市場(chǎng)上常見(jiàn)車(chē)型的門(mén)內(nèi)飾板與內(nèi)鈑金配合普遍采用外形各異但結(jié)構(gòu)類(lèi)似的塑料緊固件，為了解此類(lèi)塑料緊固件的開(kāi)發(fā)在應(yīng)用環(huán)境和性能要求等方面的共通性，更好的指導(dǎo)開(kāi)發(fā)和使用，根據(jù)對(duì)多個(gè)車(chē)型的對(duì)標(biāo)分析，總結(jié)出此類(lèi)緊固件的應(yīng)用環(huán)境要求、常用材料選擇及性能要求，結(jié)合 CAE 的分析手段對(duì)其*常見(jiàn)的斷裂失效模式進(jìn)行分析，確定安裝過(guò)程中的剪切力是主要原因，并給出材料與結(jié)構(gòu)方面的解決方向。對(duì)門(mén)內(nèi)飾板塑料緊固件的發(fā)展方向做出推測(cè)。
汽車(chē)的普及使得普通顧客對(duì)汽車(chē)的認(rèn)識(shí)逐步提升，從*初的油耗到內(nèi)飾的配合，關(guān)注點(diǎn)變得越來(lái)越細(xì)。車(chē)門(mén)內(nèi)飾板與內(nèi)鈑金的配合處作為顧客易見(jiàn)區(qū)域而受到關(guān)注，為了保證該處的配合，多數(shù)整車(chē)廠通常使用一種塑料的鳥(niǎo)嘴型卡子進(jìn)行連接。
此類(lèi)塑料緊固件的開(kāi)發(fā)在應(yīng)用環(huán)境和性能要求等方面具有共通性，了解這些共通性的原理，對(duì)更好地開(kāi)發(fā)與應(yīng)用此類(lèi)緊固件具有指導(dǎo)意義。文章將對(duì)門(mén)飾板塑料卡子從應(yīng)用環(huán)境、性能要求、材料選擇及失效模式等方面分別進(jìn)行論述。
1. 應(yīng)用環(huán)境
圖1示出汽車(chē)門(mén)飾板卡子應(yīng)用環(huán)境示意圖。在安裝完成后，卡子將卡扣座和鈑金連接，其尾部固定在卡扣座上，頭部插入并卡住鈑金外側(cè)，傘面扣緊鈑金內(nèi)側(cè)。
圖1 汽車(chē)門(mén)飾板卡子應(yīng)用環(huán)境示意圖
1）卡子與卡扣座的連接。為保證門(mén)飾板安裝過(guò)程中卡子能對(duì)準(zhǔn)鈑金孔，在基座中需要存在一定的活動(dòng)量，通常需要保證卡子中柱與卡扣座開(kāi)孔單邊留有間隙，以增強(qiáng)卡子與鈑金孔的對(duì)中性；卡子與卡扣座之間上下方向也需要留有間隙，以保證卡子能順暢調(diào)整相對(duì)卡扣座的位置。
2）卡子與鈑金的連接。整車(chē)廠會(huì)針對(duì)車(chē)型的定位選擇不同厚度的門(mén)飾板鈑金，常用薄鈑金（0.5-1.0mm）、厚鈑金（1.5-2.0mm）及拼接鈑金，所以門(mén)飾板會(huì)相應(yīng)選用不同的卡子，不同卡子則以不同顏色做區(qū)分；鈑金孔的大小由卡子決定，常用卡子的鈑金孔直徑范圍為 6-9mm；同時(shí)卡子需要滿足鈑金孔 ±0.1mm 的制造誤差。
鈑金一般經(jīng)過(guò)電泳和噴漆處理，鈑金孔為沖壓孔，這也會(huì)影響卡子的插拔力表現(xiàn)。
2. 性能要求
根據(jù)門(mén)飾板塑料卡子的應(yīng)用環(huán)境，其性能要求主要表現(xiàn)在插拔力、裝配性和防水性3個(gè)方面。
2.1 插拔力要求
對(duì)于主要起緊固作用的螺釘來(lái)說(shuō)，插拔力是*關(guān)鍵的要求。插入力影響到使用感知，過(guò)大的插入力會(huì)引起操作人員的抱怨；拔出力影響配合維修，拔出力過(guò)小，門(mén)飾板與鈑金配合差，拔出力過(guò)大，又會(huì)使返修門(mén)飾板困難。
不同的整車(chē)廠對(duì)卡子的插拔力要求不完全相同，但大致范圍基本一致，如圖2所示。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)及性能要求，因?yàn)殚T(mén)飾板使用手掌或拳頭拍入，卡子在門(mén)飾板總成上的插入力不大于 80N，而保持力的要求范圍為 180-300N。
為保證卡子在門(mén)飾板總成的插拔力在適合人機(jī)工程學(xué)的范圍內(nèi)，單個(gè)卡子的插拔力要求必須比總成插拔力要小，一般插入力不大于 60N，拔出力為 150-270N。
圖2 汽車(chē)門(mén)飾板卡子插拔力范圍的人機(jī)選擇
2.2 裝配性要求
卡子的裝配性要求主要是防錯(cuò)裝和防漏裝。由于同一門(mén)飾板對(duì)應(yīng)的鈑金可能是薄厚2種鈑金拼焊而成，所以門(mén)飾板上會(huì)安裝2種不同的卡子，這就對(duì)卡子提出防錯(cuò)與防漏的要求。
防錯(cuò)主要通過(guò)卡子和卡扣座的卡接尺寸來(lái)區(qū)別，通過(guò)更改卡扣座的尺寸，只允許正確的卡子安裝進(jìn)去。門(mén)飾板卡子的防漏裝常用拍照檢測(cè)，故卡子可以設(shè)計(jì)成不同的顏色，來(lái)滿足防錯(cuò)防漏檢測(cè)要求。
2.3 防水性要求
緊固件的一般防水性測(cè)試方法是，將緊固件安裝到盛水容器上（容器事先安裝好鈑金治具），在一定高度的水柱下測(cè)試一定時(shí)間內(nèi)緊固件是否有水滴落，或者測(cè)試水滴的數(shù)量，如圖3所示，水柱的高低可以通過(guò)調(diào)整圖3中尺寸A來(lái)控制。
圖3 汽車(chē)門(mén)飾板緊固件防水性測(cè)試方法
緊固件的防水性主要是依靠額外的海綿墊圈或者二次注塑的 TPE 唇邊來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4示出不同防水性能的汽車(chē)門(mén)飾板緊固件。
圖4中，卡子I是無(wú)防水要求的，而卡子II和卡子III的常規(guī)要求為在 30mm 高的水柱下 10min 內(nèi)無(wú)水滴漏出。
圖4 不同防水性能的汽車(chē)門(mén)飾板緊固件
如果緊固件跟鈑金貼合存在過(guò)大角度、唇邊的尺寸不合格或唇邊過(guò)硬，都會(huì)導(dǎo)致防水失效。一般來(lái)說(shuō)，閉孔的 EPDM 發(fā)泡海綿墊圈比 TPE 的二次注塑唇邊的防水性更好，但價(jià)格也更高。
3. 常用材料
塑料卡子的常用材料有PA66，PP，POM 3種。
1）PA66 有較好的強(qiáng)度、耐沖擊性和耐磨性，在較高溫度下也能保證較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，但是吸濕性強(qiáng)，注塑成零件后，較強(qiáng)的吸濕性會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度下降，并且尺寸穩(wěn)定性差，對(duì)緊固件來(lái)說(shuō)非常不利。
2）PP 基本不吸濕，耐沖擊性也較好，且有良好的染色性，但是 PP 偏軟，剛度不夠，耐磨性差，且易分解老化；PP 的卡子易刮傷，難以多次使用。
3）POM 有很高的硬度和剛度，優(yōu)良的耐磨性、自潤(rùn)滑性和耐疲勞性，反復(fù)沖擊性強(qiáng)，且有廣泛的溫度使用范圍。POM 卡子不吸濕，且高低溫下 POM 卡子的插拔力變化不太大，但是，POM 又稱聚甲醛，散發(fā)性略高。
由于門(mén)飾板上塑料卡子的使用量不是太多，對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾的整體散發(fā)性貢獻(xiàn)有限。POM 卡子已基本取代 PA66 和 PP，成為卡子的主要材料。
4. 門(mén)飾板卡子常見(jiàn)失效模式分析
門(mén)飾板塑料卡子常見(jiàn)的失效模式主要有：
1）操作員抱怨難以裝配，插入力大。造成此類(lèi)問(wèn)題可能飛原因有：鈑金孔尺寸超差，油漆涂覆后尺寸變?。豢ㄗ优c鈑金孔不對(duì)中；卡子在基座中的活動(dòng)量不足。
2）松動(dòng)異響。造成此類(lèi)問(wèn)題可能的原因有：鈑金孔尺寸超差；選用了不合適的卡子；門(mén)飾板邊緣與鈑金的配合設(shè)計(jì)不合理，造成卡子不易裝配到位。
3）安裝時(shí)斷裂。安裝斷裂是門(mén)飾板卡子的主要失效形式，卡子不對(duì)中及 POM低溫下變脆，是導(dǎo)致卡子安裝時(shí)易斷裂的主要原因。針對(duì)卡子受力較大的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能很好解決此類(lèi)問(wèn)題。
5. 基于CAE的卡子斷裂分析
針對(duì)*常出現(xiàn)的安裝斷裂失效模式，文章應(yīng)用 CAE 模擬塑料卡子插入鈑金孔的過(guò)程，探索導(dǎo)致斷裂失效的主要原因。
采用某在產(chǎn)車(chē)型的門(mén)飾板卡子為原型，建立 CAE 分析模型。分析采用 2D 隱式算法，不考慮實(shí)際的摩擦因數(shù)，鈑金采用剛性體模擬，且卡子頂端約束固定，在此基礎(chǔ)上對(duì)卡子插拔過(guò)程進(jìn)行了 CAE 分析，如圖5所示。
圖5 卡子正對(duì)鈑金孔插入的 CAE 分析過(guò)程
當(dāng)卡子正對(duì)鈑金孔進(jìn)行插拔時(shí)，卡子不會(huì)出現(xiàn)任何異樣變形。圖6示出卡子正對(duì)鈑金孔插入的 CAE 分析結(jié)果。
從圖6可以看出，CAE 分析的出插入力***值為 41.5N，跟實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)測(cè)得的插入力均值（39N）有 2.5N 的偏差。
分析偏差產(chǎn)生的原因主要是零件制造誤差以及鈑金的表面處理等制造因素，但此結(jié)果不影響 CAE 模擬的可靠性。
圖6 卡子正對(duì)鈑金孔插入的 CAE 分析結(jié)果
由于實(shí)際安裝過(guò)程中卡子跟鈑金孔的關(guān)系不一定是正對(duì)中的，所以卡子插入過(guò)程中很大程度上是偏心的。對(duì)卡子跟鈑金孔偏心插拔做 CAE 分析，分析結(jié)果如圖7所示。
圖7 卡子與鈑金孔偏心 0.5mm 后的 CAE 分析過(guò)程
由于 CAE 模型中鈑金是剛性的且卡子頂端固定約束，故 0.5mm 的偏心分析下就出現(xiàn)了應(yīng)力突變。在鈑金接近卡子卡腳*粗邊緣時(shí)，CAE 網(wǎng)格出現(xiàn)撕裂，如圖8所示，力值曲線也有了下降的突變，*后發(fā)散。
研究 CAE 模型發(fā)現(xiàn)，此時(shí)模型在鳥(niǎo)嘴受力大的一側(cè)出現(xiàn)網(wǎng)格撕裂。對(duì)比圖6中0.8s 左右出現(xiàn)的極值，圖8中在 0.5s 就出現(xiàn)網(wǎng)格撕裂，說(shuō)明卡子在拍入鈑金孔之前出現(xiàn)了斷裂。
結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，卡子卡腳*寬處容易受剪切力發(fā)生撕裂，從而導(dǎo)致卡腳斷裂。
圖8 卡子與鈑金孔偏心 0.5mm 后的 CAE 分析結(jié)果
通過(guò)搜集分析多個(gè)失效卡子發(fā)現(xiàn)，卡子的斷裂主要在卡接鳥(niǎo)嘴的根部上面一點(diǎn)，如圖9所示，跟 CAE 分析結(jié)果中出現(xiàn)發(fā)散的位置一致。
由此得出，卡子斷裂失效的主要原因是，卡子插入過(guò)程中受到?jīng)_擊產(chǎn)生的剪切力將卡子根部附近剪切斷裂。
圖9 實(shí)際使用中汽車(chē)門(mén)飾板卡子斷裂圖
根據(jù)以上分析可以看到，解決卡子安裝斷裂的主要方式是：
1）使用高韌性、抗剪切的材料；
2）改進(jìn)卡子根部的結(jié)構(gòu)。通過(guò)材料性能和根部結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)提高其抗剪切能力是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
6. 門(mén)飾板塑料緊固件的發(fā)展方向
隨著門(mén)飾板和門(mén)鈑金等周邊環(huán)境件的工藝改進(jìn)，塑料緊固件也在發(fā)展。
目前其發(fā)展方向主要有：
1）適用范圍的提升：可以適用于不同厚度的鈑金，適用的鈑金厚度區(qū)間越大，對(duì)整車(chē)廠來(lái)說(shuō)越實(shí)用，可以實(shí)現(xiàn)多車(chē)型的共用，成為共用車(chē)；如此，供貨量會(huì)相應(yīng)提高，單價(jià)也就相應(yīng)更低。
2）適用于鈑合金板的卡子：汽車(chē)輕量化需求促進(jìn)了鋁合金板的應(yīng)用，鋁合金板材與先用鈑金的制造工藝會(huì)有很大差異，故急需開(kāi)發(fā)適用于鋁合金板材的卡子。
3）低揮發(fā)性材料的應(yīng)用：目前廣泛應(yīng)用的 POM 材料揮發(fā)性超標(biāo)，隨著汽車(chē)內(nèi)飾材料揮發(fā)性要求的提高，低揮發(fā)高性能的材料將會(huì)廣泛應(yīng)用在包括卡子在內(nèi)的汽車(chē)零部件上。
4）增強(qiáng)抗剪切性能：抗剪切性能的提高會(huì)大大降低整車(chē)廠抱怨，提高卡子利用率。尤其是低溫下的抗斷裂能力的提高，會(huì)降低我國(guó)北方地區(qū)冬日汽車(chē)門(mén)飾板裝配和返修的難度及減少客戶抱怨。
5）應(yīng)用2級(jí)自插拔結(jié)構(gòu)：將塑料緊固件設(shè)計(jì)成2級(jí)，1級(jí)為緊固件跟鈑金件之間卡接，2級(jí)為緊固件內(nèi)部卡接；拆卸時(shí)，1級(jí)部分與2級(jí)分離，利用緊固件塑料材料之間的自潤(rùn)滑作用，避免拆卸時(shí)鈑金刮擦緊固件出現(xiàn)斷裂或者保持力損失等失效，提高緊固件的反復(fù)使用率。
7. 結(jié) 論
文章從應(yīng)用層面對(duì)門(mén)飾板塑料緊固件的選擇和性能要求進(jìn)行了探索，將基于鈑金厚度的選擇基礎(chǔ)、人體工程學(xué)的插拔力要求及應(yīng)用位置的防水方式，作為門(mén)飾板卡子選擇與應(yīng)用的原則。
為了防止卡子安裝失效，提出了將抗剪切能力作為衡量卡子性能的指標(biāo)之一。但目前尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的試驗(yàn)方法來(lái)獲取卡子的抗剪切能力，這是本課題的進(jìn)一步研究方向。
汽車(chē)的普及使得普通顧客對(duì)汽車(chē)的認(rèn)識(shí)逐步提升，從*初的油耗到內(nèi)飾的配合，關(guān)注點(diǎn)變得越來(lái)越細(xì)。車(chē)門(mén)內(nèi)飾板與內(nèi)鈑金的配合處作為顧客易見(jiàn)區(qū)域而受到關(guān)注，為了保證該處的配合，多數(shù)整車(chē)廠通常使用一種塑料的鳥(niǎo)嘴型卡子進(jìn)行連接。
此類(lèi)塑料緊固件的開(kāi)發(fā)在應(yīng)用環(huán)境和性能要求等方面具有共通性，了解這些共通性的原理，對(duì)更好地開(kāi)發(fā)與應(yīng)用此類(lèi)緊固件具有指導(dǎo)意義。文章將對(duì)門(mén)飾板塑料卡子從應(yīng)用環(huán)境、性能要求、材料選擇及失效模式等方面分別進(jìn)行論述。
1. 應(yīng)用環(huán)境
圖1示出汽車(chē)門(mén)飾板卡子應(yīng)用環(huán)境示意圖。在安裝完成后，卡子將卡扣座和鈑金連接，其尾部固定在卡扣座上，頭部插入并卡住鈑金外側(cè)，傘面扣緊鈑金內(nèi)側(cè)。
圖1 汽車(chē)門(mén)飾板卡子應(yīng)用環(huán)境示意圖
1）卡子與卡扣座的連接。為保證門(mén)飾板安裝過(guò)程中卡子能對(duì)準(zhǔn)鈑金孔，在基座中需要存在一定的活動(dòng)量，通常需要保證卡子中柱與卡扣座開(kāi)孔單邊留有間隙，以增強(qiáng)卡子與鈑金孔的對(duì)中性；卡子與卡扣座之間上下方向也需要留有間隙，以保證卡子能順暢調(diào)整相對(duì)卡扣座的位置。
2）卡子與鈑金的連接。整車(chē)廠會(huì)針對(duì)車(chē)型的定位選擇不同厚度的門(mén)飾板鈑金，常用薄鈑金（0.5-1.0mm）、厚鈑金（1.5-2.0mm）及拼接鈑金，所以門(mén)飾板會(huì)相應(yīng)選用不同的卡子，不同卡子則以不同顏色做區(qū)分；鈑金孔的大小由卡子決定，常用卡子的鈑金孔直徑范圍為 6-9mm；同時(shí)卡子需要滿足鈑金孔 ±0.1mm 的制造誤差。
鈑金一般經(jīng)過(guò)電泳和噴漆處理，鈑金孔為沖壓孔，這也會(huì)影響卡子的插拔力表現(xiàn)。
2. 性能要求
根據(jù)門(mén)飾板塑料卡子的應(yīng)用環(huán)境，其性能要求主要表現(xiàn)在插拔力、裝配性和防水性3個(gè)方面。
2.1 插拔力要求
對(duì)于主要起緊固作用的螺釘來(lái)說(shuō)，插拔力是*關(guān)鍵的要求。插入力影響到使用感知，過(guò)大的插入力會(huì)引起操作人員的抱怨；拔出力影響配合維修，拔出力過(guò)小，門(mén)飾板與鈑金配合差，拔出力過(guò)大，又會(huì)使返修門(mén)飾板困難。
不同的整車(chē)廠對(duì)卡子的插拔力要求不完全相同，但大致范圍基本一致，如圖2所示。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)及性能要求，因?yàn)殚T(mén)飾板使用手掌或拳頭拍入，卡子在門(mén)飾板總成上的插入力不大于 80N，而保持力的要求范圍為 180-300N。
為保證卡子在門(mén)飾板總成的插拔力在適合人機(jī)工程學(xué)的范圍內(nèi)，單個(gè)卡子的插拔力要求必須比總成插拔力要小，一般插入力不大于 60N，拔出力為 150-270N。
圖2 汽車(chē)門(mén)飾板卡子插拔力范圍的人機(jī)選擇
2.2 裝配性要求
卡子的裝配性要求主要是防錯(cuò)裝和防漏裝。由于同一門(mén)飾板對(duì)應(yīng)的鈑金可能是薄厚2種鈑金拼焊而成，所以門(mén)飾板上會(huì)安裝2種不同的卡子，這就對(duì)卡子提出防錯(cuò)與防漏的要求。
防錯(cuò)主要通過(guò)卡子和卡扣座的卡接尺寸來(lái)區(qū)別，通過(guò)更改卡扣座的尺寸，只允許正確的卡子安裝進(jìn)去。門(mén)飾板卡子的防漏裝常用拍照檢測(cè)，故卡子可以設(shè)計(jì)成不同的顏色，來(lái)滿足防錯(cuò)防漏檢測(cè)要求。
2.3 防水性要求
緊固件的一般防水性測(cè)試方法是，將緊固件安裝到盛水容器上（容器事先安裝好鈑金治具），在一定高度的水柱下測(cè)試一定時(shí)間內(nèi)緊固件是否有水滴落，或者測(cè)試水滴的數(shù)量，如圖3所示，水柱的高低可以通過(guò)調(diào)整圖3中尺寸A來(lái)控制。
圖3 汽車(chē)門(mén)飾板緊固件防水性測(cè)試方法
緊固件的防水性主要是依靠額外的海綿墊圈或者二次注塑的 TPE 唇邊來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4示出不同防水性能的汽車(chē)門(mén)飾板緊固件。
圖4中，卡子I是無(wú)防水要求的，而卡子II和卡子III的常規(guī)要求為在 30mm 高的水柱下 10min 內(nèi)無(wú)水滴漏出。
圖4 不同防水性能的汽車(chē)門(mén)飾板緊固件
如果緊固件跟鈑金貼合存在過(guò)大角度、唇邊的尺寸不合格或唇邊過(guò)硬，都會(huì)導(dǎo)致防水失效。一般來(lái)說(shuō)，閉孔的 EPDM 發(fā)泡海綿墊圈比 TPE 的二次注塑唇邊的防水性更好，但價(jià)格也更高。
3. 常用材料
塑料卡子的常用材料有PA66，PP，POM 3種。
1）PA66 有較好的強(qiáng)度、耐沖擊性和耐磨性，在較高溫度下也能保證較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，但是吸濕性強(qiáng)，注塑成零件后，較強(qiáng)的吸濕性會(huì)導(dǎo)致其強(qiáng)度下降，并且尺寸穩(wěn)定性差，對(duì)緊固件來(lái)說(shuō)非常不利。
2）PP 基本不吸濕，耐沖擊性也較好，且有良好的染色性，但是 PP 偏軟，剛度不夠，耐磨性差，且易分解老化；PP 的卡子易刮傷，難以多次使用。
3）POM 有很高的硬度和剛度，優(yōu)良的耐磨性、自潤(rùn)滑性和耐疲勞性，反復(fù)沖擊性強(qiáng)，且有廣泛的溫度使用范圍。POM 卡子不吸濕，且高低溫下 POM 卡子的插拔力變化不太大，但是，POM 又稱聚甲醛，散發(fā)性略高。
由于門(mén)飾板上塑料卡子的使用量不是太多，對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾的整體散發(fā)性貢獻(xiàn)有限。POM 卡子已基本取代 PA66 和 PP，成為卡子的主要材料。
4. 門(mén)飾板卡子常見(jiàn)失效模式分析
門(mén)飾板塑料卡子常見(jiàn)的失效模式主要有：
1）操作員抱怨難以裝配，插入力大。造成此類(lèi)問(wèn)題可能飛原因有：鈑金孔尺寸超差，油漆涂覆后尺寸變?。豢ㄗ优c鈑金孔不對(duì)中；卡子在基座中的活動(dòng)量不足。
2）松動(dòng)異響。造成此類(lèi)問(wèn)題可能的原因有：鈑金孔尺寸超差；選用了不合適的卡子；門(mén)飾板邊緣與鈑金的配合設(shè)計(jì)不合理，造成卡子不易裝配到位。
3）安裝時(shí)斷裂。安裝斷裂是門(mén)飾板卡子的主要失效形式，卡子不對(duì)中及 POM低溫下變脆，是導(dǎo)致卡子安裝時(shí)易斷裂的主要原因。針對(duì)卡子受力較大的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能很好解決此類(lèi)問(wèn)題。
5. 基于CAE的卡子斷裂分析
針對(duì)*常出現(xiàn)的安裝斷裂失效模式，文章應(yīng)用 CAE 模擬塑料卡子插入鈑金孔的過(guò)程，探索導(dǎo)致斷裂失效的主要原因。
采用某在產(chǎn)車(chē)型的門(mén)飾板卡子為原型，建立 CAE 分析模型。分析采用 2D 隱式算法，不考慮實(shí)際的摩擦因數(shù)，鈑金采用剛性體模擬，且卡子頂端約束固定，在此基礎(chǔ)上對(duì)卡子插拔過(guò)程進(jìn)行了 CAE 分析，如圖5所示。
圖5 卡子正對(duì)鈑金孔插入的 CAE 分析過(guò)程
當(dāng)卡子正對(duì)鈑金孔進(jìn)行插拔時(shí)，卡子不會(huì)出現(xiàn)任何異樣變形。圖6示出卡子正對(duì)鈑金孔插入的 CAE 分析結(jié)果。
從圖6可以看出，CAE 分析的出插入力***值為 41.5N，跟實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)測(cè)得的插入力均值（39N）有 2.5N 的偏差。
分析偏差產(chǎn)生的原因主要是零件制造誤差以及鈑金的表面處理等制造因素，但此結(jié)果不影響 CAE 模擬的可靠性。
圖6 卡子正對(duì)鈑金孔插入的 CAE 分析結(jié)果
由于實(shí)際安裝過(guò)程中卡子跟鈑金孔的關(guān)系不一定是正對(duì)中的，所以卡子插入過(guò)程中很大程度上是偏心的。對(duì)卡子跟鈑金孔偏心插拔做 CAE 分析，分析結(jié)果如圖7所示。
圖7 卡子與鈑金孔偏心 0.5mm 后的 CAE 分析過(guò)程
由于 CAE 模型中鈑金是剛性的且卡子頂端固定約束，故 0.5mm 的偏心分析下就出現(xiàn)了應(yīng)力突變。在鈑金接近卡子卡腳*粗邊緣時(shí)，CAE 網(wǎng)格出現(xiàn)撕裂，如圖8所示，力值曲線也有了下降的突變，*后發(fā)散。
研究 CAE 模型發(fā)現(xiàn)，此時(shí)模型在鳥(niǎo)嘴受力大的一側(cè)出現(xiàn)網(wǎng)格撕裂。對(duì)比圖6中0.8s 左右出現(xiàn)的極值，圖8中在 0.5s 就出現(xiàn)網(wǎng)格撕裂，說(shuō)明卡子在拍入鈑金孔之前出現(xiàn)了斷裂。
結(jié)合應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，卡子卡腳*寬處容易受剪切力發(fā)生撕裂，從而導(dǎo)致卡腳斷裂。
圖8 卡子與鈑金孔偏心 0.5mm 后的 CAE 分析結(jié)果
通過(guò)搜集分析多個(gè)失效卡子發(fā)現(xiàn)，卡子的斷裂主要在卡接鳥(niǎo)嘴的根部上面一點(diǎn)，如圖9所示，跟 CAE 分析結(jié)果中出現(xiàn)發(fā)散的位置一致。
由此得出，卡子斷裂失效的主要原因是，卡子插入過(guò)程中受到?jīng)_擊產(chǎn)生的剪切力將卡子根部附近剪切斷裂。
圖9 實(shí)際使用中汽車(chē)門(mén)飾板卡子斷裂圖
根據(jù)以上分析可以看到，解決卡子安裝斷裂的主要方式是：
1）使用高韌性、抗剪切的材料；
2）改進(jìn)卡子根部的結(jié)構(gòu)。通過(guò)材料性能和根部結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)提高其抗剪切能力是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
6. 門(mén)飾板塑料緊固件的發(fā)展方向
隨著門(mén)飾板和門(mén)鈑金等周邊環(huán)境件的工藝改進(jìn)，塑料緊固件也在發(fā)展。
目前其發(fā)展方向主要有：
1）適用范圍的提升：可以適用于不同厚度的鈑金，適用的鈑金厚度區(qū)間越大，對(duì)整車(chē)廠來(lái)說(shuō)越實(shí)用，可以實(shí)現(xiàn)多車(chē)型的共用，成為共用車(chē)；如此，供貨量會(huì)相應(yīng)提高，單價(jià)也就相應(yīng)更低。
2）適用于鈑合金板的卡子：汽車(chē)輕量化需求促進(jìn)了鋁合金板的應(yīng)用，鋁合金板材與先用鈑金的制造工藝會(huì)有很大差異，故急需開(kāi)發(fā)適用于鋁合金板材的卡子。
3）低揮發(fā)性材料的應(yīng)用：目前廣泛應(yīng)用的 POM 材料揮發(fā)性超標(biāo)，隨著汽車(chē)內(nèi)飾材料揮發(fā)性要求的提高，低揮發(fā)高性能的材料將會(huì)廣泛應(yīng)用在包括卡子在內(nèi)的汽車(chē)零部件上。
4）增強(qiáng)抗剪切性能：抗剪切性能的提高會(huì)大大降低整車(chē)廠抱怨，提高卡子利用率。尤其是低溫下的抗斷裂能力的提高，會(huì)降低我國(guó)北方地區(qū)冬日汽車(chē)門(mén)飾板裝配和返修的難度及減少客戶抱怨。
5）應(yīng)用2級(jí)自插拔結(jié)構(gòu)：將塑料緊固件設(shè)計(jì)成2級(jí)，1級(jí)為緊固件跟鈑金件之間卡接，2級(jí)為緊固件內(nèi)部卡接；拆卸時(shí)，1級(jí)部分與2級(jí)分離，利用緊固件塑料材料之間的自潤(rùn)滑作用，避免拆卸時(shí)鈑金刮擦緊固件出現(xiàn)斷裂或者保持力損失等失效，提高緊固件的反復(fù)使用率。
7. 結(jié) 論
文章從應(yīng)用層面對(duì)門(mén)飾板塑料緊固件的選擇和性能要求進(jìn)行了探索，將基于鈑金厚度的選擇基礎(chǔ)、人體工程學(xué)的插拔力要求及應(yīng)用位置的防水方式，作為門(mén)飾板卡子選擇與應(yīng)用的原則。
為了防止卡子安裝失效，提出了將抗剪切能力作為衡量卡子性能的指標(biāo)之一。但目前尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的試驗(yàn)方法來(lái)獲取卡子的抗剪切能力，這是本課題的進(jìn)一步研究方向。
