汽车灯具的密封结构设计分析研究

2014年第4期（总第368期）QIYEKEJIYUFAZHAN│企业科技与发展│qiyekejiyufazhan汽车灯具在汽车上主要起着照明和信号的作用。随着汽车工业的飞速发展，汽车灯具对汽车功能和外形有越来越重要的影响。它既是一个功能件又是一个外观件，能大大提高整车的外观效果，甚至成为汽车厂商个性化的标志，是汽车上一个亮丽的装饰物，也是区分不同车型的标志。汽车灯具进水对汽车在功能和外观上都造成很大的影响，直接影响了汽车照明和信号效果，严重影响了驾驶员的视野和对周围情况的判断。汽车灯具的密封性决定了车灯的防水防尘性能，是影响整车性能的关键指标之一。汽车灯具的密封性结构设计一般从以下3个方面考虑：灯具自身的密封设计；灯具端与线束端插件之间的密封设计；灯具与车身间隙、面差定义。1灯具自身的密封设计1.1配光镜与灯壳之间的密封粘接设计在进行密封结构设计时，要确定配光镜与灯壳的密封粘接方式。目前配光镜与灯壳之间的密封粘接方式主要有热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接、热板焊接、摩擦焊接、超声波焊接6种。以前组合灯、后组合灯为例。前组合灯目前采用的粘接方式主要有热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接。由于前组合灯用材料一般为配光镜PC、灯壳PP，这两种材料无法进行热板焊接、摩擦焊接，所以不采用这两种方式进行玻壳焊接。超声波焊接用于焊接面积小的产品，如侧转向灯等，不适用于前组合灯。前组合灯热熔胶粘接与冷硅胶粘接的优劣比较见表1。后组合灯目前采用的密封粘接方式主要有热板焊接、摩擦焊接。热熔胶粘接、冷硅胶粘接、PU胶粘接为过去常用的粘接方式，由于热板焊接、摩擦焊接的粘接方式优势明显，现在已较少采用胶粘接方式。摩擦焊接是近年开始应用于汽车灯具的一种焊接方式，但设备较昂贵，如产品无特殊要求，一般不采用。超声波焊接用于焊接面积小的产品，不适用于后组合灯。后组合灯用热板焊接、摩擦焊接与冷硅胶、热熔胶粘接的优劣比较见表2。由以上比较可以看出，前组合灯选用冷硅胶粘接、后组合灯选用热板焊接，是目前灯壳与配光镜结合方式中较好的方法。确定粘接方式后，前组合灯粘胶槽和后组合灯焊接筋的设计是密封性设计中关键的一步。汽车灯具的密封结构设计分析研究韦春（南宁燎旺车灯有限责任公司，广西南宁530001）【摘要】汽车灯具进水影响了车灯的照明和外观。文章对汽车灯具的进水原因、影响因素、密封结构进行分析研究，提供了在具体设计中的简要思路，对汽车灯具的优化设计具有指导意义。【关键词】汽车灯具；密封结构；通气结构；设计【中图分类号】U463.65【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2014）04-0017-04【作者简介】韦春，任职于南宁燎旺车灯有限责任公司。粘接方式生产前准备工序时长生产效率粘接密封效果耐候性成本热熔胶粘接胶需预热30min左右胶干需时较短，可在流水线上操作高较好相对较差需进口料及设备，成本较高PU胶粘接胶无需预热胶干需时较短，可在流水线上操作高好好需进口料及设备，成本较高冷硅胶粘接胶无需预热胶干需时较长，需5～12h低好好国产设备，成本较低表1前组合灯热熔胶粘接与冷硅胶粘接的优劣比较粘接方式生产前准备工序时长生产效率粘接密封效果耐候性成本热板焊接焊接模需预热短，可直接出成品，可在流水线上连续作业高密封性好好较低摩擦焊接焊接无需预热短，可直接出成品，可在流水线上连续作业高密封性好，产品美观好设备成本较高PU胶粘接胶无需预热短，可在流水线上连续作业高密封性好，产品不够美观好需进口料及设备，成本较高热熔胶粘接胶需预热30min左右较短，可在流水线上连续作业高密封性较好，易溢胶影响外观相对较差需进口料及设备，成本较高冷硅胶粘接胶无需预热胶干需时较长，需5～12h低密封性较好，易溢胶影响外观较好较低表2后组合灯用热板焊接、摩擦焊接与冷硅胶、热熔胶粘接的优劣比较172014年第4期（总第368期）│企业科技与发展│QIYEKEJIYUFAZHANqiyekejiyufazhan图1粘胶筋结构设计1.1.1前组合灯壳粘胶槽设计（1）灯壳粘胶槽与配光镜粘胶筋的配合结构设计一般如图1、表3所示。（2）粘胶槽设计中应确保配光镜粘胶筋位于灯壳胶槽的中间，不能偏位。偏位后会把胶挤到一边，形成空缺，进而造成进水隐患。可做凸筋设计来保证。凸筋一般做于灯壳胶槽内侧上。凸筋的设计如图2所示。（3）确保灯壳胶槽底部与配光镜的间隙保持设计值，是保证其良好密封性的关键因素，防止胶料在胶槽内形成空缺。这里仍做凸点设计来保证。凸点做于灯壳胶槽底部，可在胶槽10个位置做出该凸点。胶槽长边中心2个点，4个角各2个点（如图3、图4所示）。（4）为确实达到防水的要求，其胶槽结构还需注意以下几点：胶槽底部需导角，确保粘胶完全填满胶槽；在胶槽设计中，避免段差急剧变化；胶槽转角处需为圆角；配光镜之段差尺寸在0.2mm以下；转折部R=70以上；灯壳壁之斜度保持20°以下，底部面保持水平；配光镜粘胶筋厚度应在3mm以上。设计卡榫结构和螺丝锁紧结构来辅助结合。粘胶槽的设计及粘胶工艺是配光镜与灯壳的粘胶配合密封性的决定性的因素，在实际设计工作中要多方面结合考虑。1.1.2后组合灯热板焊接筋设计一般灯具型面陡变大于70°的应该选用热板焊接，材料为PMMA、PC、PC+ABS、ABS。热板焊接时要把握好热熔筋的尺寸（见图5及表4），保证互熔接高度在1mm以上，焊接后间隙在2.5mm以上，以保证其密封性及成品率。配光镜与灯壳粘接配合的合理设计，可以有效防止进水现象的发生。1.2灯具通气结构选择、布置、个数、尺寸的合理设计灯具点亮熄灭过程与环境温度的变化会造成灯内外的压力胶种类配光镜材质尺寸（单位：mm）——ABCDD′E冷硅胶GLASS1.53以上1.0～1.58～117.51—PC,PMMA1.5～2.01.6～2.01.5～2.08～117.51表3粘胶筋结构设计参数图2侧凸点结构设计（单位：mm）图4底凸点分布图（单位：mm）15-20mm(共8处）长边取中心点（共2处）15～20（共8处）abcdef0.6～0.85以上1.5～21.5a2.5以上1.5～2表4热板焊接筋结构设计参数（单位：mm）图5热板焊接筋的结构设计（单位：mm）灯玻灯壳da图3底凸点结构设计（单位：mm）凸点形状182014年第4期（总第368期）QIYEKEJIYUFAZHAN│企业科技与发展│qiyekejiyufazhan差，降雨可能导致配光镜、灯壳迅速冷却，从而在灯具内部产生200mbar（3psi）甚至更大的真空，如果这时不对灯具内外压力进行平衡，外部环境中的空气和潮气便会通过灯具密封间隙进入灯具内部。水汽如果不能有效地排出灯具，就会在灯具内随着灯具内部温度的降低而以水滴的形式沉积在配光镜的内表面，形成雾气现象，严重的则会形成积水积在灯具下部。积水或雾气，又会造成灯内的零件腐蚀，影响灯具的光效。因此，设计时采用合理的通气孔结构是预防灯具进水的一个重要因素。（1）通气结构的选择：目前常用的通气结构有排气帽、排气管胶塞、“U”形排气管、通气盖总成、防水透气膜等（部分结构如图6所示），排气帽、排气管胶塞、“U”形排气管结构简单，材料为普通橡胶或塑料，成本低，通气盖总成、防水透气膜用材特殊，防水透气效果好，成本较高。设计时根据灯具的不同结构及成本来选用通气结构，实现“通气不通水”的目的。（2）通气结构的布置及个数的确定：对于前照灯，必须设计2个以上的通气孔，雾灯一般采用1个通气孔，后组合灯则是每个发光单元采用1个通气孔。通气孔的位置一般放置于灯具上半部，2个以上的通气孔不能放在同一平面上。通气孔的空间位置将显著影响灯腔内的流动场的分布，设计原则是保证灯具内外气体的自然对流顺畅。灯具内的水汽能顺利排出灯具外，可以防止雾气和积水的发生。图7为本公司生产的N310前组合灯通气结构布置图。1.3灯具其他通孔结构（如调光机构、灯具后部的密封盖等）的密封性设计调光机构是灯具制造、使用者在灯具外部调节灯具内部反射镜角度，从而调整灯具远、近光光形以达到国家标准要求的一个机构，通过调光螺杆传达调光目的。调光螺杆穿过壳体的小孔处，需配合使用密封圈达到密封效果，防止水及水汽从此处进入灯具内部。一般使用“O”形密封圈，从端面及侧面同时进行密封，而且，由于需要保证调光螺杆的顺利旋转，此处的密封结构要求设计合理，需要耐高温黄油，保持润滑，同时又密封防水。图8为目前常用的调光机构与灯壳配合设计。密封盖主要用在前照灯后部开孔处，方便灯具使用者更换灯泡。一般采用圆形，内附密封圈以达到密封效果。密封圈与后盖的配合，有端面配合密封，也有侧面配合密封，根据需要来设计确定。图9为目前前组合灯常用的密封后盖结构，采用的是密封圈内、外侧面密封。以上是在灯具设计中从3个方面考虑灯具自身的密封性，在设计中将灯具自身的密封性考虑周全，设计合理，才能生产密封性合格的产品。另外，灯具是否进水，单靠灯具本身合理的防水密封结构还不能保障，灯具与车身的连接、配合，也是影响灯具进水的2个重要因素。2灯具端与线束端插件之间的密封设计灯具工作电源通过车体线束引入，灯具端与车体线束端插件之间的密封性不好，水会顺着线束渗入灯体，从而造成灯具进水。很多灯具进水就是由于线束和插件密封性不好造成的。因此在灯具设计中，与外部连接的灯具端插件、线束要作密封设计或处理。首先，接插件应选择带有密封圈的接插件（如图10所图6通气结构“U”形排气管排气管通气盖总成图7通气结构布置图在灯具上端设置排气孔在灯具下端设置排气孔在灯具中端设置排气孔图8调光机构与灯壳配合设计序号名称1调光螺钉总成2止退簧片3波形垫圈4灯壳5“O”形圈图9常用密封盖、密封圈结构192014年第4期（总第368期）│企业科技与发展│QIYEKEJIYUFAZHANqiyekejiyufazhan参考文献［1］徐军洲我国汽车制造企业采购现状、问题及对策［J］商业现代化，2009（16）［2］周乐，季建华物流系统柔性能力研究现状与展望［J］武汉理工大学学报，2007（4）［3］徐巍巍企业柔性战略研究［D］杭州：浙江工业大学，2009［责任编辑：黄庆发］示），这种接插件可以防止水或水汽顺着电线、插针进入灯具内部。其次，如果从灯具内部引出的连接结构为后盖带插针结构，则插针与后盖间应密封，不能存在缝隙，一般设计为插针在后盖注塑时便作为嵌件一起出品（如图11所示），保证二者间的密封性。如果从灯具内部引出的连接结构为导线带复合插件结构，则引出的导线与灯具之间要有密封塞密封，采用过盈配合方式。导线与复合插件间同样用密封塞配合密封。3灯具与车身间隙、面差定义灯具与车身的配合合格与否，体现在二者配合的间隙、面差是否在设计要求的范围。在初期定义时，应留有足够的间隙和面差。这主要是为了避免因装车干涉导致灯具变形破裂，从而造成漏水。在灯具的开发设计过程中，在注重灯具的外形设计和配光设计的同时，不能忽略灯具的密封防水性能。总之，产品设计时一定要全面考虑，不能顾此失彼，不可或缺任何环节，才能保证灯具的良好品质。参考文献［1］陈希函汽车灯具所使用密封方式的应用与设计［J］科技资讯，2013（13）［2］杨青汽车前雾灯起雾原因分析和整改［J］汽车电器，2011（3）［责任编辑：黄庆发］图10带有密封圈的接插件与灯具引出导线配合的密封塞与车体线束端插件配合的密封圈图11带插针后盖（密封型）插针与后盖做成一体图2采购柔性结构模型采购柔性结构模型缓冲能力适应能力创新能力财务柔性组织柔性物流柔性供应商柔性订单柔性数量柔性价格柔性缓冲能力适应能力创新能力订单柔性数量柔性价格柔性物流柔性供应商柔性财务柔性组织柔性采购柔性结构模型（上接第10页）20