一种乘用车保险杠格栅设计

吴向东，张倩

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥市一六八中学，安徽 合肥 230601）

引言

汽车上的格栅一般分为两种：散热器格栅和进气格栅。散热器格栅通常采用电镀处理，更倾向于装饰性质，用于装饰散热器及整车前部的外露件；进气格栅为车辆冷却系统提供换气通道，为空调、冷凝器等前舱零部件总成提供足够的进气总量，满足冷却要求，同时起到装饰的作用。一般情况下，格栅总成包括格栅本体、格栅装饰件、前LOGO等零部件，如图示1所示。一个完整的格栅总成的设计包括法规项的设计、空间布置的设计、结构的设计、工艺可行性的设计、进气功能设计等五项设计内容。本文基于某车型格栅总成，详细论述格栅在整车开发中的设计过程和设计要点。

图1 某车型格栅总成

1 格栅设计要点

1.1 法规项设计

所有零部件的设计，都需要满足国家相关法规的要求，这是设计的基础。格栅总成首先满足外部凸出物法规[1]，外部凸出物（ECE R26，EEC 74/483，EEC 79/488，GB 11566）规定：车身外表面凸出零件的圆角半径不应小于2.5mm。但这一要求不适用具有功能要求的格栅件。格栅一般按照格栅间隙进行区分圆角，如下表1所示。注意形成格栅或间隙的每个元件的前端与侧端的接合处应是圆滑的。

表1 格栅外部凸出物校核

格栅之间的间隙尺寸应由通过球体两接触点并垂直于连接这些点的线的两个平面间的距离来测定。用直径 100mm的球体与格栅的两相邻元件接触，接触分别为L、Q点。点L和Q间的距离h即为格栅间隙。如下图2所示。

图2 格栅间隙测量方法

需要注意的是市场现在比较流行烫印格栅，针对这种特殊的格栅工艺，不但要满足基本的外部凸出物法规外，还需要满足烫印格栅烫印特征与边界距离要求：Y向距离 L，Z向距离H的关系L：H≥1:1。

2 空间布置设计

2.1 格栅与引擎盖的匹配

前格栅总成与引擎盖总成的外观配合为保险杠系统的重要断面，对整车的外观品质的控制起到重要的作用[2]。目前，前格栅总成与引擎盖总成之间配合的断面主要有如下二种结构，具体可以根据造型特征进行选择。

2.1.1 格栅与引擎盖X向匹配

格栅总成与引擎盖总成在X向的外观配合间隙一般设计为 4mm，配合面差一般设计为 1mm，格栅总成高于引擎盖总成。此种配合方式，格栅与引擎盖总成在外观上配合美观，间隙不容易被放大，且两者的面差配合精度要求较低，缺陷不容易被暴露。但是格栅总成的本体模具结构相对复杂，成本较高，且两者间隙配合精度要求较高，如下图3所示断面。

图3 格栅与引擎盖X向配合断面

2.1.2 格栅与引擎盖Z向匹配

格栅总成与引擎盖总成Z向配合间隙在7mm，此数值是根据引擎盖过关校核得来，面差一般是格栅高于引擎盖，具体数值可以根据造型特征来确定。此种配合结构格栅模具结构相对简单，两者间隙配合精度要求相对较低，吸收车身公差能力强，外观缺陷不容易暴露，但对造型限制相对较大，如下图4所示断面。

图4 格栅与引擎盖X向配合断面

2.2 格栅与保险杠装配

格栅一般采用卡接形式，与保险杠本体装配在一起。此种安装方式较为牢靠，但应注意卡接点布置的位置及数量，以保证格栅装配在保险杠上一方面有足够的强度，另一方面不产生过多的人工装配资源浪费。相邻两个卡接点距离基准值是 100mm，最大不应该超过 120mm，局部特征处必须布置固定点，如下图5所示。

图5 格栅与保险杠卡接示意

格栅与保险杠装配利用卡接方式操作方便，需注意的是卡接结构的角度。卡接角度分为插入面角度α与保持面角度β。插入面角度α的大小影响到装配的操作力，保持面角度β的大小影响到格栅是否可以容易拆卸，如下图6所示。插入面角度α值越大，卡接所需的力也就越大，装配困难，一般情况下α值在25°～35°之间是个比较理想的范围。保持面角度β越大，保持强度和分离力也就越大，拆卸也就越困难，一般情况下，β值在35°～45°之间卡扣可以经常拆卸[3]。

图6 卡接结构角度示意

格栅与周边零部件如保险杠、大灯、车体等关键配合处要有定位，定位要合理且能有效控制外观间隙面差。通常情况下，我们把定位的特征布置在格栅上易于成型的部位。通过定位特征控制格栅与周边零部件的安全间隙值：一般件最小间隙≥0.5mm；格栅镀铬件最小间隙≥0.8mm。

3 结构设计检查

格栅总成各零部件之间固定要有定位、定位要合理，定位基准尽可能统一，定位点单边留0.2mm间隙，有导向作用，并确保在装配时优先导入。格栅总成各零部件（外观件）要保证产品的质量，不允许出现缩痕等现象。因此，在设计格栅的结构时要考虑料厚是否均匀，加强筋厚度是否合理，一般情况下，加强筋厚度d≤1/3本体料厚，且尽可能避免在大面上起加强筋，避免不了增加加强筋时，需要对加强筋根部弱化处理且在弱化处加筋。为了满足造型的特征，格栅上经常装配有镀铬亮饰条、装饰盖等。亮饰条、装饰盖与格栅本体件固定点距离产品轮廓边缘距离L≤15mm。距离太大尤其是针对亮饰条这种产品工艺的特殊性会发生端部翘曲现象，因此需要固定点离产品端部越小越好(因结构受限，不能满足的需特别注意)。横条格栅是格栅中一种比较常见的形式，大多数主机厂都有横条格栅造型特征，横条格栅的强度是影响整个格栅总成强度的一个关键点，强度太弱格栅晃动时会发生明显的异响。因此，横条格栅在设计时X向宽度L≤45mm；横条格栅背面要设计有加强筋，如下图7所示。横条格栅中每个横条之间必须设计有竖向支撑筋，起到连接每个横条的作用，竖向支撑筋最常用的就是“V”型筋，为了保证强度“V”型筋中a≥7mm，X向深b≥18mm，如下图8所示。

图7 横条格栅结构示意

图8 竖向支撑筋结构示意

4 工艺可行性检查

格栅是注塑件，需要满足格栅注塑成型工艺性：拔模角度要求，喷漆件拔模角度≥3°，皮纹件拔模角度≥5°。格栅背面布置了很多的安装结构，这些背面的结构也要满足注塑成型工艺性：每一个滑块脱模过程是否铲胶，脱模角度是否满足要求等。为了呼应整车的造型特征，格栅上某些情况下还设计有假缝特征，假缝特征喷漆时需要布置有特征槽进行遮蔽，否则喷漆时会污染周边不需要喷漆的件。一般情况下，假缝特征槽尺寸：宽度a≥2.5mm，深度b≤1.5mm，如下图9所示。

图9 假缝特征槽尺寸

5 进气功能设计

格栅进气面积应满足散热器散热要求，在没有格栅细节的情况下，格栅开口面积/散热器正面积的百分比应该在35%～45%之间，格栅有效进气面积应达到散热器面积三分之一以上。在前期造型设计的时候应注意这个问题，在考虑投影面积时需要考虑到散热器的大小以及散热器的放置位置等。格栅进气面积校核步骤：

1）完整的散热器数据，提取散热器进风面，测量进风面积；

2）格栅造型面数据，将格栅上可以进风的网格利用投影命令投影到散热器的进风面上；

3）测量每个网格面的面积，计算所有投影的网格面面积；

4）计算格栅投影的网格面面积与散热器进风面积的比值，此值即为格栅进气面积。

6 结论

汽车的保险杠格栅在汽车外饰设计中具有重要的作用，兼具装饰与进气功能的要求。本文从法规项、空间布置、结构、工艺可行性、进气功能等五个方面阐述了格栅设计要点，为格栅在整车的设计过程提供了一个完整的思路。