浅谈后扰流板总成的结构设计及其工艺

赖仕祯

【摘 要】文章主要阐述了注塑成型后擾流板总成的结构设计及其工艺，探讨了多种后扰流板总成的结构设计，并介绍了辅助结构设计的机械紧固、超声波焊接和结构胶粘接连接工艺。

【关键词】注塑成型;后扰流板;结构设计;焊接;粘接

【中图分类号】U462 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）08-0048-02

0 引言

后扰流板总成是一种装在汽车尾门上端的塑料装饰件，通常也会被称作汽车尾翼。后扰流板总成在汽车设计上有如下主要作用：一是装饰和美化汽车，提升整车的美感和协调性，满足客户对外观的需求[1];二是减少尾部气动升力，提升汽车的操控稳定性，并减少空气阻力[2，3]。随着汽车行业的快速迭代，可以根据客户群体的需求，设计开发不同的注塑成型后扰流板总成。本文介绍了多种汽车后扰流板总成方案，并对其结构设计及辅助连接工艺进行了说明。

1 后扰流板总成结构设计

目前，市场上常见的注塑成型后扰流板总成有简易单层注塑件、双层注塑件或者多层注塑件结构组成的总成。单层结构设计扰流板总成的造型外观设计简约，主体直接注塑成型，具有重量轻、成本低、结构简单、产品合格率高等优点，应用最广泛。双层或者多层注塑成型扰流板总成的结构设计可以实现各种造型外观效果需求，实现造型配色的多样性和个性化，最大限度地满足客户对美感的需求。当单层结构设计扰流板总成无法满足设计要求时，需将其拆分成双层或者多层注塑零件，然后增加包括机械紧固、超声波焊接、结构胶粘接等辅助连接工艺装配成总成。

1.1 单层后扰流板总成

某款后扰流板总成内部结构简易，结构设计成熟可靠，仅需使用机械紧固装配成总成（如图1所示）。

该后扰流板总成由注塑成型后扰板主体、高位制动灯、4颗螺栓、2颗卡扣合件、4个密封垫、3个螺母、周圈胶条构成。后扰流板主体的结构设计简单，采用模具直接注塑成型，用于螺栓、卡扣合件装配的doghouse结构通过模具滑块实现，结构设计成熟可靠。双层垫片结构的螺栓镶嵌在后扰流板主体doghouse结构上，在螺栓的双层垫片结构中间设计保留0.2 mm的活动余量，方便螺栓的装配，以及避免后扰流板总成装配到整车上随环境变化而发生不可逆变形（如图2所示）。

某些材料注塑成型的后扰流板总成自身热变形温度较低，装配在整车上，随着自然环境温度的变化，通常会发生明显冷热交变循环过程。零件在高温暴晒时发生变形，环境温度逐渐降低时，零件又会缓慢恢复到初始状态，零件在循环变形过程中产生一定的内应力。如果螺栓与主体doghouse结构固定死，冷热交变循环过程中零件将被抑制恢复到初始状态，零件的内应力无法释放，会产生不可逆转的变形，零件的变形缺陷逐渐放大，最终导致产品质量问题。选择低线性膨胀系数和高热变形温度的材料可以改善产品变形，但通过该结构设计也可以有效解决后扰流板总成变形问题，并可以降低选材成本。背面带压敏胶胶条粘贴在后扰流板主体用于防水，以及调整零件的段差间隙，将高位制动灯螺栓插入后扰流板主体，然后从扰流板主体内部打螺母紧固（如图3所示）。

将装配完整的后扰流板总成通过其卡扣合件预装在尾门外板上，然后在尾门开启状态下，穿过尾门内板，使用螺母将后扰流板总成装配紧固到尾门外板上（如图4所示）。

1.2 双层、多层后扰流板总成

双层或者多层注塑后扰流板总成除了可以实现单层结构设计后扰流板总成的要求外，还可以解决单层结构设计的局限性，常见于中高端车型。双层或者多层后扰流板总成进行结构设计时，常需结合机械紧固、超声波焊接、结构胶粘接等连接工艺辅助产品的结构设计。机械紧固主要指的是使用螺栓、螺母、自攻钉、螺母夹等紧固件打紧固定，应用非常普遍。后扰流板注塑件之间如果仅使用紧固件连接，产品的结构设计较为复杂，装配过程中紧固件数量多，人工成本增加，还存在局部装配可靠性较差的问题。根据对应的超声波焊接或者结构胶粘接工艺进行优化调整结构设计，简化后扰流板的结构设计，提升产品设计的可靠性。

1.2.1 焊接工艺后扰流板结构设计

某款后扰流板总成包含上主体、下主体、骨架3个注塑件，上主体喷涂车身颜色，下主体外观为免喷钢琴黑颜色，上主体与骨架通过超声波焊接，下主体与骨架使用自攻钉紧固装配。首先将骨架与上主体采用超声波焊接在一起，两者焊接完成后，再进行车身色喷漆处理，避免零件焊接表面存在残留漆膜，导致焊接拉脱力不足，产生脱焊问题。其次将下主体使用卡扣和插片结构装配到上主体，再使用自攻钉将下主体与骨架打紧，最终将骨架与上、下主体装配在一起（如图5所示）。结构设计中采用焊接、机械紧固将注塑件相互装配约束，然后将高位制动灯采用自攻钉装配在骨架和下主体，最后把剩余各子零件集成装配在一起形成总成。

后扰流板总成注塑件之间采用焊接工艺连接，必须保证骨架与上主体的注塑原材料具有相容性，两者才能通过超声焊接有效地连接在一起[4]。后扰流板总成使用机器人进行超声波焊接，焊接一个焊点需约2 s，生产节拍快，注塑件焊接之前不需要进行表面处理，适合批量化生产。该后扰流板总成的结构设计复杂，完全使用焊接机器人或者焊接专用工装也会存在较大的焊接盲区，局部无法焊接的位置，需要增加自攻钉等辅助装配。

使用焊接工艺还需要采用与之相对应的结构设计，该后扰流板上主体壁厚设计为3 mm，后扰流板骨架采用变壁厚设计，在骨架焊接点位置壁厚设计为1.5～2.0 mm，焊接时骨架和上主体都发生熔化过程，冷却重新固化后形成焊接头，使得两者融合连接在一起。当骨架壁厚过厚时，超声波设备产生的热量不能有效穿透骨架，上主体不会发生明显熔化过程，骨架和主体不能有效地熔融在一起，焊接完成后所获得焊接头融合质量差，容易发生脱裂;当骨架壁厚过薄时会导致后扰流板上主体出现明显的熔化，冷却后焊接接头处产生焊接印缺陷。后扰流板总成焊接点布置设计时，需要优先考虑在螺栓、螺母和卡扣合件镶嵌doghouse结构两侧布置焊接点，避免后扰流板总成在总装紧固装配时将骨架与上主体拉脱裂。焊接点还需要尽量布置在零件的边界，在局部非关键部位焊接点之间的距离可以设计为100 mm左右，合理布置焊接点能够防止上主体与骨架局部离空，产生松动异响问题。

1.2.2 粘接工藝后扰流板结构设计

后扰流板总成件由双层或者多层注塑件装配成总成时，注塑件之间还可以使用甲基丙烯酸甲酯结构胶粘接，该结构胶主要用于工程塑料、复合材料、金属、其他热固性材料及异质材料的粘接，基本不需要进行特殊表面处理。粘接工艺具有很好的适用性，可以解决材质相容才能使用超声波焊接工艺的局限性，注塑件粘接性能好。只需将胶体均匀涂覆在后扰流板粘接面上，然后将不同后扰流板主体安装贴合，通过工装夹具夹固，在常温工作环境下粘接固化集成在一起。

在结构设计时，需要考虑结构胶胶体涂覆的连贯性，胶体具有一定的流动性，胶体需要在离边界10 mm以上，防止溢胶，避免产品感知质量差。可以适当增加胶槽解决溢胶问题，胶槽设计宽度为10 mm，深度为0.5 mm，当后扰流板注塑件夹紧时，胶体不会溢出胶槽，注塑件相互固化粘接。胶体的粘接时间与工作的环境温度、工装夹固时间有关系，需要考虑现场的生产需求进行调整。使用结构胶粘接工艺，后扰流板总成的结构设计相对简单，注塑件内部结构少，模具结构简单，产品外观质量较好，同时可以使用不同材料属性的注塑件进行胶粘，实现设计选材的多样性，并可以有效地降低材料成本[5]。使用粘接连接工艺需要投入较多设备，设备费用投入多，结构胶成本和零件设计成本较高。

2 结语

单层结构设计的扰流板总成具有结构简单、成本低、重量轻等优点，主要应用于中低成本车型。随着汽车造型风格设计的发展，造型外观设计更加时尚、个性化，在中高端车型中使用更多双层或者多层注塑件组成的后扰流板总成。双层或者多层结构设计后扰流板总成的零件较重，工装投入大，成本高，结构设计时综合考虑使用机械紧固、焊接、粘接等辅助连接工艺。

参 考 文 献

[1]刘廷福.浅谈注塑成型后扰流板的设计及应用[J].企业科技与发展，2015（5）.

[2]朱江波.微型厢式汽车后扰流板对气动特性影响的数值模拟研究[D].重庆：重庆大学，2008.

[3]任斌.后扰流板对汽车空气动力学特性影响的模拟研究[D].南京：南京航空航天大学，2008.

[4]周金涛，徐旭.塑料焊接工艺在内饰产品上的应用[J].汽车工艺与材料，2019（2）.

[5]郭一民，刘忠侠，蔡彬.关于常用汽车胶粘剂的调研[J].中国胶粘剂，2018，27（2）.