汽车外饰件壁厚设计方法探讨

摘要：在汽车外饰件设计中，壁厚是产品结构的基础，是一栋房子的地基和框架，是需要先行确定下来的重要数值，产品安装结构的设计都是在壁厚的基础上延伸的。本篇文章浅述了汽车外饰件壁厚的设计要求，并探讨了满足这些设计要求的对策方法，可以帮助汽车外饰件行业从业者进一步了解产品的结构意义，关注产品和多方需求的实现关系。

关键词：汽车外饰件，设计，壁厚，要求

引言

壁厚是外饰件的最基本结构特征，是外壁到内壁之间的距离。对于汽车外饰件来讲，外壁是产品的皮肤，颜色、纹理、触感等都是在外壁上呈现，需要整洁漂亮，内壁是结构骨架，可以承载与其他零件的连接结构，如卡扣、螺钉柱、结构筋等，需要一定的强度，外观上通常不做要求。整车上的外饰件很多，安装的位置不同，表面处理不同，性能要求也不同，那么针对这些产品，壁厚设计应满足以下要求。

1.机械性能要求

如果一辆漂亮的汽车，你一定不喜欢上面精致的外饰件是松松软软的，手一按就会产生很大的凹陷，这会严重影响消费者对一辆汽车的感官，从而导致市场销量一般。通常汽车外饰件设计对人手容易触碰到零件，以及自动洗车设备会触碰的零件有较高的强度要求，如门把手、柱板、尾门饰板、扰流板等零件，增加壁厚可以直接提升产品的强度，一般来说，增加10%壁厚可以提升约33%的强度，但是过厚的壁厚会导致缩水和气孔等质量问题，反而会降低产品强度，而且会增加产品重量，注塑周期、产品成本都会增加。显然一味的增加壁厚来提高产品强度不是好的选择，最好是利用产品的特征，增加加强筋、曲面造型等综合方案来提高强度，除非是受限于产品设计空间，没办法增加加强筋结构。我们可以借助数据仿真来分析来确定合适的壁厚，以及加强结构。

2.可成形性要求

再好的产品如果制造不出来也都是空谈，汽车外饰件壁厚设计的一个非常重要的原则是注塑的可成型性。模具前后模的空腔就是产品的外壁和内壁，当熔融的树脂填充充满模具空腔并冷却成型后，就形成了产品的壁厚，相较于模具空腔厚度，产品实际壁厚会有些收缩。

树脂在模腔内的流动可以近似看成层流，根据流体力学理论，层流流体可视为一层层彼此相邻的流体在剪切应力作用下的相对滑移。注塑过程中，熔融的树脂与模具腔壁接触，由于模具温度较低，所以紧贴模具腔壁的树脂流层最先被冷却固化，速度最低为零，而中间的流层温度最高，剪切应力最小，速度最快，靠近模具腔壁的流层速度递减，流动的头部断面可以近似看成抛物线。如果产品壁厚较小，中间流层降温较快，剪切阻力变大，填充困难，需要更大的注塑压力推动料流填充模具空腔，如果过小，会导致中间流程过早固化，无法填充。由此我们可以看到壁厚对注塑成型料流的影响。

通过注塑料流的分析，我们还可以看到流动过程中的剪切力是重要的影响因素，表现为流动摩擦阻力，可以用材料的粘度来体现，数值上为溶体的剪切应力与剪切速率之比。粘度是反映树脂溶体的流动的难易程度，粘度越大，流动越困难，越需要更高的温度、压力、壁厚。粘度受本身材料特性影响外，还收温度、压力、添加剂等多种因素影响。在实际应用中，一般用熔融指数来表征材料在注塑过程中流动性，值越大表示流动性越好，反之越差。

汽车外饰件常用的塑料有PP，ABS，ASA，PC+ABS，PC等，其中PP流动性最好，最小厚度可以做到0.6mm，PC流动性最差，最小壁厚可以做到0.95mm，ABS和ASA流动性中等，最小壁厚建议0.7mm。

3.外观要求

外观是汽车外饰件最重要的基础要求，也是外饰件最重要的功能，所以影响外观的壁厚设计需要着重考虑。注塑件常见的外观缺陷有缩水、熔接线、变形等。缩水是产品表面出现可见的凹坑，原因是收缩不均，相对收缩大的区域会比收缩小的区域的表面更低，外观上呈现可见的凹坑，通常会出现在壁厚不均，背部有结构的区域。壁厚不均需要的过渡长度是厚度差的40倍，背部结构根部厚度需要是主壁厚的1/3以下，由不同材料的最薄厚度可以倒推最小主壁厚。

熔接线是两股料在汇合时在表面形成的拼接线，原因是两股料汇合时形成各自的分解面，没有彼此交融，从而在产品表面形成可见线痕。熔接线常出现在孔结构以及造型起伏区域，可以通过改变壁厚分布、浇口位置等方法调节熔接线位置，将熔接线调整到造型拐角等不易见的位置，减小熔接线对外观的影响，也可以通过增加模具排气来弱化熔接线。

变形是产品在注塑冷却后残余内应力导致的翘曲、凹陷等，树脂在模具内冷却固化的速度不一致，先固化的收缩小，后固化的收缩大，从而使产品内部应力不均，产生整体形变。引起收缩率变化的因素有很多，如模具自身温度不均，模具水路降温分布不均，产品顶出变形，产品形状和结构，添加纤维的材料等，汽车外饰件的形状和结构通常是不规则的，直接评估变形是困难的，需要借助模流分析软件来确认产品的在注塑过程中的变形，综合利用模具方案和产品壁厚结构等共同调节产品的变形。有些产品变形是不用考虑对策的，可以通过产品自身的安装结构去控制变形，除非是装配状态下亦不能矫正变形，可以再考虑模具和壁厚对策，当然有自由状态尺寸管控要求除外。

4.成本要求

成本是所有产品都避不开的话题，尤其在竞争激烈的汽车零件制造业。增加产品的壁厚最直接的会增加材料成本，同时也会增加注塑周期，降低生产效率，是产品成本进一步提升。

注塑周期包括：溶胶时间、填充时间、 保压时间、冷却时间、开闭模时间，其中冷却时间是最长的，也是受壁厚影响最大的时间。同种材料的冷却时间与壁厚成二次方指数关系，如果一种材料壁厚2mm时冷却时间是10s时，当壁厚增加到4mm时，冷却时间会增加到40s，注塑周期增加了30s，注塑周期可能增加了1倍以上，这对生产成本影响是巨大的。假定目前的人工成本是1元/分钟，30s就增加了0.5元的成本，100万件的生命周期就增加了50万的生产成本。

结语

根据本篇文章浅述内容，汽车外饰件壁厚的设计需要考虑机械性能要求、成形性要求、外观要求、成本要求，清楚好的壁厚方案是满足前三个要求下的最薄壁厚，这需要行业工作者有大量的经验，并能运用专业的仿真模拟软件反复验证设计方案，从而达成相对较优的壁厚设计。清晰的设计方法可以帮助相关从业者快速了解产品的技术特点，能够帮助其快速成长为一名优秀的工程师，推动公司和行业的发展。

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