赵学伟

（广汽本田汽车有限公司，广东 广州 510700）

引言

通风栅位于车头部分（如图1中蓝色零件），与前档玻璃、发动机罩配合，主要起到美化外观的作用。该零件直接与前档玻璃面配合，而前档玻璃面在夏天阳光直射后的温度非常高（广州可以达到83℃），因此通风栅的耐高温性要求较高。

通风栅结构繁多，常用的有胶钉&胶条式、胶条式、卡扣式。其中卡扣式通风栅凭借其简单的结构、低廉的价格（仅为另外两种的2/3左右），占有一定的市场份额；但该结构高温易变变形(即耐高温性差)，导致其不能全面推广。

1 卡扣式通风栅常见不良

卡扣式通风栅是通过自带的卡扣卡紧在前档玻璃上进行紧固的，实车高温多发不良如图 1：高温时，通风栅与前挡玻璃配合处发生鼓起变形，不仅影响外观视觉效果，还有漏水风险。

图1 卡扣式通风栅的不良现象

2 高温变形不良的原因分析

通风栅是树脂件，根据自然界热胀冷缩的原理，在高温条件下，树脂件尺寸会增加，从微观角度来看，这是由于树脂在温度升高时，分子获得了能量，克服分子之间的吸引力，将彼此间的距离拉大，在外观就表现零件尺寸的增加[1]，如果有外力阻碍外观尺寸变大，就会发生鼓起不良。接下来，本文对影响高温变形的原因进行分析。

2.1 材料

材料线性热膨胀系数α决定了材料在高温下的变化量，线性热膨胀系数越大，此种材料的零件在高温下尺寸的变化量就越大，发生热变形的概率也越大。零件的尺寸变化量可以由以下公式表达：

式中：

ΔL是高温零件的尺寸变化量；

ΔT是温度变化量；

L是常温下的零件尺寸。

通风栅的材料为PP材，线性热膨胀系数α在8.1-10（E-5/℃），假设通风栅长度=1800mm，高温80℃时不同牌号的PP材热变形量最大相差1.89mm。

计算：1800*（10-8.1）*10-5*（80-25）=1.89mm

设计要件：为了避免较大的热变形，设计时应选择低线性热膨胀系数α的材料。

2.2 定位

通风栅的B向（即：车的宽方向）长度有1.5-1.8m长，高温时零件伸长量很大，因此需要保证通风栅在高温时B向的可伸缩性。在设计上需要从以下几个方面考虑：

图2 卡扣式通风栅的定位紧固

2.2.1 通风栅B向

B向定位要合理，既要满足零件的装配定位要求，又不能影响材料高温时的自由流动性。

设计要件：所有卡扣B向不能设置定位，保证零件高温自由膨胀，零件装配B向定位设置在0B位置（如图2）。

2.2.2 胶钉的紧固孔设计

胶钉的作用是把通风栅紧固在车身上，同时限制通风栅T向（即：车的长度方向）的活动量。同卡扣的设计一样，B向不能定位，需要设计一定的虚位吸收热膨胀的伸长量（如图 2）。

设定通风栅材料的α=9.5E-5/℃，通风栅B向长度=1800 mm，则80℃的变形量。

ΔL=α▪ΔT▪L=9.5E-5×（80-25）×1800=9.4mm

设计要件：B向虚位量＞0.5倍ΔL，即＞4.7mm，如果采用Φ7mm的胶钉紧固，则紧固孔的尺寸最小为 7×16.4mm。

2.3 卡扣

2.3.1 卡爪厚度

卡爪折弯会产生反力F，力F受卡扣肉厚的影响大，肉厚太薄则不足以固定通风栅，太厚则影响零件高温时的热膨胀。

设计要件：经高低温循环试验验证，卡爪肉厚设定为1.0±0.2mm比较合理。

2.3.2 2个卡扣之间的距离

零件的热变形量ΔL=α▪ΔT▪L，2个卡扣之间的距离 L越大（如图3），高温时的热膨胀量就越大，高温时2个卡扣之间产生鼓起的概率就越大。

图3 卡扣距离示意图

设计要件：通风栅的材料为PP，假设材料α=9.5E-5/℃[3]，80℃时一般要求ΔL≤0.5mm，则L需≤92.3mm。

2.4 零件内应力的影响

如果零件存在较大的内应力，高温时应力释放，分子会重新排布，也会引起高温变形不良，且残留内应力较大，高温时零件发生变形的可能性就越大。零件的内应力可以借助MOLD FLOW软件进行分析。如图4，就是某车型通风栅残留应力与高温变形之间的关系。

图4 某车型残留应力与高温间隙之间的关系

3 结论

卡扣式通风栅凭借有着低成本的优势很有发展前景，但受其高温易变形的特性，暂不能大范围推广使用。本文从其结构特性出发，归纳出影响热变形的关键设计要点，并通过探讨残留应力对其热变形的影响，引导出MOLD FLOW软件在热变形领域的应用，对其他新车型应用该类型的通风栅提供了很好的参考意义。

[1] 费业泰.机械热变形理论及应用[M].北京:国防工业出版社,2009.13-13

[2] 周达飞.汽车用塑料.北京:化学工业出版社 2003:41-41.

[3] 周达飞.汽车用塑料[M].北京:化学工业初版社, 2003:17-17.