车身玻璃试制技术与工艺研究

摘要:按结构特点将前挡风、后背门、车门以及三角窗玻璃划分为两类,即夹层玻璃和钢化玻璃,重点介绍了夹层玻璃的热弯自重成型和钢化玻璃的钢化处理工艺,并对玻璃黑边丝网印刷工艺进行了介绍;此外,对车身玻璃的总成结构特征和技术要求进行了对比分析,梳理出车身玻璃的工艺难点,综合考虑样件代表性和制造成本与周期,制定出有效的试制工艺方案,并针对玻璃成型工艺难点给出了质量控制方案;最后对车身玻璃的虚拟仿真技术和发展趋势进行了简要介绍。

Automobile Technology & Material - - 生 产现场 - 周鹏 张亚岐 吴东哲 唐京民 毛安430058) (东风汽车公司技术中心,湖北 武汉

1984—),作者简介:周鹏( 男,中级工程师,学士学位,研究方向为车身内外饰设计及工艺研究。

1 引言

车身玻璃不仅是整车时尚造型的客观需要,也是车身承力的主要安全件。目前车身上常用的1两类玻璃为夹层玻璃和钢化玻璃,如表 所示。夹层玻璃是由两片或多片玻璃之间增加一层或多层有机聚合物中间膜,经过特殊的高温预压(或抽真空)及高温高压工艺处理后,使玻璃和中间膜永久粘合为一体的复合玻璃产品。钢化玻璃是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用物理或化学的方法使玻璃表面形成均匀压应力,而内部则形成张应力的强化玻璃,提高玻璃的抗弯、抗冲击强度、耐环境性等。汽车上使用的前风窗玻璃总成主要为夹层玻璃,车门玻璃、背门玻璃、角窗玻璃主要为钢化玻璃。

2 车身玻璃总成结构及技术要求 2.1 前风窗夹层玻璃总成结构

AB前挡风玻璃一般为夹层玻璃,主要分为 、A区,区为驾驶员的主视区,光畸变和副像偏离要1求较高,具体结构如图 所示。

图1 前风窗夹层玻璃总成结构示意图 2.2 后背门玻璃总成、车门玻璃总成、三角窗玻璃总成结构 3 车身玻璃工艺 3.1 夹层玻璃

PVB夹层玻璃是采用合片、初压、高压工艺用膜片将已成型的玻璃完全粘合在一起,在热弯炉中经过预热、自重成型、自然冷却过程后形成的复 后背门、车门以及三角窗玻璃一般均为单层2钢化玻璃,如表 所示。

2.3 车身玻璃总成主要性能及尺寸要求

国内各整车企业采用的汽车安全玻璃标准为GB 9656,夹层玻璃主要用于前风窗玻璃,钢化玻璃主要用于车身后背门、车门和三角窗玻璃,车身3玻璃总成试制的性能及尺寸要求见表 。 合玻璃[1]。车身前风窗夹层玻璃主要工艺流程:原→→→片切割油墨印刷 热弯自重成型内外片检测→→→→→合片初压 高压 附件安装夹层玻璃检测→ 2总成包装。夹层玻璃成型工艺过程如图所示。前风窗夹层玻璃总成主要工装为丝网印刷底片、网版、热弯自重成型模具,采用具备初压炉和

高压釜的生产线进行夹层玻璃的试制。

图2 夹层玻璃成型工艺过程

玻璃黑边丝网印刷工装主要由底片和网版组成[2]。1:1将设计好的黑边按 打印在胶片上形成黑边底片,胶片一般采用菲林胶片或者红激光影像输出片。网

3.2 钢化玻璃

车身钢化玻璃主要采用物理全钢化工艺,将670 ℃玻璃放置于超过 的高温炉内达到玻璃软化点用模具压制成型,再采用风栅进行骤冷降温,最 版的制作方式是先将丝绢粘接在锰钢圈上并涂上感

3 000 W光浆,在将底片贴合在丝绢上用 曝光灯进行曝光,网版上经过底片透光的区域曝光后形成凝固层,不透光的区域(黑边区域)用高压水枪清洗掉感光胶,最后进行烘干。玻璃进行丝网印刷时油墨就会通过丝绢渗透到玻璃面上,再对玻璃面油墨进行140 ℃高温固化形成黑边,采用这样的丝网印刷方式

300尺寸精度高,费用成本低。一片底片预计可生产

3 000片网版,一片网版可印刷 片玻璃。

玻璃热弯自重成型工装是用不锈钢网对不锈钢骨架周边进行包裹组成。前风窗玻璃成型时是

SIO2将内外两片玻璃中间喷 粉贴合后放入有钢丝

600 ℃网包裹的成型环中,在 热弯炉中设定烘烤时间和冷却参数后进行玻璃自重成型,若直接将玻璃放置在未包裹的成型环上进行热烘烤会导致接触面出现融痕影响外观。前风窗夹层玻璃试制工

4艺方法见表 。 90 MPA终形成表面压应力大于的钢化玻璃[3]。后→背门钢化玻璃主要工艺流程:原片切割油墨印→→→ →刷银线印刷模具压制成型风栅骤冷钢化→ → →焊接电加热线接头附件安装钢化玻璃检测

3总成包装。后背门玻璃钢化工艺过程如图 所示。

图3 后背门玻璃钢化工艺过程

后背门玻璃总成主要工装为油墨及银线丝网印刷底片、网版、压制成型模、风栅,车门玻璃及角窗玻璃成型工装为不锈钢或者陶瓷压辊,采用具

4 质量检测方案

车身玻璃质量的过程控制与成型的温度和时间密切相关,另外针对玻璃的检测方式也极其重要,主要检测内容包括外观、尺寸及球面曲率、光学性能、安全防护性能四个方面[5]: a. 300 mm在任意直径 圆内,规定范围内的气泡、划伤、线道、节瘤、结石、胶合层气泡、胶合层杂质、绒毛等缺陷同时存在不允许超过三项,且不允 备钢化炉的生产线进行钢化玻璃的试制。

后背门玻璃黑边和银线以及角窗玻璃黑边的丝网印刷与前风窗夹层玻璃的丝网印刷方式相同,

140 ℃银线和黑边印刷完成后同时进行 高温固化。

后背门玻璃需先压制成型再进行骤冷钢化。根据车身造型设计,一般后背门玻璃的弦高是超过25 mm 100 mm

且拱高大于 的深弯玻璃,玻璃在钢化炉高温烘烤软化后进行模具压制成型达到设定的曲率要求,然后进入用风栅进行急速骤冷。车门及角窗玻璃一般为单曲率玻璃,成型工装采用多组不锈钢或者陶瓷压辊辊压成型[4],钢化过程也采用风栅进行急速骤冷。钢化成型过程中玻璃温度由670 ℃ 180

在 秒内冷却到常温,玻璃表面形成均匀压应力,而内部则形成张应力,使玻璃的抗弯和抗冲

5击强度得以提高,其强度是普通玻璃的 倍以上。压制成型模一般用模具钢制作,风栅工装用铝合金

5制作。后背门钢化玻璃试制工艺方法见表 。 许密集存在; b.尺寸及球面曲率采用检具检测,包括厚度、吻合度、球面度、黑边尺寸、钉柱位置度; c.光学性能包含副像偏离、光畸变、可见光透射,分别用准直望远镜、光畸变仪、透射比测定仪进行检测; d.前风窗夹层玻璃需满足人头模型冲击、抗穿透性、抗冲击性测试,玻璃碎裂后无碎片飞溅,并保证一定的视野。后背门钢化玻璃需满足抗冲击

性测试,玻璃碎裂后碎片状态无刀刃状态,长度小

75 mm, 3 cm2于 面积均小于 。

5 车身玻璃的仿真运用及发展趋势 5.1 车身玻璃成型的仿真运用

随着现阶段各主机厂新车型项目数量越来越多,汽车玻璃的造型量也相应增加,采用仿真分析也能快速验证玻璃成型工艺及高温炉中的成型时间,仿真分析具有简洁、快速、低成本的特性。目前各大玻璃生产厂家均开展了玻璃成型的仿真分

Abaqus Optis Moldflow析,主要运用 、、 软件对玻璃热弯成型、光学、包边注塑进行仿真分析,对玻璃成型的温度分布、光畸变、包边翘曲等具有指导性,节省了开发时间及工装成本的投入。

5.2 车身玻璃的发展趋势

如今汽车玻璃越来越新颖独特,其趋势主要向安全性、舒适型、低碳环保、智能化四方面发展[6]。

HUD)安全性主要运用在视野改善、抬头显示( 、半钢化夹层侧窗防盗等方面。舒适型主要体现在隔音、隔热、隔紫外线辐射等方面。低碳环保主要运

PC用于超薄 板轻量化、热反射等方面。智能化主要运用在玻璃增加感应设备方面,如雨天时前风窗玻璃自动启动刮刷,侧窗及天窗运用调光玻璃对光线强弱进行自动调节等。PDLC

调光玻璃是一款将液晶膜复合进两层玻璃中间,经高温高压胶合成型的夹层结构的光电玻璃产品,对光电玻璃施加电压来调节电流改4变液晶的排布达到改变玻璃的透光度,如图 所示。其原理为:当调光玻璃关闭电源时,液晶分子会呈现不规则的散布状态,此时电控玻璃呈现透光而不透明的外观状态;通电后,里面的液晶分子呈现整齐排列,光线可以自由穿透,此时调光玻璃 瞬间呈现透明状态。

6 结束语

本文对车身夹层玻璃和钢化玻璃的技术要求及试制成型工艺进行了介绍,对玻璃黑边、银线的印刷工艺进行了说明,对夹层玻璃和钢化玻璃的成型的工艺流程及工序和工装方案进行了研究,对车身玻璃的仿真分析及未来的发展趋势进行了阐述。随着未来汽车科技的飞速发展,车身玻璃的应用前景将极为广泛,玻璃总成的成型工艺也将更加复杂。

参考文献:

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a) A \B ( 前风窗夹层玻璃 区 区及黑边线

b) ( 前风窗夹层玻璃结构

d) PVB ( 内外片、 合片

a) ( 原片(切、掰、磨)

b) ( 油墨印刷

c) ( 热弯自重成型

c) ( 放入托架传送

a) ( 玻璃加热到软化状态

d) ( 风栅骤冷钢化

b) ( 模具压制成型

图4 调光玻璃原理图

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