汽車(chē)貫穿式尾燈開(kāi)裂問(wèn)題分析及優(yōu)化措施

摘要：針對(duì)貫穿式尾燈在使用過(guò)程中容易發(fā)生開(kāi)裂導(dǎo)致進(jìn)水后功能失效的問(wèn)題，進(jìn)行原因分析。分析發(fā)現(xiàn)：尾燈產(chǎn)品尺寸較長(zhǎng)，容易在注塑后變形，并且燈罩與殼體焊接后應(yīng)力難以完全消除；尾燈安裝到車(chē)身上后，車(chē)身鈑金容易變形影響尺寸穩(wěn)定性，而含有乙醇的后風(fēng)窗玻璃洗滌液的浸潤(rùn)會(huì)進(jìn)一步加劇開(kāi)裂。為了解決這一問(wèn)題，通過(guò)實(shí)踐制定了一系列優(yōu)化措施，包括調(diào)整尾燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、優(yōu)化焊接方法、提高車(chē)身鈑金穩(wěn)定性、檢測(cè)與控制應(yīng)力消除等。通過(guò)綜合驗(yàn)證，表明所提出的優(yōu)化措施可使貫穿式尾燈的開(kāi)裂問(wèn)題得到有效控制，并能提高產(chǎn)品的可靠性和耐久性。

關(guān)鍵詞：貫穿式尾燈；尾燈開(kāi)裂；優(yōu)化措施

0 前言

貫穿式尾燈具有時(shí)尚流暢的汽車(chē)尾燈造型，其采用連續(xù)燈帶穿過(guò)整個(gè)尾燈寬度區(qū)域，呈現(xiàn)出了獨(dú)特外觀。與傳統(tǒng)分散式尾燈相比，貫穿式尾燈具有更大光照范圍和更時(shí)尚的外觀，已成為許多車(chē)型的標(biāo)志性特征。然而尾燈開(kāi)裂問(wèn)題一直困擾著貫穿式尾燈的推廣應(yīng)用，嚴(yán)重影響了其使用壽命和性能。

現(xiàn)有尾燈的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)已基本解決了非外力撞擊造成的開(kāi)裂問(wèn)題。但隨著貫穿式尾燈的興起，因其尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這一難題再次出現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)貫穿式尾燈開(kāi)裂問(wèn)題的挑戰(zhàn)，大量的研究項(xiàng)目致力于了解尾燈開(kāi)裂的原因，并從材料、結(jié)構(gòu)、制造、運(yùn)輸?shù)确矫嫒胧种贫ㄏ鄳?yīng)對(duì)策。通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局、保證制造工藝和完善運(yùn)輸措施，可有效解決尾燈開(kāi)裂問(wèn)題，為客戶提供更加耐用和可靠的貫穿式尾燈產(chǎn)品。

1 開(kāi)裂原因

目前，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料廣泛應(yīng)用于汽車(chē)尾燈燈罩材料。PMMA 材料也被稱為亞克力，具有出色的透光性、耐候性和耐腐蝕性，并且易于成型。然而，PMMA 材料屬于脆性材料，由于它高分子鏈結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在遇到外力時(shí)容易斷裂而不是變形或延展。當(dāng)PMMA 材料受到應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力無(wú)法通過(guò)塑性變形或分子鏈滑動(dòng)來(lái)分散，而會(huì)集中在局部區(qū)域，形成應(yīng)力集中。一旦應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，裂紋就會(huì)在此處形成，并隨著應(yīng)力的增加迅速擴(kuò)展，最終導(dǎo)致材料斷裂。

PMMA 材料對(duì)沖擊、拉伸應(yīng)力和有機(jī)溶劑（如含醇類洗滌液）非常敏感。當(dāng)PMMA 材料與乙醇接觸時(shí)，在乙醇的溶解能力、脆性特性、膨脹性，以及PMMA 材料晶型結(jié)構(gòu)等因素相互作用下，可能導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力的積累，最終引發(fā)裂紋。

2 應(yīng)對(duì)措施

為了解決PMMA 材料開(kāi)裂問(wèn)題，采取了以下一系列措施，目的是從根源上防止PMMA 材料應(yīng)力的產(chǎn)生，以避免發(fā)生斷裂。

2. 1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面來(lái)看，尾燈容易發(fā)生開(kāi)裂的區(qū)域通常在焊接筋位置、燈罩拼接位置和造型突變位置。為防止開(kāi)裂問(wèn)題，這3 個(gè)區(qū)域需要進(jìn)行特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理。

焊接筋位置是指尾燈燈罩與燈殼2 種材料相融合的區(qū)域，該區(qū)域存在持續(xù)的相互作用力，如圖1所示。由圖1 可以看出，位于后風(fēng)擋玻璃下方的區(qū)域特別容易受到乙醇洗滌液的浸入，從而導(dǎo)致開(kāi)裂。

應(yīng)對(duì)這種情況，可以通過(guò)在尾燈上增加橡膠條或在后風(fēng)擋玻璃下端增加橡膠條來(lái)避免洗滌液的浸入。尾燈增加橡膠條結(jié)構(gòu)如圖2 所示，后風(fēng)擋玻璃增加橡膠條結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

燈罩拼接位置是指雙色燈罩中不同顏色燈罩部分在封膠位置處的結(jié)構(gòu)搭接區(qū)域。在雙色尾燈中，常見(jiàn)的設(shè)計(jì)是將紅色白色或黑色白色的燈罩部分相互搭接。搭接的目的是在2 種顏色的燈罩交接處形成緊密的連接，確保顏色過(guò)渡能自然流暢，同時(shí)提升整體外觀質(zhì)量。當(dāng)拼接位置淋到乙醇洗滌液時(shí)可能會(huì)引起開(kāi)裂，如圖4 所示。

為了應(yīng)對(duì)這種情況，可以通過(guò)優(yōu)化拼接處的雙色結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決。雙色搭接優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖5 所示。讓白片完全覆蓋在紅片（或黑片）部分上方，確保接縫處不會(huì)被洗滌液浸入。該優(yōu)化設(shè)計(jì)既能保持美觀，又可以有效防止開(kāi)裂問(wèn)題的發(fā)生。

造型突變位置指燈罩外造型由寬到窄處的折角區(qū)域，如圖6 所示。這類區(qū)域往往造型圓角設(shè)計(jì)比較小。在進(jìn)行燈罩造型設(shè)計(jì)時(shí)，要求圓角不小于1.5 倍半徑的工程需求。這樣的需求旨在保證造型突變位置的圓角半徑達(dá)到一定的最小值，以提高造型的堅(jiān)固度和抗應(yīng)力能力。

2. 2 集成設(shè)計(jì)優(yōu)化

集成設(shè)計(jì)指尾燈集成到車(chē)身上的相關(guān)設(shè)計(jì)，主要是安裝與匹配。尾燈的安裝并不需要過(guò)多的固定點(diǎn)。尾燈的密封性是通過(guò)焊接工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即將燈罩和燈殼焊接為一體，然后將整個(gè)組件安裝到車(chē)身上。因此，如果安裝點(diǎn)過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致燈體受力過(guò)度，從而扭曲和變形，進(jìn)而給燈罩帶來(lái)應(yīng)力，可能導(dǎo)致開(kāi)裂。通常貫穿尾燈長(zhǎng)度不超過(guò)1.5 m，建議最佳安裝點(diǎn)為5～6 個(gè)，相鄰安裝點(diǎn)間距不少于200mm，安裝點(diǎn)分布如圖7 所示。這樣安裝可使貫穿燈安裝后在不影響間隙面差的情況下使燈罩相對(duì)寬松一些，避免應(yīng)力的產(chǎn)生。

在尾燈安裝到車(chē)身后，由于季節(jié)變化和塑料材料的熱脹冷縮性質(zhì)，會(huì)給燈罩帶來(lái)額外的應(yīng)力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用滑動(dòng)螺栓及其配合結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)對(duì)。滑動(dòng)螺栓結(jié)構(gòu)如圖8 所示。在塑料發(fā)生輕微變形時(shí)，滑動(dòng)螺栓可以在其固定結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生一定的位移，以吸收變形量，從而避免產(chǎn)生額外的應(yīng)力。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，當(dāng)由溫度變化引起尺寸變化時(shí)，燈罩可以更好地適應(yīng)并緩解應(yīng)力的積累。

另外，尾燈需要安裝在車(chē)身的尾門(mén)鈑金上，而鈑金本身存在公差。如果公差過(guò)大，安裝后會(huì)對(duì)尾燈施加過(guò)大的外部應(yīng)力，增加尾燈開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。為了控制這種風(fēng)險(xiǎn)，需要合理控制鈑金的公差范圍。結(jié)合鈑金的制造工藝和尾燈可承受的變形范圍，可以將尾燈安裝孔作為一個(gè)局部基準(zhǔn)，將鈑金的一致性控制在±0.25 mm 以內(nèi)。鈑金上尾燈安裝孔公差要求如圖9 所示。

2. 3 制造工藝優(yōu)化

在尾燈的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，燈罩和燈殼的成型以及焊接都會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力。為了消除這些應(yīng)力，可以采取的處理方法見(jiàn)表1。

除了在生產(chǎn)中要做好應(yīng)力消除，在產(chǎn)品的質(zhì)檢環(huán)節(jié)也要做好相應(yīng)的檢驗(yàn)，質(zhì)檢要求見(jiàn)表2。

2. 4 材料優(yōu)化

PMMA 材料是尾燈燈罩開(kāi)裂的主要原因之一。為了解決這個(gè)問(wèn)題，考慮將尾燈燈罩材料更換為常用的聚碳酸酯（PC）材質(zhì)。然而，由于所處的車(chē)輛區(qū)域結(jié)構(gòu)限制，無(wú)法采用膠水工藝，只能采用焊接工藝。焊接是將2 種材料融化后進(jìn)行結(jié)合，融化會(huì)導(dǎo)致PC 材料形成拉絲狀，在焊接后進(jìn)入燈腔內(nèi)部從而影響外觀。因此，目前的技術(shù)條件無(wú)法改變燈罩采用PMMA 材料的現(xiàn)狀。不過(guò)可以通過(guò)在PMMA 材質(zhì)中添加增韌劑來(lái)對(duì)PMMA 材料進(jìn)行相關(guān)改性，提升其抗撞擊性。在選用PMMA 材料時(shí)，可以選用一些改性PMMA 材質(zhì)，如PMMAAG100、PMMA 8N 等。

另外，整車(chē)在選擇玻璃洗滌液時(shí)應(yīng)注意乙醇體積分?jǐn)?shù)低于30%，并建議在產(chǎn)品使用手冊(cè)上添加相關(guān)備注說(shuō)明。

3 驗(yàn)證

除了采取預(yù)防措施之外，還需要進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證以確保其可靠性。這種驗(yàn)證以整燈形式進(jìn)行，模擬裝車(chē)狀態(tài)，考慮車(chē)身可能存在的極限公差以及車(chē)輛所在的環(huán)境工況等因素，只有通過(guò)綜合驗(yàn)證才能確保產(chǎn)品在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性和耐久性。

耐酒精試驗(yàn)方法的試驗(yàn)設(shè)備為復(fù)合振動(dòng)溫濕度試驗(yàn)箱和氣密性檢測(cè)儀，試驗(yàn)方法有以下8 個(gè)步驟：① 將燈具置于溫度箱中，保持溫度在65～70 ℃，存儲(chǔ)4 h。② 將燈具從溫度箱取出，并放置在環(huán)境溫度為（23.5±2） ℃的條件下。③ 將燈具模擬整車(chē)狀態(tài)，安裝在工裝上。④ 在燈具表面淋灑90% 體積分?jǐn)?shù)的酒精，確保面罩完全被濕潤(rùn)。⑤ 靜置1 h，并每隔10 min 觀察面罩是否出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。⑥ 進(jìn)行水密測(cè)試，檢測(cè)燈具的防水性能。⑦ 重復(fù)步驟① 到步驟⑥ ，但在安裝燈具到工裝上時(shí)，在每個(gè)安裝點(diǎn)上采用0.5 mm 厚度的墊片。⑧ 對(duì)于每個(gè)安裝點(diǎn)都需要進(jìn)行步驟④和步驟⑥的驗(yàn)證，以確保每個(gè)安裝點(diǎn)都通過(guò)墊片模擬車(chē)身誤差進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)語(yǔ)

本文深入探討了貫穿式尾燈在使用過(guò)程中容易發(fā)生開(kāi)裂導(dǎo)致進(jìn)水后功能失效的問(wèn)題，并提出了一系列有效的解決措施。通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，尾燈產(chǎn)品尺寸較長(zhǎng)、注塑后易變形及焊接后的應(yīng)力難以完全消除等因素是導(dǎo)致開(kāi)裂問(wèn)題的主要原因。此外，車(chē)身鈑金的變形及含有乙醇的后風(fēng)窗玻璃洗滌液的浸潤(rùn)也會(huì)使開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)一步惡化。經(jīng)過(guò)一系列改進(jìn)措施的實(shí)踐應(yīng)用后，貫穿式尾燈開(kāi)裂問(wèn)題可以得到有效控制，提高了產(chǎn)品使用的可靠性和耐久性。這些改進(jìn)措施不僅為貫穿式尾燈的研發(fā)和制造提供了重要的參考，也對(duì)其他類似問(wèn)題的解決具有借鑒意義。未來(lái)，可以進(jìn)一步探索其他可能導(dǎo)致開(kāi)裂失效的因素，并提出更加全面和有效的解決方案。

參 考 文 獻(xiàn)

［ 1 ］ 王天鵬，范蓉，王華方，等.PMMA 材料開(kāi)裂失

效研究[J]. 材料化學(xué)前沿，2023，11（3）：63-70.