某车型的塑料侧围外板设计

王镇斌　刘小杰　张二荣　徐梦飞　宋刘洋

摘 要：汽车侧围装饰外板是车辆重要的造型件。传统金属侧围外板存在模具投资高、焊接固定导致维修成本高、采用冲压工艺使其无法体现复杂造型特征等限制条件。为解决以上缺点，同时基于轻量化要求的考虑，车身侧围外板可以尝试采用塑料材质。塑料侧围外板通过不同的固定结构和搭接形式固定在车身骨架上可以保证固定的牢靠性，同时满足传统金属侧围外板的基本性能要求。

关键词：塑料侧围外板；性能；刚度；材料；轻量化

中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：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

传统车辆的侧围外板采用金属冲压成型、焊接工艺和白车身骨架焊接成一体结构，金属侧围外板因冲压工艺限制，难以实现锐利和复杂的造型特征；另外金属侧围外板冲压成型模具一般投资较大；金属侧围外板一般采用焊接固定，后市场维修时对其进行更换难度较大。塑料侧围外板和金属侧围相比，因采用注塑成型、分件组装的工艺，具有模具投资较小、容易实现复杂的造型特征、拆装便捷和较好的轻量化优势，但塑料侧围外板因材料原因致使刚度和尺寸稳定性相对金属侧围外板稍差，需要通过优化结构设计进行改善。

1 侧围外板功能分析

侧围外板最重要的功能之一就是体现车辆侧围区域的造型特征，因此美学功能为其最重要的功能之一，主要涉及造型特征的体现以及各部件的良好的遮蔽、匹配搭接美观等；侧围外板是乘员感知车辆的第一部件，也是乘员上下车时最易触碰部件，因此需要一定的刚度，避免造成因按压刚度不足造成乘员抱怨，因此支撑刚度为侧围外板的另一重要功能；侧围外板下部门槛区域是乘员上下车时容易踩踏部位，因此需具备的一定的抗踩踏刚度，防止因踩踏造成下部门槛区域变形或配合关系变差的问题；侧围外板和周边配合的环境件较多，因此也需要具备一定的尺寸稳定性能以保证车辆在不同使用环境时和周边件匹配关系稳定；侧围外板为车身外侧第一层防护部件，作为防护部件一个主要功能就是保证在轻微刮碰的情况下不易损坏或容易更换，以此来降低的维修成本；侧围外板作为车身外侧第一层防护部件，还需要具备一定密封功能，其包含自身固定结构的密封以及和车门配合形成的车门密封等。综上所述，侧围外板的功能主要包括美学功能、支撑刚度、抗踩踏刚度、尺寸稳定性、抗刮擦防护、密封等5大功能。

2 塑料侧围外板工艺简化

侧围外板在结构上需要形成门洞结构，在形成门洞结构时会出现如A柱区域等细长、形状复杂的局部结构形式。塑料侧围外板一般通过注塑成型，如果整体注塑成型时注塑模具复杂，注塑压力需求过大，同时由于塑料件收缩特性会导致A柱等细长结构发生较大的变形量，无法保证生产尺寸稳定性，因此为了最大化的减少注塑模具成本投资，保证注塑工艺简单可行。如图示2所示塑料侧围外板进行分件设计，对门洞和侧窗玻璃区域形成的细长结构进行拆分设计，拆分为A柱装饰板（前）、A柱装饰板（后）和B柱装饰板；对门槛区域因为踩踏刚度要求较高，同时该区域同样相对宽度较小，因此拆分为侧包围装饰板；最后形成侧围结构上最大的部件为后侧围装饰板。各部件完成分件注塑成型后再通过组合装配后形成完整的侧围外板。

3 塑料侧围外板材料选择

塑料侧围外板在材料选择方面需要兼顾刚性、成本、注塑工艺、抗老化和尺寸稳定性等；常规PP材料具有良好的注塑流动性，同时也具备良好的抗冲击性能，是保险杠等车身外覆盖件的常用材料之一；但是因为侧围外板对刚性和注塑成型性等要求更为苛刻，因此选择机械性能更好的的PC+ABS材料，PC+ABS材料结合了PC和ABS的优异特性，和PP和ABS材料相比，具备同样良好的流动性。

4 塑料侧围外板结构设计

4.1 侧围外板和环境件搭接设计

塑料侧围外板结构上需要和风窗玻璃、顶盖、后尾灯、后保险杠、车门等系统配合，塑料侧围外板一般通过螺栓、卡扣等在總装线上装配到车身上，因此在和环境件的匹配时需要设计合理匹配搭接关系。在和周边环境件搭接时如图2所示，对于后尾灯等需要有一定间隙配合的部件，在侧围外板上设置折边，保证间隙的同时消除内侧遮蔽不良问题；在顶盖或风窗玻璃区域，顶盖或风窗玻璃通过粘接胶沿其周边粘接在车身骨架上，需要对粘接胶进行遮蔽，为了保证遮蔽和配合美观，采用大间隙配合，通过加装装饰条进行二次遮蔽；对于配合间隙敏感区域如侧围外板和后保险杠等，为保证间隙面差和固定可靠性，通过设置独立安装支架将塑料侧围外板的翻边和保险杠翻边同时固定在一起，实现0间隙的配合同时可以保证其面差稳定性；在门洞区域，塑料侧围外板需要和车门配合形成门洞的密封结构，因此需要设置一定的密封条配合面，保证车门密封条在车门关闭状态下和塑料侧围外板均匀贴合后形成密封结构。endprint

4.2 连接结构设计

通过对塑料侧围外板的拆件设计后形成A柱装饰板（前）、A柱装饰板（后）均为细长条状结构；截面形状外鼓，同时车身骨架此处结构限制导致其不能直接采用隐藏式卡扣或螺栓进行固定，因此主体采用粘接胶的方式固定，在端头部位和在侧窗玻璃配合搭接边上通过螺栓进行辅助固定。为体现造型特征，A柱装饰板和车身骨架之间一般存在较大的间隙，无法直接粘接，如图3所示，设置“几”型过渡支架，过渡支架上下翻边和A柱装饰板粘接形成总成件，通过过渡支架的另一面将总成直接粘接在车身骨架上。如表2所示，支架和装饰板之间，因为材料相同，热系数一致，剪切应力较小，考虑到成本和施工容易度，采用单组份普通粘接胶进行粘接，对于总成和骨架之间因材料不同，热膨胀系数不同，剪切应力较大，因此采用剪切强度较大的双组份粘接胶。

通过对塑料侧围外板的拆件设计后，后侧围装饰板为结构上最大主体部件之一，如图4所示，后侧围装饰板在门洞周边为保证良好外观效果，采用隐藏式卡扣进行固定，在车身骨架有密封要求处采用带有密封功能的塑料卡扣，在没有密封要求的骨架结构处采用卡接力较大的金属弹片卡扣进行固定；后侧围装饰板在和后保配合区域，为保证该处间隙面差稳定可靠，通过一个独立支架将侧围外板的翻边和后保翻边同时卡接在支架的同一个卡接槽中进行固定，该支架先通过螺栓固定在车身骨架上；后侧围装饰板在和其他周边件搭接区域通过延伸边上设置螺栓的方式进行固定，相关件装配后对后该处延伸装配点进行遮蔽，这种固定方式因为固定点在另一个零件的遮蔽下，因此还需要考虑各个零件之间的拆装方便性。

对侧包围装饰板和B柱装饰板结构同样采用隐藏式带密封功能的塑料卡扣和螺栓配合的形式固定在车身骨架上。

4.3 刚度设计

侧围外板最重要的功能之一就是保证良好的支撑刚度，通过分件设计后，对刚度要求较大的部件主要为A柱装饰板和后侧围装饰板，如图5所示，A柱装饰板在固定过程中设置了如图所示“几”字型过渡支架，起到很好的支撑作用，通过CAE仿真一定的圆柱面积上施加90N按压力，变形量均小于目标值。

后侧围装饰板通过CAE分析识别出刚度较差的部位，如图6所示在刚度较差的大平面部位增加支撑凸台，支撑凸台和车身骨架通过蘑菇搭扣进行过渡连接，保证起到良好支撑的同时消除两者之间可能发生的异响问题。如表1所示，后侧围装饰板增加4处改善刚性的支撑台后通过CAE再次仿真验证，通过仿真对比，后侧围装饰板的指压刚度大幅提升，其结果能满足既定的设计指标。除后侧围装饰板和A柱装饰板外，侧包围装饰板和B柱装饰板的刚度设计均以此方法进行设计和验证。

4.4 维修方便性

侧围外板是车辆最外侧的防护部件，在车辆行驶过程中容易出现刮擦损坏等情况，因此结构设计上需要重点考虑其维修的方便性，对于塑料部件维修方便性主要指更换方便性。塑料侧围外板根据分块特征，所有分块部件中侧包围装饰板在车辆两侧造型相对凸出、高度较低，在泊车或行驶过程中最容易造成刮擦等损坏；后侧围装饰板因为防护面积大，易刮蹭程度次之；A柱装饰板因为位置较高，一般不容易出现刮。为保证塑料侧围外板的维修方便性，结构设计上优先保证最易损坏侧包围装饰板能够独立拆装，以便损坏后容易维修更换，因此除了采用可以直接拆卸的螺栓和卡扣固定外，在和周边件搭接配合时采用侧包围装饰板搭接在其他配合件之上的形式，使其在装配工序相对周边部件处于最后一步工序，实现其独立拆装特性；后侧围装饰在安装结构上采用卡扣和螺栓的结构进行固定，保证可以实现拆卸，拆装顺序仅此于侧包围装饰板；A柱装饰板因为不容易损坏，受制于结构限制采用粘接胶固定，维修更换相对困难，在和其他分块部件的搭接配合部位，均设计为其他部件搭接在A柱装饰板之上，避免限制其他周边件的拆装方便性。在维修方便性的设计时的设计原則是易损件在拆卸过程中保证独立可以拆卸或相对容易拆卸，较难拆装的部件尽量不影响易损件的拆卸或设计为拆卸过程中相对靠后的拆卸工序。

5 轻量化

在满足既定的功能性能目标前提下，不考虑塑料侧围外板内侧的各种安装支架和金属侧围外板内侧的各种加强板，塑料侧围外板和金属侧围外板的重量对比见下表，由此可知，本案例中塑料侧围外板相比金属侧围外板有较明显的轻量化优势。

6 结论

为保证塑料侧围外板具备侧围外板的基本性能，达到轻量化、低投资的目的，通过分件设计，将侧围外板分件为后侧围装饰板、A柱装饰板、B柱装饰板和侧包围装饰板等结构，简化了塑料侧围外板的成型工艺；通过优化和环境件的匹配结构，保证塑料侧围外板的各分块结构拆装简单，匹配结构合理；塑料侧围外板采用粘接、螺栓、卡扣等复合连接结构进行固定，保证侧围外板固定牢靠，指压刚度等满足性能指标。

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