汽車車門外水切密封條的設(shè)計(jì)解析與研究

汽車車門外水切密封條（以下稱外水切）是一種兼有功能要求和外觀要求的汽車零部件  ，安裝在車門車窗外側(cè)（如圖 1），實(shí)現(xiàn)車門與車窗玻璃之間的密封以及裝飾作用。作為功能零件，其具有：防水、防氣、防塵、降噪等功能；作為裝飾零件，其具有裝飾外露車門鈑金的作用，并通過(guò)對(duì)外觀面不同材質(zhì)、亮度、顏色的選擇提供不同的裝飾風(fēng)格。

從外水切的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入手，緊緊圍繞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品材料的選擇和產(chǎn)品使用性能的實(shí)施。

1、外水切的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前常見(jiàn)的外水切是由軟性材料和金屬材料復(fù)合擠出的外水切本體和兩端端蓋組成的。所以，對(duì)于外水切產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別需要從斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和總體設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行。

1.1 外水切斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外水切斷面結(jié)構(gòu)（如圖 2）基本固定，主要包含四重要的組成部分，即起密封作用并確保車窗玻璃升降的密封部位、起安裝固定的裝卡部位、起到裝飾作用的裝飾部位和輔助結(jié)構(gòu)部位。對(duì)于外水切斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別從四個(gè)方面進(jìn)行。

①密封部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：為實(shí)現(xiàn)了車門與車窗玻璃之間的密封性能，并且實(shí)現(xiàn)車窗玻璃能夠自由升降以及在關(guān)門和顛簸路面行駛時(shí)進(jìn)行吸能、減振、降噪的作用，外水切的密封部位多采用兩道唇邊的結(jié)構(gòu)。對(duì)于該部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括唇邊與玻璃干涉量的設(shè)計(jì)、唇邊自身長(zhǎng)度和厚度的設(shè)計(jì)、屈服點(diǎn)位置和厚度的設(shè)計(jì)。在與玻璃相接觸的部位進(jìn)行貼絨或是植絨，不僅減小玻璃升降阻力，而且增大了唇邊的耐磨性。

②裝卡部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：為確保外水切裝配牢固度，外水切裝卡部位的結(jié)構(gòu)多采用 “U”型金屬骨架上包覆軟性材料形成的唇邊結(jié)構(gòu)。夾持唇邊多采用兩道，不僅增強(qiáng)了外水切對(duì)車門止口的夾持力，而且有效防止了外水切內(nèi)側(cè)翻轉(zhuǎn)。部分外水切斷面設(shè)置倒扣結(jié)構(gòu)，主要限制了外水切向上的移動(dòng)，也有防盜的作用。

③裝飾部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。外水切裝飾部位的結(jié)構(gòu)（如圖3）多采用以下兩種。第一種金屬材料既充當(dāng)裝飾面又充當(dāng)外水切骨架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低；第二種裝飾金屬材料固定在軟性材料上形成整體結(jié)構(gòu)。

④輔助結(jié)構(gòu)部位。輔助結(jié)構(gòu)部位可以根據(jù)常見(jiàn)外水切斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)以往外水切產(chǎn)品出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 外水切端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

不同的外水切斷面結(jié)構(gòu)采用的端蓋結(jié)構(gòu)也不一樣，主要是對(duì)外水切兩端沖切后產(chǎn)生的空缺進(jìn)行封堵，起到裝飾作用。

目前常見(jiàn)的外水切端蓋結(jié)構(gòu)：注塑成型的塑料件和裝飾金屬材料兩端翻邊形成端蓋（裝飾金屬材料固定在軟性材料上的斷面結(jié)構(gòu)）。對(duì)于塑料端蓋，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：

①端蓋外觀面的確定。根據(jù)造型和車門分縫而來(lái)的，端蓋厚度一般取 1.5mm~2mm。

②端蓋和本體裝卡部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該部位的設(shè)計(jì)要求外水切密封條裝配和使用過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的情況。

③端蓋與車門鈑金固定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要作用是增強(qiáng)外水切裝配牢固度，防止外水切兩端與搭接件產(chǎn)生縫隙影響外觀。主要包括以下幾種結(jié)構(gòu)形式：

a）在端蓋中鑲嵌螺母（如圖 4），該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行孔位布置和螺釘安裝時(shí)的扭矩設(shè)定，在裝配和使用過(guò)程中內(nèi)嵌螺母不得脫出，螺釘不得松動(dòng)。

b）與端蓋共同注塑成型的卡接結(jié)構(gòu)（如圖 5），卡接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分別需要考慮自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、孔位的布置、卡接結(jié)構(gòu)與孔位干涉量和插拔力大小的設(shè)定，在確保能夠增強(qiáng)外水切裝配牢固度同時(shí)安裝和維修的便利性也能得以保證。

c）在兩端不設(shè)置任何加強(qiáng)緊固性的結(jié)構(gòu)，僅靠密封條本體進(jìn)行定位，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置很可能帶來(lái)外水切與搭接件產(chǎn)生縫隙影響外觀的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 外水切產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

外水切是對(duì)車窗玻璃起到密封和對(duì)車門鈑金起到裝飾作用，除了要關(guān)注外水切斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和端蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，還應(yīng)該關(guān)注外水切的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

①根據(jù)車門鈑金結(jié)構(gòu)，外水切在車門 A/B/C 柱兩端需要進(jìn)行沖切，需要著重考慮外水切密封唇邊沖切后與導(dǎo)槽密封條的搭配間隙；為了防止間隙過(guò)大影響外觀，在數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)階段，該處唇邊的切割要在裝配狀態(tài)下進(jìn)行；考慮外水切長(zhǎng)度公差，該處間隙一般為 1mm。

②外水切沖切后，裝卡部分與車門鈑金產(chǎn)生的縫隙，需要使用泡棉進(jìn)行封堵。

③為改善外水切密封條與車窗玻璃接觸唇邊的耐磨性和玻璃升降的滑動(dòng)阻力，需要在其唇邊上進(jìn)行植絨或是貼絨；

植絨面應(yīng)植絨勻凈，保持潔凈，不許有脫落。

2、外水切材料性能及選擇

外水切本體的材料包括軟性材料和金屬材料兩部分。軟性材料主要是熱塑性彈性體材料（TPE/TPV）或三元乙丙橡膠（EPDM）。金屬材料作為外水切密封條的裝飾材料和骨架，處于外觀和功能的要求。外水切端蓋材料通常采用 PA66。

2.1 本體軟性件材料性能及選擇

為保證外水切密封軟性材料需要具有良好的密封性能、吸能效果以及外觀品質(zhì)，一般選用具有優(yōu)異的耐熱、耐候、耐臭氧性能的 TPE 或 EPDM。

（TPE/TPV）是近年來(lái)發(fā)展的材料，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由塑料和橡膠兩相組成，故在一定程度上兼有了塑料和橡膠的特點(diǎn)，在加工過(guò)程中無(wú)須硫化，容易實(shí)現(xiàn)精確斷面的控制，同時(shí)材料在一定條件下可回用，對(duì)環(huán)境污染小，因此，很受整車和密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的關(guān)注。

無(wú)論選擇 TPE 材料還是 EPDM 材料，其材料硬度是一個(gè)很重要的參數(shù)，它通常決定了外水切密封條產(chǎn)品壓縮荷重值的大小，壓縮荷重值與材料硬度成正比，即材料硬度越小荷重也愈小，硬度越大荷重越大。

2.2 本體金屬材料性能及選擇

外水切的裝飾金屬材料根據(jù)斷面結(jié)構(gòu)不同材料的選擇也不同。傳統(tǒng)德系車型采用鋁件成型后，氧化拋光而形成光亮一級(jí)面；日系車采用不銹鋼材料，直接冷彎成型，因?yàn)椴讳P鋼原材料的本身就是光亮面，所以無(wú)后續(xù)氧化，成本低很多。

2.3 端蓋材料性能及選擇

外水切端蓋的成型工藝為注塑成型，為保證端蓋具有較好耐久性和外觀品質(zhì)，PA66 是外水切端蓋通常選用的材料，其優(yōu)點(diǎn)有：

①機(jī)械強(qiáng)度高，有較高的抗拉、抗壓強(qiáng)度。

②軟化點(diǎn)高，耐熱；

③外表潤(rùn)滑，耐磨；

④耐腐蝕，非常耐堿和大多數(shù)鹽液；

⑤有自熄性，無(wú)毒，無(wú)臭，耐候性好；

⑥制件重量輕、易成型。

3、外水切的產(chǎn)品使用性能

通過(guò)對(duì)大量的外水切相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比分析，外水切需要滿足的使用性能要求詳見(jiàn)表 3。

3.1 乘客艙的密封性能

外水切密封條作為汽車密封零部件，密封性能是外水切密封條主要功能。其性能的優(yōu)劣直接影響到整車的密封性能和 NVH 性能。其性能的具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表 4。

3.2 裝配的牢固度

外水切的裝配牢固度是通過(guò)兩端端蓋固定結(jié)構(gòu)加上其自身結(jié)構(gòu)中所帶的“U”型的金屬骨架以及加持位置的彈性結(jié)構(gòu)提供的加持力，以實(shí)現(xiàn)與車門車窗外側(cè)的連接固定。對(duì)于只通過(guò)外水切本體夾持實(shí)現(xiàn)裝配牢固度的車型需要對(duì)夾持力有所要求，需要保證拔出力一般控制在≥60N/100mm，需要注意的是對(duì)于存在倒扣結(jié)構(gòu)的外水切，在進(jìn)行拔出力測(cè)試時(shí)需要將倒扣結(jié)構(gòu)進(jìn)行切除。

3.3 產(chǎn)品的耐久性

外水切的軟性材料在使用過(guò)程中都會(huì)存在不同程度的老化、磨損現(xiàn)象，而金屬材料外觀面會(huì)在不同天氣狀況下出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。通過(guò)研究分析，國(guó)內(nèi)外各汽車生產(chǎn)廠商對(duì)外水切在產(chǎn)品耐久性方面的要求有以下 10 個(gè)方面。

①耐臭氧老化：

從外水切成品上裁取 100mm 試樣按照 GB/T7762-2003規(guī)定的方法 A 進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)臭氧濃度為：200pphm 試驗(yàn)溫度為：（40±2）℃；試驗(yàn)測(cè)試時(shí)間為：48h。試驗(yàn)時(shí)間到達(dá)以后取出試樣目測(cè)無(wú)龜裂。

②耐污染性：

將外水切軟性材料放在一塊用清潔過(guò)的且又干燥了的電解銅金屬板上，再將這放在玻璃底板上。因此，載重量包括有玻璃板和負(fù)載重量。然后一同放進(jìn)熱老化箱試驗(yàn)溫度為（100±2）℃，試驗(yàn)時(shí)間為：24h。試驗(yàn)時(shí)間到達(dá)以后將試樣取出進(jìn)行評(píng)定，要求電解銅沒(méi)有變黑。

③耐候性：

按標(biāo)準(zhǔn) QC/T 17-92《汽車零部件耐候性試驗(yàn)一般規(guī)則》，試驗(yàn)：按室內(nèi)強(qiáng)化耐候試驗(yàn)條件，試驗(yàn) 900 小時(shí)后檢測(cè)性能變化，試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定要求達(dá)到 A 級(jí)。

④耐熱性：

按標(biāo)準(zhǔn) QC/T 15-92《汽車塑料制品通用實(shí)驗(yàn)方法》，試驗(yàn)：在 80±2℃循環(huán)空氣烘箱內(nèi)存放連續(xù)存放 7 天。試驗(yàn)后無(wú)任何表面變質(zhì)，皺褶，或能察覺(jué)的顏色或光澤變化。

⑤耐濕性：

按標(biāo)準(zhǔn) QC/T 15-92《汽車塑料制品通用實(shí)驗(yàn)方法》，試驗(yàn):標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境:23±1℃，50±5%RH，試驗(yàn)條件：40±1℃，90±5%RH，放置 96h。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下冷卻 1h，試驗(yàn)后不出現(xiàn)任何表面變質(zhì)、皺褶或變化。

⑥耐藥品性：

按標(biāo)準(zhǔn) GB/T11547-89《塑料耐液體化學(xué)藥品（包括水）性能測(cè)定方法》，試驗(yàn) 70℃x6h 后，PVC 表面無(wú)裂紋、漏孔等外觀顯著變化。

⑦耐寒性：

按標(biāo)準(zhǔn) QC/T 15-92《汽車塑料制品通用實(shí)驗(yàn)方法》，試驗(yàn)：在-35℃低溫中放置 24h 后取出觀察，產(chǎn)品不應(yīng)脆化、裂紋或變色。

⑧鹽霧試驗(yàn)：

中性鹽霧試驗(yàn) 480h 后無(wú)銹斑(黑條為 240h)，試驗(yàn)方法按 GB/T10125-2012/ISO 9227: 2006《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》執(zhí)行。

⑨植絨唇邊耐磨性能：

負(fù)載 3kg，循環(huán) 10000 次，試驗(yàn)及判定方法按 PDS12004-2014《汽車橡膠密封條技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。

⑩壓縮永久變形：

從外水切成品上裁取 100mm 試樣在壓縮位置放置在80℃溫度箱內(nèi) 96h，然后將夾具放在室溫冷卻。

按以下的數(shù)值公式計(jì)算永久變形(DVR)：

式中：

H0 為未加載狀態(tài)下試樣的高度；

H1 為壓擠狀態(tài)下試樣的高度；

H2 為卸載后試樣的高度；

結(jié)果：變形不可大于 40%。變形量及變形特性等必須被記錄。

3.3 對(duì)聲音、外觀完整美觀性的要求

外水切不僅是功能件，而且還是重要的裝飾件。所以各汽車生產(chǎn)廠商對(duì)外水切在聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)方面還有具體的性能要求。

①聲音要求。車輛使用時(shí)不允許出現(xiàn)嗡嗡聲、吱吱聲、格格聲等惱人的噪音。

②外觀完整、美觀性要求。外水切不允許出現(xiàn)影響產(chǎn)品美觀和使用性能的缺陷：如雜質(zhì)、氣泡、裂紋、劃痕、撕裂、缺膠、破皮、扭曲變形或壓扁變形等；表面平整、清潔、無(wú)污染、不允許有色斑、凸凹等缺陷。植絨面應(yīng)植絨勻凈，保持潔凈，不許有脫落。本體和端頭組立牢固，在裝配和使用過(guò)程中不得松動(dòng)。軟性材料與金屬骨架粘著牢固，色澤均勻無(wú)明顯色差，無(wú)飛邊、缺料、毛刺等缺陷。

3.4 車窗玻璃升降效果

外水切對(duì)車窗玻璃升降效果的影響主要表現(xiàn)在各種環(huán)境條件下外水切的壓縮負(fù)荷和滑動(dòng)阻力，外水切的壓縮負(fù)荷決定了外水切吸能減振和降噪的效果；外水切的滑動(dòng)阻力是玻璃升降系統(tǒng)阻力重要的組成部分。

①壓縮荷重。外水切對(duì)車窗玻璃的壓縮負(fù)荷可以通過(guò)在成品外水切上裁取 100mm 試樣進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得。壓縮荷重值越大，滑動(dòng)阻力越大，玻璃升降困難；但是外水切的吸能、減震、降噪的效果和密封性好。相反壓縮荷重值越小，滑動(dòng)阻力越小，玻璃升降容易；但是外水切的吸能、減震、降噪的效果和密封性差。因此在考慮外水切的壓縮荷重值時(shí)，應(yīng)綜合考慮車窗玻璃升降的困難程度、降噪效果和密封性能，通常其取值是在一定的合理區(qū)間。

②摩擦系數(shù)。通過(guò)在外水切植絨部分截取試樣使用雙面膠帶粘接在金屬滑塊上（質(zhì)量精確至 0.1g），摩擦系數(shù)測(cè)試如圖 9 所示。摩擦系數(shù)越大，滑動(dòng)阻力越大，玻璃升降困難；相反摩擦系數(shù)越小，滑動(dòng)阻力越小，玻璃升降容易。

③ 滑動(dòng)阻力。外水切滑動(dòng)阻力是衡量車窗玻璃升降困難程度的標(biāo)準(zhǔn)。外水切唇邊的壓縮負(fù)荷和摩擦系數(shù)都是影響滑動(dòng)阻力的重要因素。通過(guò)裁取 100mm 試樣進(jìn)行滑阻試驗(yàn)測(cè)試如圖 10 所示，其滑動(dòng)阻力值需要達(dá)到升降器對(duì)玻璃的升降需求。

4、結(jié)束語(yǔ)

外水切是重要裝飾密封零部件，起到了車門與車窗玻璃之間的密封以及裝飾作用，在設(shè)計(jì)階段要著重考慮其功能進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既要保證其外觀裝飾作用，又要保證與車門止口的牢固度，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品材料的選擇和使用性能的實(shí)施，確保產(chǎn)品品質(zhì)。通過(guò)對(duì)外水切結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的介紹、產(chǎn)品材料的選擇和產(chǎn)品使用性能的實(shí)施三方面進(jìn)行闡述，為今后外水切的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了參考和借鑒 。