塑料翼子板的工艺研究

钟国留，刘 伟，雷绍阔

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434)

0 前言

2016年10月，中国汽车工程学会发布的《节能与新能源汽车技术路线图》指出，到2020年、2025年、2030年，整车质量需比2015年分别减重10%、20%、35%。对整个汽车行业来说，轻量化是大势所趋，越来越具有现实意义。汽车轻量化促进了塑料在汽车零部件上的广泛应用，从内饰件、外饰件到结构件，塑料制件随处可见。目前，汽车用塑料的使用已经成为衡量汽车工业发展水平的标志之一[1]。

塑料在汽车上的应用已不限于汽车内饰、坐椅、车灯等零件，而是扩展到翼子板、后背门、油门踏板等零件。更重要的是，随着“以塑代钢”成为汽车设计和制造水平的重要标志，塑料为汽车轻量化提供了更加广阔的前景[2]。

笔者所介绍的塑料翼子板是采用可回收的低成本聚丙烯(PP)材料通过注塑成型并采用离线方式制备的零件，应用Moldflow软件分析并验证注塑成型的可行性，并对此类翼子板的成型工艺、变形控制、外观控制、色差控制给予总结，为PP基塑料在汽车翼子板上的应用提供技术参考。

1 塑料翼子板的优势

塑料翼子板作为汽车轻量化的产物, 相比普通金属翼子板具有以下优势：(1)减重效果可以达到40%以上；(2)能够集成保险杠支架，减少零部件增加所带来的装配误差，提升保险杠安装精度及降低成本；(3)具有良好的抗冲击性，可达到保护行人的要求；(4)通过注塑成型，更容易应用在复杂的结构上；(5)抗腐蚀性比金属好。

复合材料翼子板在欧美已广泛应用，如雷诺Clio、标致307/807/C4、大众Touareg/Phaeton、宝马6系/3系/X5等，特别在法国，复合材料翼子板已成为首选。国内也有扩大之势，北汽、长安、吉利、

长城等企业也已经有实际车型的应用，并顺利实现了国产化。

2 塑料翼子板的制造

2.1 材料类型

市场上钢材翼子板居多，但基于减重目的，出现了铝合金及塑料翼子板，目前塑料翼子板主要用到的材料有片状模塑料(SMC)、聚酰胺+聚苯醚(PA+PPO)、PP等材料，相关材料对比见表1。

表1 翼子板材料及工艺对比

SMC具有优异的力学性能、热稳定性、耐化学防腐性，但是由于其不可回收性而被多数主机厂摈弃，PA+PPO由于采用在线喷涂方式，色差控制得比较好，同时也可以回收再利用，但是此类材料的价格比较高。基于可回收及成本问题，PP材料近年普遍被研究并应用，但需要重点解决色差及变形问题。

笔者针对可回收低成本型PP基塑料翼子板进行研究。塑料材料的热膨胀系数与门板、发罩等钣金相差较大(见表2)。

表2不同材料的热膨胀系数mm/K

普通PP材料的热膨胀系数是钢材的10倍，从下式可以看出:在温度变化相同的情况下，塑料翼子板的尺寸变化量远远大于钢材的尺寸变化量，故在设计时需要预留非常大的间隙，以防干涉。因此，塑料PP基翼子板选择的材料，其热膨胀系数应尽量接近钣金的热膨胀系数，此次选用的PP为巴赛尔材料，膨胀系数为4.1×10-5mm/K。

D=L·(T1-T2)·α

(1)

式中：D为变形量；T1、T2为两个环境温度；L为长度；α为热膨胀系数。

2.2 翼子板的涂装工艺方式

传统的钣金翼子板是在焊装车间进行安装到白车身后，与白车身一起通过电泳及喷涂。对于上述的三种材料类型的塑料翼子板，SMC和PA+PPO是可以以类似钣金方式，先通过注塑或模压方式制造后，通过Online或Inline方式完成涂装。Online和Inline两种工艺都要求材料具有耐高温性能[3]，但一般PP材料的热变形温度在110 ℃左右，无法与白车身一起经过电泳烘烤或喷涂烘烤，只能采用Offline的方式。三种材料的喷涂工艺的对比见表3。

2.3 PP材料翼子板零件方案

(1)PP材料翼子板采用的是注塑成型方式，相对于其他零件来说，其制造难点主要有：熔接线、顶块印、外观分型线和色差，难点的成因及解决方法见表4。

(2)PP材料的模量一般较低，造成产品的刚度较差。翼子板一般需要考虑其抗凹性，对于已经确定模量的材料，只有更改产品的结构和壁厚，才可能增加其抗凹性，但大面积增加壁厚会增加产品质量，这与轻量化的原则相违背，故可考虑局部位置增加壁厚。翼子板是A级外观面，增加筋条和局部壁厚将可能造成外观出现缩影，笔者验证了应用于翼子板的筋条的设计极限及变壁厚渐变方案，效果达标。通过控制增加的壁厚厚度与渐变长度比在1∶100，筋条根部厚度控制在0.65 mm时，无外观缺陷(见图1)。

表3 不同喷涂工艺的对比

表4 制造难点成因及解决方法

(a) 变壁厚渐变范围

(b) 筋条根部厚度极限值

(3)通过仿真分析，得出模具方案。通过顺序填充，加以对上述方案的过程管控，最终使产品的变形控制在±0.7 mm。

3 结语

(1) 塑料翼子板具有轻量化、集成化、安全、造型自由、耐腐蚀等优点，但在成型过程中也存在熔接线、顶块印、分型线、色差等问题。

(2) 通过控制增加的壁厚厚度与渐变长度比、筋条根部厚度，可保证塑料翼子板外观无缺陷。

(3) 通过仿真分析，可得出模具方案，然后通过顺序填充，控制壁厚厚度与渐变长度比、筋条根部厚度，最终可保证产品的变形量在可接受范围内。