汽车门内饰板塑料紧固件概述
发布时间：2021-02-02 14:05:02 点击次数：460
市场上常见型号的车门装饰板和内金属板通常使用形状不同但结构相像的塑料紧固件。为了了解此类塑料紧固件开发在应用环境中的通用性和性能要求，为更好地指导开发和使用，根据多种型号的标准分析，总结出应用环境要求，常用材料的选择和性能要求对这种类别的紧固件进行分析，并结合CAE的分析方式对其最常见的断裂进行分析，分析失效模式，确定安装过程中的剪切力是主要原因，并就材料和结构给出解决方案的方向。关于门内饰板塑料紧固件的发展方向的推测。
汽车的普及慢慢提高了一般而言消费者对汽车的了解。从最初的油耗到室内装饰，焦点变得愈加细密。车门装饰板和内层金属板之间的接合点已成为客户容易见到的区域。为了确保合作，大多数汽车制造商通常使用塑料喙形夹子进行连接。
这种塑料紧固件的开发在应用环境和性能要求上具有共同点。了解这些通用性的法则对于更好地开发和应用此类紧固件具有指导含义。本文将探讨门饰件塑料夹的应用环境，性能要求，材料选择和失效模式。
1.应用环境
图1给出了车门装饰夹的使用环境示意图，安装后，该夹将卡扣座与钣金连接起来，尾部固定在带扣座上，头部插入并粘在车门外侧金属板，伞面固定在金属板的内部。
图1车门装饰夹的应用环境示意图
1）kazi和卡扣座之间的连接。为确保在车门装饰板安装过程中卡子可以与钣金孔对齐，底座需进行一定的移动。通常须要确保夹子的中心列和卡扣座开孔的单面之间存在间隙，以提高夹子和薄片的位置。夹子和带扣座之间在上下方向上也有一个间隙，以确保夹子可以稳定地调节相对卡扣座的位置。
2）夹子和钣金之间的连接。oem会根据模型的位置选择不同厚度的门饰板。通常使用薄金属板（0.5-1.0mm），厚金属板（1.5-2.0mm）和拼接金属板，因此将相应地选择门饰板。钣金孔的尺寸由夹子决定，常用夹子的钣金孔直径为6-9mm。同时，夹子需满足±0.1mm的钣金孔的制造误差。
钣金通常通过电泳和喷漆处理，钣金孔是冲孔，这也会影响夹子的插入和拔出力。
2.性能要求
根据车门装饰胶条的应用环境，其性能要求主要反映在三个方面：插拔力，装配性和防水性。
2.1配合力要求
对于主要用于紧固的螺丝，插入和拔出力是最关键的要求。插入力会影响使用感觉到。插入力过大会引起操作员的投诉；拔出力会影响协调和维护。如果拉出力过小，则车门饰板和钣金件安装不好。如果拉出力太大，将导致门装饰件维修吃力。
不同的oem对夹子的插入和拔出力有不同的要求，但大体范围基本相同，如图2所示。根据人机工程学和性能要求，因为门饰板是用手掌或首先，夹子在车门装饰组件上的插入力不超过80n，所需的保持力范围为180-300n。
为了确保夹子在车门装饰组件中的插入和拔出力在适用于人机工程学的范围内，单个夹子的插入和拔出力须要低于组件的插入和拔出力。通常，插入力不大于60n，拔出力为150-270n。
图2车门装饰夹的插入和拔出力范围的人机选择
2.2组装要求
卡子的组装要求主要是防错安装和防漏安装。由于同一车门饰板对应的钣金可以用两种薄而厚的钣金进行焊接，因此将两个不同的夹子安装在门饰，提出了防夹和防漏的要求。
防错主要通过卡的卡大小和卡扣座来区别。通过改动卡扣座的大小，只能插入正确的卡。门装饰夹的防漏安装通常用于相片检测，因此可以将夹设计为不同的色调，以合乎防错和防漏检测。
2.3防水要求
紧固件的一般防水测试方式是将紧固件安装在水容器上（容器事先装有钣金固定设备），并测试紧固件是不是在一定高度的水柱下滴落了一定时间。或测试水滴的数目，如图3所示。可以通过调整图3中的大小a来操纵水柱的高度。
图3汽车门装饰扣件的耐水性测试方式
紧固件的防水性主要通过附加的海绵垫圈或包覆成型的TPE唇实现。图4显示了具有不同防水性能的汽车门饰板紧固件。
在图4中，夹子i从未防水要求，而夹子ii和III的常规要求是在30mm水柱下10分钟内并未水滴外泄。
图4具有不同防水性能的汽车门饰板紧固件
如果扣件和钣金件之间的出发点过大，唇边的尺寸不合格或唇边太硬，则会导致防水故障。通常来说，闭孔EPDM泡沫垫圈比TPE的包覆成型唇好，但价钱更高。
3.常用材料
塑料夹的常用材料有3种：PA66，PP，POM。
1）PA66具有良好的强度，抗冲击性和耐磨性，可以确保较高的刚性和强度，但在高温下却具有很强的吸湿性。注塑零件后，强烈的吸湿性将导致其强度下降，尺寸稳定性差，这对紧固件十分不利于。
2）PP基本上不吸收水分，具有良好的抗冲击性，并且具有良好的染色性，但是PP是柔软的，缺少刚性，具有较差的耐磨性，并且容易分解和老化；PP的剪辑容易刮擦，难以多次使用。
3）POM具有很高的硬度和刚度，不错的耐磨性，自润滑性和抗疲劳性，一再冲击性强，并且温度范围宽。POM卡子不吸收水分，并且POM高卡子在低温下变化很小，但是POM，也称做聚甲醛，分散性稍强。
由于在车门内饰上使用的塑料。POM不太多，因此对汽车内部总体传播的功绩有限。卡子卡子已基本代替了PA66和PP，成为该卡的主要材料。
4.门装饰夹常见故障模式分析
门饰塑料夹的主要故障模式为：
1）操作人员抱怨组装不方便和插入力过高，也许是由于钣金孔尺寸超出公差，涂装后尺寸变小;夹子未与钣金孔对齐；夹子在底座中的移动量欠缺。
2）松动的异常噪声。这种疑问的可能原因是：钣金孔的尺寸超出公差；选择了不合适的剪辑；门饰板边沿和金属板的设计不合理，从而难以将卡子组装做到。
3）安装过程中的断裂安装断裂是车门装饰板夹的主要失效形式。夹子的未指向和低温下的脆性是导致夹子在安装过程中容易断裂的主要原因。优化夹子受力较大的零件的结构，可以很好地化解这些疑问。
5.基于CAE的卡兹断裂分析
针对最常见的安装断裂失效模式，本文使用CAE来模拟将塑料夹插入钣金孔的过程，以探究断裂失效的主要原因。
以生产模型的门饰夹为原型成立CAE分析模型，该分析使用2D隐式算法，未考虑实际摩擦系数。钣金由刚体模拟，夹子的顶部固定。在此根基上，对片段插入和移除过程进行CAE分析，如图5所示。
图5将卡子插入钣金孔中的CAE分析过程
将夹子插入钣金孔中时，夹子不会出现任何异常变形。图6显示了将夹子插入钣金孔中的CAE分析结果。
从图6中可以看出，CAE分析的插入力***值为41.5n，与实际物理试验测得的平均插入力（39n）相距2.5n。
分析错误的主要原因是制造因素，例如零件制造差错和钣金表面处理，但此结果不会影响CAE模拟的可靠性。
图6卡子CAE分析结果直接插入到钣金孔中
由于在实际安装过程中夹子和钣金孔之间的联系不一定是右对齐的，因此夹子的插入过程在很大程度上是偏心的。对夹子和钣金孔的偏心插入和拆卸执行CAE分析，分析结果如图7所示。
图7卡子与钣金孔偏心0.5mm之后的CAE分析过程
由于CAE模型中的钣金是刚性的并且夹子的顶部是固定的，因此在0.5mm偏心分析下会出现应力突变。当钣金临近夹子的最厚外缘时，CAE网格被撕裂。如图8所示，力曲线也忽然下滑并最后发散。
对CAE模型进行研究发现，该模型在喙的一侧具有较大的网格撕裂力。与图6中约0.8s处出现的极值进行比较，图8中0.5s出现网格撕裂，说明在射出钣金孔之前，卡子破裂了。
与应力应变曲线结合使用时，发现夹紧销的最宽部分很容易被剪切力撕裂，从而导致销断裂。
图8卡子与钣金孔偏心0.5mm之后的CAE分析结果
通过采集和分析多个失效的夹子，发现夹子的断裂主要在鸟喙根部以上的某个点，如图9所示，这与@分析结果的歧异一致nz@。
可以得出结论，卡子断裂失败的主要原因是剪切力在插入过程中由于撞击而在片段的根部附近剪切了片段。
图9实际使用中的车门装饰夹的断裂图
通过以上分析可以看出，化解夹子安装断裂的主要方式有：
1）使用高柔韧和抗剪切性的材料；
2）改善夹子的根部结构。化解该疑问的关键是通过优化材料性能和根部结构来提高其抗剪强度。
6.门饰塑料紧固件的发展方向
随着诸如车门装饰件和车门金属板之类的周围环境构件的改进，塑料紧固件也在发展中。
当前的发展方向主要包括：
1）扩充适用范围：可适用于不同厚度的金属板。适用的钣金厚度范围越大，对于oem而言越实用，可以实现多种车型的共享，成为共享的汽车；这样，供应量将相应增加，单价将相应减低。
2）适用于钣合金板的夹钳：对轻型汽车的需要推动了铝合金板的应用。铝合金板和金属板的制造工艺有很大的不同，因此迫切需要开发适宜铝合金板的夹具。
3）低挥发性材料的应用：目前普遍使用的POM材料早已超过了挥发性规格。随着对汽车内饰材料的挥发性要求的提高，低挥发性和高性能的材料将普遍用于包括夹子零件在内的汽车。
4）加强抗剪性能：抗剪性能的提高将大大缩减整车厂的抱怨，提高夹子的利用率，特别是低温下抗断裂性能的提高将缩减组装的难度在我国北部冬天进行汽车门饰的维修和修理，缩减了客户的抱怨。
5）2级自插入结构的应用：将塑料紧固件设计到2级，1级是紧固件和钣金件之间的夹紧，2级是紧固件的内部夹紧；拆卸时，第1级与第二级部分分离，运用紧固件塑料之间的自润滑效用，避免诸如金属片刮擦紧固件断裂或拆卸过程中保持力损失之类的故障，并提高紧固件的重复使用率。
