性能好、安全、舒適、環保。但是麻纖維材料成本高，且麻纖維成型后表面必須增加包覆PVC表皮，導致產品成本較普通PP材料上升170-200%。

圖1 某車型麻纖維門飾板

1.2 低密度材料

利用低滑石粉含量的PP材料代替傳統的PP+EPDM- TD20材料，通過特殊的PP配方體系，可以達到與PP+EPDM -TD20一致的收縮率和材料性能。材料選用為PP+EPDM- TD05/TD07，可以減重10%（見圖2）。優點為產品結構無需更改，模具與傳統PP一樣，無風險。不足之處在于產品剛性下降10%，但一般能夠滿足門飾板各工況條件下的變形要求。成本方面，產品原材料成本上升5%，降重后產品成本與傳統材料可以保持持平。

圖2 某車型低密度門飾板

2 工藝選擇

2.1 微發泡工藝

門飾板微發泡工藝包括物理發泡和化學發泡。相比其他減重方案，微發泡減重效果最為明顯，筋壁厚比可達1:1，不易發生翹曲縮痕，產品尺寸穩定性好。

表1 微發泡工藝門飾板

物理發泡為將氮氣或者二氧化碳，與熔融狀態的塑料均勻混合后，注入模具成型的過程，其減重約8-12%。物理發泡過程需額外投入發泡設備，且產品不能作為外觀件。化學發泡是以化學發泡劑為氣源，得到產品內部呈氣孔結構、表面呈韌結皮狀的塑料制件，其減重約20-30%，但是產品模具成本高。物理發泡和化學發泡工藝門飾板的對比見表1。

2.2 薄壁化注塑

薄壁化是指通過結構設計、工藝以及薄壁材料的配合，減薄壁厚并保持部件剛性和韌性，達到減重的目的。以門飾板為例：通常壁厚小于2.2mm時稱為薄壁注塑門飾板（見圖3）。目前日系追求節能低油耗，因此薄壁技術應用廣泛，而歐系以低密度材料為主要趨勢。門飾板薄壁設計要求壁厚過渡均勻，合理的翻邊和卡扣設計；模具澆口、冷卻系統和排氣系統需綜合考慮，減少成型缺陷。薄壁化產品降重效果一般在12-15%，其不足在于產品剛性降低、澆口數量需求多，結構、模具設計要求高。

圖3 某薄壁化設計量產車型門飾板

3 結構設計

3.1 減少零件數量

在設計階段，不影響造型效果的前提下，通過合理的工藝或者結構方案實現門飾板零部件的減少，從而簡化結構，降低重量。

1）雙色一體化飾條設計：目前門飾板系統飾條設計是各大主機廠提升門飾板系統品質感的重要零部件，通過設計雙色甚至多色飾條成為主流趨勢，雙色飾條可以實現不同的紋理效果或者不同的工藝。圖4所示為將兩個飾條設計為一體，中間設計0.7mm的分色槽，區分不同色彩和紋理特征。雙色飾條一體化設計減少了產品配合搭接，降低重量且提高裝配質量。

圖4 某雙色一體化飾條設計車型門飾板

2）一體化軟質嵌入中飾板設計:一體化軟質嵌入式中飾板無單獨的中飾板骨架，與本體一體注塑成型，然后通過熱壓將剪裁好的面料或者表皮復合在噴膠的中飾板本體上。一體化軟質嵌入中飾板設計減少了中飾板的模具投入，簡化中飾板和下飾板的配合搭接結構，降低重量。一體化軟質嵌入中飾板設計斷面形式可以參考圖5，通過在本體上下預留入口尺寸為9.0*3.8mm的凹槽，將料厚度為3.5mm的帶發泡層面料在壓力作用下復合進凹槽，實現中飾板嵌入式軟質處理。

圖5 一體化軟質嵌入門飾板中飾板設計

3.2 優化門飾板部件配合結構

1）減少雙層零件搭接面積，如圖6所示，對門飾板產品配合搭接重疊區域進行挖空，去除不必要的材料進行門飾板減重。

圖6 雙層重疊區域挖空

2）門飾板緊固多采用卡接和焊接結構，減少螺接。以現有一量產車型門飾板為例（圖7），一個門飾板采用了23個螺釘，如全部用焊接代替，四門能降重0.2kg左右。同時焊接和卡接還能簡化工序，提高生產節拍。

圖7 門飾板零部件配合連接設計

4 結論

通過從材料定義、工藝選擇、結構設計等方面對門飾板輕量化方案進行了淺析，并通過列舉量產車型案例驗證和說明了輕量化方案的應用及其成效，為門飾板的輕量化設計方案提供了一定的方向，并可以廣泛應用于汽車內飾領域。

[1] 常燕,王兆增,安運成等.車用天然纖維復合材料的研究進展及其應用[J].山東化工.2015年第44卷.

[2] 徐偉,潘杰花,蔣艷云.PP類材料在汽車輕量化方案中的應用研究[J].研發與開發.2014.

[3] 羅嗣勝,陳鋒.塑料制品薄壁化技術[J].現代塑料加工應用.2004年8月.

[4] 張卓,任忠海,葉湖水.麻纖維在汽車工業中的開發應用與展望[J].廣東農業科學.2010年第10期.

Analysis Of Lightweight Designs For Automobile Door Trim

He Fengyi, Zhu Herui, Wang Xuchu, Gao Shanshan

( R&D Center, BAIC Motor CorporationeLTD., Beijing 101300 )

With the development of low-carbon economy and green energy-saving environmental protection economy, the lightweight design becomes the hot topic of vehicle for various auto enterprises. As an important system of interior trim, lightweight design of the door trim has attracted more and more attention and research. In this paper, the solutions, such as material selection, molding process and structure design were analyzed, and solutions and their effects to the application of lightweight were supported. The door trim light weighting design solutions provide a certain direction.

Door trim; Lightweight Designs; material selection; molding process; structure design

U462

B

1671-7988(2018)21-145-03

U462

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1671-7988(2018)21-145-03

何鳳億，中級工程師，就職于北京汽車股份有限公司汽車研究院，現為門飾板工程師。研究方向：汽車內外飾件研發。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.050