汽车门内饰板设计及有限元分析

吴 琳

（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330001）

随着汽车工业技术的高速发展，客户对车门内饰板要求也越来越高，这也是对汽车整车内饰精细化要求的进一步体现[1]。车门内饰板对车门钣金、车身零件、电子线束等起着经久耐用的包覆作用，并为地图袋、扶手等部件提供安装面，还可以为喇叭及线路提供传输和安装空间。因此，车门内饰板的设计方案就显得非常重要，其设计的好与坏，受到消费者的格外关注。如果设计得不好，其与周边件的间隙面差将不符合主机厂的要求，成型的产品质量感观较差[2]。

1 门内饰板的成型工艺

门内饰板分为硬质内饰板和软质内饰板两种。常用的成型工艺有注塑成型、手工包覆成型、阳模真空吸附成型以及阴模真空吸附成型、软质门内饰板成本较高，以前一般用于高端车型上。目前随着汽车市场竞争日益激烈，为了让自身开发的车型能够在市场上竞争力更大，各大主机厂大量使用软质内饰板的设计[3]，而硬质门内饰板由于成本较低，目前主要用于较低端的商用车上。本文论述的门内饰板属于硬质内饰板，其材料如表1所示。

表1 门内饰板的材料及制造工艺

内衬板、加强板与门内饰板的安装采用焊接工艺，热熔柱的设计需满足相应的设计要求。

2 门内饰板的定位安装方式

2.1 定位方式

门内饰板的定位方式有两种，一种是直接靠安装卡扣定位，此种方法安装门饰板时不好对准，另外一种则是通过门内饰板上的定位销与钣金上的定位孔进行定位，主定位放在饰板前端[4]，定位销尺寸设计为Φ15.9 mm，对应钣金孔为Φ16 mm的圆孔，定位间隙为单边0.1 mm。副定位放在饰板后端，对应钣金孔为16 mm×20 mm的腰型孔，如图 1所示。定位销设计时可以做长，安装时可起导向作用。一般门内饰板的拔模角度为Y向。

图1 定位销

2.2 门内饰板与钣金的安装方式

目前门内饰板的安装方式一般采用塑料卡扣卡接+螺接的安装方式，螺钉一般布置在不可见区域。门板的安装力当用双手安装时不能超过108 N，单手安装时不能超过75 N，否则会安装困难，饰板的拆卸力不能超过220 N。饰板的拆卸次数不应少于 5次，否则引起售后抱怨。钣金的冲孔方向应与门内饰板的安装方向一致，否则冲孔时的毛刺会影响内饰板的安装[5]。门内饰板上的塑料卡扣一般采用防水塑料卡扣，如图 2所示。按门内饰板与车门钣金配合处是否容易被发现，将门内饰板分成如图 3所示三个区域：重点区域、次重点区域及非重点区域。在重点区域卡扣布置较密，安装点的布置间距一般为140 mm～200 mm，次重点及非重点区域的卡口安装点布置间距一般为170 mm～250 mm。本文中的门内饰板非重点区域由于无法布置卡扣而采用了螺钉固定。且为了控制门内饰板与钣金的配合间隙，尽可能将卡扣布置在门内饰板边缘，一般距边缘距离大约15 mm～30 mm。门内饰板与钣金的间隙一般定义为0 mm。

图2 门内饰板使用塑料卡扣

图3 视觉区域划分

门内饰板与门水切、玻璃及钣金的安装关系如图 4所示。此安装方式视觉上只看的到门饰板与玻璃之间一条缝，外观较美观。门内饰板挂在水切上，并零贴，水切卡在门钣金上，且饰板翻边与水切的搭接量②至少为8 mm。饰板与玻璃的间隙⑦至少为7 mm，饰板背面的筋与水切的间距及饰板翻边底部到水切间距⑥至少要保证1.5 mm的安装间隙，否则饰板安装困难。

图4 门内饰板的安装方式

门内饰板卡扣座上塑料卡扣安装孔开口尽量不要朝下或朝上，否则塑料卡扣在运输过程中易脱落或是在拆卸门内饰板时易脱落。如果确实因结构问题模具无法出模导致开口必须向下的话，卡扣座安装面上需增加楔块结构避免卡扣脱落。同时为了保证卡扣座的强度，卡扣座中间需增加支撑筋，如图5所示。且卡扣座根部需减胶处理，防止门内饰板表面有缩印，影响产品外观质量。

图5 门内饰板上卡扣座

缩印是指塑料材料冷却收缩时，由于厚壁内外冷却速度不一致，当外部物料冷却凝固后制品中心的物料才开始冷却，造成壁的表面向内收缩而产生表面局部下沉现象。注塑件表面经常会出现缩印， 严重影响制品的美观及质量。缩印常发生在厚壁或设置加强筋、Boss柱的相对应表面。门内饰板所用材料为聚丙烯（Polypropylene, PP）材料，其上的定位Boss柱设计如图6所示，需提前加胶，壁厚由2.5 mm加厚到3 mm，减轻表面缩印。门内饰板上的加强筋是必不可少的结构，能有效增加门内饰板的刚度和强度且无需大幅增加产品切面面积。合理布置适量的加强筋，不但可以起到支撑门内饰板以保证饰板的感官特性，配合处的间隙和面差。加强筋小端最小厚度一般为0.8 mm，大端为料厚的0.4倍，如图7所示，保证产品的表面质量符合设计要求的同时，加强筋又有一定强度。

图6 门内饰板Boss柱设计结构

图7 门内饰板加强筋

3 门内饰板有限元分析

此门内饰板材料采用 PP材料，屈服强度为21 MPa，弹性模量为1 100 MPa，泊松比为0.3。通过CATIA三维建模软件建立门内饰板的三维模型，并将所建立的模型导入到HyperMesh有限元分析软件中进行3D网格划分，如图8所示。本次模型单元划分采用四面体网格，其基本尺寸为4 mm，单元总数为55 347个，节点总数为55 230个。约束此门内饰板所有与钣金的卡接点的 6个自由度，并按表2中不同的工况施加相应的载荷，再通过ABAQUS有限元分析软件进行求解，计算门内饰板在不同工况下的刚度是否符合设计标准的要求。

图8 门内饰板有限元模型

表2 门饰板受载工况及合格标准

门内饰板受力情况如图 9所示，进行有限元计算分析，优化前：

图9 门内饰板受力情况

1.在点1施加101 N的力

从图10可知，门饰板在点1施加101 N的力时，其最大应力值为11.43 MPa，最大变形量为7.27 mm，根据表2，可知门内饰板的最大变形量大于主机厂的设计标准，不符合要求，需做设计优化。

图10 点1施加力时的应力、应变云图

2.在点2施加67 N的力

从图11可知，在点2施加67 N的力时，门饰板最大变形量为1.39 mm，小于设计标准要求，满足要求。

图11 点2施加力时的应力、应变云图

3.在点3施加44 N的力

从图12可知，在点3处施加44 N的力时，门饰板的最大变形量为0.73 mm，小于设计标准要求，满足要求。

图12 点3施加力时的应力、应变云图

优化后：

针对点1在101 N的工况下变形量超出目标值，在门内饰板上增加加强板，与饰板本体通过热熔柱进行焊接。由图13可知，优化后的门内饰板的变形量为2.54 mm。满足设计标准的要求，说明优化方案有效。

图13 优化后的应力、应变云图

4 结论

（1）简要概述了门内饰板在设计开发过程中的注意事项，特别是对其定位策略及安装方式进行了介绍，为后续车型开发提供相应的参考。

（2）针对门内饰板常见的3种工况，利用常用的有限元分析软件HyperMesh和ABAQUS进行门内饰板的刚度分析，分析结果表明门内饰板在工况 1下其变形量超过设计标准要求，需在失效点上增加加强板。