淺談材料的正確應用對車燈反射鏡的設計生產 以及成本的影響

王艷光

摘 要：隨著國民經濟的增長，我國的汽車工業也有了飛速的發展。汽車燈具作為外觀與功能零部件，對汽車的整體品質有著很重要的作用。車廠客戶一直希望在保證車燈質量和功能的前提下，在成本方面也提出了嚴苛的控制。因此作為車燈零部件的研發部門，我們立志于在保證使用功能及質量的前提下，為使汽車車燈更加美觀時尚、環保節能、價廉耐用，不斷地對其進行細致地研究和開發。本文針對車燈中的核心部件—反射鏡作為分析目標，闡述材料的應用的對反射鏡設計生產以及成本的影響。

關鍵詞：車燈;反射鏡;設計生產

1 反射鏡工作環境溫度對材料應用的可行性分析

溫度是影響是車燈零部件的首要因素，溫度的高低，除了燈源開啟時的輻射，還有就是燈體外部的環境溫度，例如車燈周邊的系統工作時輻射的溫度，太陽輻射的溫度，都會影響車燈內部零件工作的狀態。

現在大部分車燈中的光源是燈泡和LED顆粒，不同的光源，在工作時會產生不同的熱量。例如燈泡光源開始工作時，會散發出大量的熱，這些熱會使離燈源最近的零部件因高溫而產生微小或者可見的變形。這些因高溫產生的變形會影響光型的輸出，從而導致不能滿足法規，而不能滿足法規的車燈是不能對外銷售。

新光源LED的一個最大特點就是它是冷光源，它并不會對外輻射產生較高的熱量，但是它本身對溫度極度敏感。當外面溫度超過它的內部結溫時，它的發光性能就會快速下降，結果就是不能保證車燈的照明要求。

針對不同的光源環境，為了達到所使用的材料能滿足工況使用。生產前期我們做了大量的模擬分析及實驗驗證。

1.1 燈泡遠近光光源整燈熱模擬分析結果（某品牌車型）

燈體環境溫度模擬100℃。

光源開啟狀態：

燈體內部溫度模擬結果：

1.2 遠近光LED大燈+轉向燈燈泡熱模擬分析結果（某國外車型）

燈體環境溫度模擬60℃。

光源開啟狀態：

燈體內部溫度模擬狀態：

綜上模擬結果，遠近光燈泡大燈。整燈最高溫度210℃，遠近光LED大燈，整燈最高溫度小于130℃，如果是全LED大燈，整燈溫度只會更低，這里就不再舉例。

根據熱模擬結果，我們在選擇反射鏡材料上，有了明確的方向。主光源為燈泡的大燈，反射鏡周圍的溫度很高，我們一定要選擇耐高溫的的材料。LED光源的車燈，工作時的溫度最高不超過130℃，這樣的工作溫度，在反射鏡材料上給了我們更多的選擇。

2 不同材料對車燈反射鏡設計生產及成本的影響

實際上，無論是燈泡光源還是LED光源，現在市場上，反射鏡的材料通常都會選擇一種叫BMC的材料。BMC是Bulk molding compounds的縮寫，即團狀模塑料。國內常稱作不飽和聚酯團狀模塑料。其主要原料由GF（短切玻璃纖維）、UP（不飽和樹脂）、MD（填料碳酸鈣）以及各種添加劑經充分混合而成的料團狀預浸料。它是一種熱固性塑料，特點是耐高溫，剛性好，加熱成型后收縮率極小，而且CET（coefficient of thermal expansion）值比較低，受熱后尺寸變化不大。在相對長時間的高溫條件下仍能保持規定的機械性能。以上這些特性正好滿足反射鏡對光型穩定性的要求。

但是隨著更多LED車燈的應用。高溫工作的的車燈不再是我們困擾的問題。此時我們也開始綜合考慮反射鏡的生產成本。我司把LED車燈的反射鏡材料放在了普通PC上。

PC&BMC材料關鍵特性對比：見表1

從表格上可以看出，PC原材料的價格是BMC材料的2倍，但PC的密度幾乎是BMC的1/2，這意味著同尺寸的情況下，PC材料的反射鏡更輕。所以在原材料成本上，BMC相對PC幾乎沒有更多的優勢。

PC的熱變形溫度為137℃，比BMC要差，但也滿足LED大燈溫度上的使用條件。收縮率及熱膨脹系數，需要在設計結構時考慮這一缺陷以保證光型的正確輸出。

PC是熱塑性材料，具有可再利用性。

BMC材料的主要缺陷如下：

（1）密度大，同等尺寸的反光鏡，重量近乎是普通塑料的2倍。（2）熱固性材料讓其在回收再利用上的不可能。（3）BMC成型的模具成本高，同尺寸的反光鏡，BMC模具要高出普通塑料模具的1/3價格。（4）料桿大，而且飛邊毛刺嚴重，需要特殊處理。（5）反射鏡鏡面高光渡鋁的表面要求，使得以BMC材料在注塑后，需要進行特定的底涂工藝，然后才能再進行真空渡鋁。而特定底涂材料的高價以及特殊工藝生產線都是導致反射鏡高成本的主要因素。

綜上這些缺陷，使得BMC材料的反射鏡最終成本很高，以下本文將對BMC及PC材料的反射鏡進行詳細的成本分析。

2.1 原材料及設計成本對比分析

為避免PC材料注塑的變形以及后期工作時受溫度影響熱變形缺陷。我們在設計模型上相對應地做了優化調整。根據模擬及實驗數據，我們總結了PC材料的反射鏡，在3D模型的結構設計是的優化原則：

2.1.1 足夠的反射鏡的厚度。實驗證明，PC材料的反射鏡厚度至少要2mm以上。實際厚度要根據燈體內的環境以及FEM分析及振動實驗為準。

2.1.2 必要的加強筋設計。在反射鏡周邊及與其他部件裝配的地方，設計加強筋消減受熱后的變形。尤其是盒式設計，可以產生較好的效果。

2.1.3 避免注塑應力。可以通過去火消減。數模上的優化設計，幾乎不會對成本產生影響。

2.2 模具成本的影響分析

BMC屬于熱固性材料，在注塑料筒中融化后具有超高的流動性，容易產生飛邊， 這一性質使得倒扣的結構難以在零件模型上得以實現，所以需要增加附加零件，通過螺釘等形式再與反射鏡連接。但附加的零件需要再開發及新的模具來實現，直接導致了更多的成本上升。

PC屬于熱塑性材料，無定形料， 成型溫度范圍寬，可以在數模上設計比較復雜的結構，在模具上都可得以實現生產。

因為BMC材料的特殊性，導致模具成本較PC材料的模具要高出至少1/3的費用。

2.3 后期光學表面工藝處理成本分析

2.3.1 BMC反射鏡生產工藝流程

因BMC材料的特殊性，注塑出來的零件表面不夠平整，如果直接電鍍則會造成工件表面不光滑、光澤低、金屬感差，并且會出現氣泡、水泡等不良狀況。導致最后的光學面質量差，不能通過光學驗證。所以必須需要進行底涂處理，即噴涂清漆，UV紫外線處理，晾干后再烘烤，最后還要進行UV固話。塑料件在經過噴涂底漆以后，不但塑料件表面變得光滑平整，而且杜絕了塑料的吸水現象，從而使得蒸鍍的鏡面效果得以展現。然后才能去下一道工序進行真空渡鋁。流程如下：

2.3.2 PC反射鏡材料生產工藝流程：

PC材料的反射鏡表面工藝相對BMC要簡單很多。超過的鏡面要求可直接從模具設計要求上得以實現。注塑后可以直接真空渡鋁，就可以符合光學面的要求。流程如下：

所以，PC在工藝渡鋁上比BMC更具成本優勢。

3 結語

綜上所述，應用普通PC 材料完全可以替換BMC材料在反射鏡上的應用。實驗證明，無論從總的材料成本，還是設計結構方面，以及后期的模具生產，工藝處理，PC材料的應用都大大減少了成本上的輸入，在以后的車燈開發及成本優化上都具有一定的重要意義。