汽车注塑粘接扰流板的设计及应用

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吴艺锋

【摘 要】汽车扰流板具有装饰、减少汽车行驶时的上浮力及节省燃料的作用。通过扰流板设计可以改善车体流场的尾流结构，在车辆高速行驶时可以明显降低油耗，减少二氧化碳排放。目前，汽车扰流板主要有吹塑扰流板、单片注塑扰流板、双层注塑+焊接扰流板、双层注塑+螺钉装配扰流板、多层注塑+胶水粘接扰流板。文章结合汽车的外观设计要求及颜色多样化需求，介绍汽车多层注塑+胶水粘接扰流板的设计、生产工艺及成型过程中常见的缺陷和解决方法。

【关键词】扰流板;粘接工艺;多层注塑+胶水粘接扰流板

【中图分类号】463.834 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）04-0041-03

0 前言

汽车扰流板属于汽车空气动力套件中的一部分，其主要作用是減少车辆尾部的升力，如果车尾的升力比车头的升力大，就容易导致车辆过度转向、后轮抓地力减少及高速稳定性变差[1]。根据空气动力学原理分析可知，汽车在行驶过程中会遇到空气阻力，这种阻力可分为纵向、侧向和垂直上升3个方面的作用力，并且空气阻力与车速平方成正比，也就是说，时速120 km的升力，是时速60 km的4倍，是时速40 km的9倍，因此车速越快，空气阻力就越大。

一般情况下，当车速超过60 km/h时，空气阻力对汽车的影响就非常明显。为了有效地减少并克服汽车高速行驶时空气阻力的影响，工程人员在汽车尾部设计了一种扰流板，其作用就是使空气对汽车产生第四种作用力，即对地面的附着力，它能抵消一部分气动升力，控制汽车上浮，使汽车能紧贴着道路行驶，从而起到提高汽车行驶稳定性的作用。除了提高行驶稳定性，汽车扰流板对节省燃油也有一定帮助。以排气量为1.6 L的轿车为例，安装汽车扰流板后，在一般道路上行驶，耗油量减少或许不明显，但在高速路上行驶，则能省油大约10%[2]。

目前，汽车扰流板主要有吹塑扰流板、单片注塑扰流板、双层注塑+焊接扰流板、双层注塑+螺钉装配扰流板、多层注塑+胶水粘接扰流板。各种工艺扰流板的优缺点分析见表1。

扰流板总成件由双层或者多层注塑件装配成总成时，注塑件之间可以使用结构胶水粘接，该结构胶水主要用于工程塑料、复合材料、金属、其他热固性材料及异质材料的粘接。结构胶水粘接工艺具有很好的适用性问题，可以解决只有材质相容才能使用超声波焊接工艺的局限性问题。只需将胶水按打胶轨迹均匀涂覆在扰流板粘接面上，然后将不同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[3]。使用结构胶粘接工艺，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[4]。根据车身的造型设计、颜色设计及扰流板工艺要求使用不同的材料，本文重点介绍三层注塑+胶水粘接扰流板的设计。

1 三层注塑+胶水粘接汽车扰流板的设计

1.1 三层注塑+胶水粘接汽车扰流板的组成

三层注塑+胶水粘接汽车扰流板由扰流板上板、扰流板内板、扰流板下板、螺栓、塑料卡扣、缓冲垫、高位制动灯等组成。扰流板上设计有2颗“干”字形螺栓和4颗塑料卡扣，扰流板与钣金和玻璃搭接的位置设计2条缓冲海绵垫;高位刹车灯通过2颗螺母锁紧到扰流板上。扰流板组成结构如图1所示。

1.2 扰流板材料的选择

三层注塑+粘接扰流板的设计可塑性较大，扰流板的材料可根据零件表面处理要求的不同进行选择，扰流板上板表面一般是喷涂车身同色油漆，可选用ABS塑料注塑成型;扰流板内板不直接受阳光直射，耐老化性能要求相对低且内板属于骨架支撑连接作用，可选用ABS塑料注塑成型;扰流板下板根据客户需求设计的较多，从低成本考虑扰流板下板设计为皮纹状态可选ASA塑料注塑成型，ASA塑料的耐老化性能远比ABS塑料的好，更适应于皮纹件。扰流板下板如果设计为高亮黑状态，可选ASA+PMMA高光注塑成型或选用ABS注塑成型+喷涂高亮黑油漆。

1.3 扰流板粘接胶水的选择

汽车扰流板粘接胶水的选择原则首先要符合粘接性能要求，其次固化时间要快，满足生产节拍要求。一般选用的胶水有双组分聚氨酯胶水和双组分丙烯酸胶水，双组分丙烯酸胶水A/B组分配比为10∶1，需投入比较精密的打胶设备，粘接的基材有金属、ABS塑料、ASA塑料，但不能粘接PP材料。粘接力较强，属于腐蚀性粘接，胶水的用量相对较少，但胶水单价较高，是双组分聚氨酯胶水单价的3倍。同时，存在胶水溢出到产品表面导致产品报废的风险。双组分聚氨酯胶水A/B组分配比为1∶1，胶水混合均匀且需投入的打胶设备成本较低，是塑料专用的粘接材料，可满足PP、ABS、ASA等材料的粘接要求。双组分聚氨酯胶水属于弹性胶水，溢胶后可清理。为避免产品表面有油污影响粘接性能，需要对产品打胶槽进行等离子火焰处理。双组分聚氨酯胶水的粘接宽度比双组分丙烯酸胶水的粘接宽度大1倍，故胶水用量比双组分丙烯酸胶水的用量多1倍。综合评估双组分聚氨酯胶水和双组分丙烯酸胶水，双组分聚氨酯胶水的性价比较高，具体性能要求见表2。

1.4 扰流板与车身钣金安装的设计

扰流板与钣金的配合设计需避免汽车行驶过程形成风哨，扰流板上表面设计比车顶钣金要低，并且扰流板和钣金的配合面差及间隙需综合考虑功能及外观质量，建议面差定义为（-0.5±0.5）mm;配合间隙定义为（1.0±0.7）mm。扰流板与后背门装配设计如图2所示。

扰流板通过2颗“干”字形螺栓和4颗塑料卡扣安装固定在背门钣金上，“干”字形螺栓安装平面直接跟本门钣金贴合，再使用螺母与其装配紧固。采用“干”字形螺栓的作用是锁紧受力点在“干”字形螺栓上，避免扰流板因锁紧力过大变形（“干”字形螺栓装配设计如图3所示）。螺栓上设计带PVC密封层的垫片在与螺母装配压紧后，能够有效地解决尾翼在尾门上的安装孔出现漏水的问题。建议螺栓安装座的厚度为螺栓开口尺寸-0.1 mm，安装座开口最小尺寸为螺栓装配尺寸-0.3 mm，避免装配困难或松脱。

为避免扰流板与钣金的配合面差超出设计面差要求，设计螺栓和塑料卡扣的安装点要均匀排布，安装点间距离不宜过大，建议塑料卡扣间的安装距离为200～250 mm。塑料卡扣的安装座设计要求：卡扣座的卡扣安装方向尽量设置为Y向。卡扣座卡孔D与卡口颈部d的关系：对一般卡扣座D=d+2;定位用卡扣座D=d+1。卡扣座开孔导向角度为60°，塑料卡扣安装底座设计如图4所示。

1.5 高位刹车灯与扰流板配合的设计

高位刹车灯一般安装在车尾上部，以便后方车辆能及早发现前方车辆而实施刹车制动，防止发生汽车追尾事故。此外，还有闪光装饰作用。很多高位制动灯具有闪光功能，在夜间只要打开小灯开关，在没有制动的情况下，灯光就会呈流动型闪亮，有较好的装饰效果。

高位刹车灯与扰流板搭接的周圈设计为均匀的1 mm间隙（高位刹车灯配合间隙设计如图5所示），避免汽车行驶过程中形成风噪，高位刹车灯上表面要设计低于扰流板主体表面，面差设计为（0.5±0.5）mm。高位刹车灯与扰流板的装配通过高位刹车灯自带的2颗螺栓穿过扰流板安装孔并用2颗螺母锁紧。为了保证高位刹车灯的配合间隙均匀，扰流板上的2个安装孔其中一个孔设计为主定位孔，主定位孔的直径比高位刹车灯的螺栓大0.5 mm。

1.6 扰流板胶槽的设计

在扰流板胶槽结构设计时，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，为防止溢胶及避免粘接件之间的间隙大形成的产品外观感知质量差，胶槽需设计在离边界10～15 mm处。从节约成本的角度考虑，扰流板中间可设计间断胶槽，间断的胶槽与胶槽间距控制在10～15 cm。常规出胶口的直径为2.5 mm，经过挤压摊平为宽度约7 mm、厚度约0.5 mm的胶饼;如果胶线边缘是外观面，需要注意设计挡胶线或预留足够的间隙。一般设计的宽度为10 mm，深度为0.3～0.5 mm，胶槽设计如图6所示。为避免胶水溢出，在扰流板边沿设计档胶线高度为0.3～0.5 mm。

2 三层注塑+胶水粘接汽车扰流板的打胶压合生产工艺介绍

2.1 生产工艺介绍

三层注塑粘接扰流板通过有热风系统辅助加热的自动打胶压合生产线，满足扰流板采用双组分聚氨酯胶水按规定的路线及胶量进行打胶轨迹的等离子火焰处理、自动打胶、压合粘接、聚氨酯胶水加热固化等一系列生产工序。本文重点介绍四工位联动自动打胶压合生产三层注塑粘接扰流板的生产工艺流程，通过机器人抓取胎膜进行火焰处理和打胶，产品一致性好，合格率达到98%以上。自动打胶压合生产线四工位联动生产，生产效率高，设备等待时间少，2个操作员工即可满足整个生产线的操作，大大减少了人工成本;在整條自动打胶压合生产线上，操作员工只做取放件动作，劳动强度较低。为了提高生产效率，在自动线旁增加辅助压合工装，在自动打胶压合生产线上的产品初固化时即可取出放到辅助压合工装压合固化。扰流板自动打胶压合生产线的生产工艺流程如图7所示：①操作员工将内板、外板、上板放置到对应的胎膜上。②机器人通过快换模块抓取内板夹具，等离子火焰处理后沿着打胶轨迹打胶后放置到工位1。③机器人通过快换模块抓取外板胎膜;沿着打胶轨迹等离子火焰处理，待等离子火焰处理后放至压合工位1。④内板和外板胎膜通过精定位合模，通过胎膜的上下压合气缸进行压合。⑤机器人撤回，抓取上板胎膜，沿着打胶轨迹等离子火焰处理，等离子火焰处理后沿着打胶轨迹打胶，机器人抓着上板胎膜移动至压合工位1;上板和内板胎膜通过精定位合模，通过胎膜的上下压合气缸进行压合。⑥机器人转到工位2重复以上动作。⑦工位1的零件完全固化后，机器人抓取外板夹具，压合气缸松开，抓取外板胎膜放回工位1指定位置。⑧机器人抓取外板胎膜，压合气缸松开，抓取外板胎膜放回工位1指定位置;操作员工从内板胎膜中取出总成零件放置到旁边的辅助压合工装上辅助压合待聚氨酯胶水固化。⑨工位3、工位4机器人2的动作与工位1、工位2机器人1的动作一致。

2.2 自动打胶压合生产线注意事项

注意事项：①双组分聚氨酯胶水在常温下初固化时间为3 mim，低温下双组分聚氨酯胶水初固化时间超过30 min，为了保证生产效率和产品质量，生产线内的温度需保证在20～25 ℃。②双组分聚氨酯胶水A、B组分胶水在塑料混合头内均匀混合，连续生产后胶水会在塑料混合头内固化，导致出胶量达不到工艺要求，建议1 h更换一次塑料混合头。

3 结束语

随着汽车造型风格设计的发展及用户眼光挑剔，造型外观设计更加时尚、多样化、个性化，在中高端车型中更多选择双层或者多层注塑件+胶水粘接的扰流板。不同的扰流板产品通过更换打胶压合胎膜，在同一条自动打胶压合生产线上生产，满足投入工装设备分摊少，扰流板产品单价降低的高性价比需求。

参 考 文 献

[1]姜岩，康宁.尾翼定位对斜背式轿车气动特性影响的研究[J].车辆与动力技术，2004（3）：9-13.

[2]谷正气，郭建成，张清林，等.某跑车尾翼外形变化对气动升力影响的仿真分析[J].北京理工大学学报，2012，32（3）：248-252.

[3]赖仕祯.浅谈后扰流板总成的结构设计及其工艺[J].企业科技与发展，2020（8）：48-49.

[4]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）：47-50.

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