基于汽车风窗玻璃粘接安装技术研究

来源：核心期刊咨询网时间：2020-01-19 10:5012

摘要：摘要：文章主要对具有代表性的几种粘接剂的种类及特点进行了分析，并针对客车车身侧围某典型结构，完成了车窗粘接胶等效粱模型的构建，以所设计的窗框简化模型为依据在对其进行初步分析的基础上完成作为作为计算目标值的应力采集点的提取，据此完成粘接胶等

　　摘要：文章主要对具有代表性的几种粘接剂的种类及特点进行了分析，并针对客车车身侧围某典型结构，完成了车窗粘接胶等效粱模型的构建，以所设计的窗框简化模型为依据在对其进行初步分析的基础上完成作为作为计算目标值的应力采集点的提取，据此完成粘接胶等效模型最优参数的计算，针对某客车车身骨架使用该粘接胶等效模型对客车粘接式侧窗对整车性能的影响情况进行了研究，验证了本文所设计的粘接胶等效模型的有效性。

　　关键词：汽车风窗玻璃;粘接安装技术;粘接剂
 

　　《中国汽车界》(月刊)创刊于2004年，由中国机械工业联合会主管，中国机械工业企业管理协会和机械工业经济管理研究院联合主办，国内外公开发行的中文版月刊杂志。

　　传统固定车风窗玻璃的方法是在车身上将风窗玻璃使用橡胶密封嵌条进行镶嵌(机械固定法)，在装配时一般需通过涂覆适当的密封胶以实现防止漏雨及提高密封性等目标，此种方法简单易操作、易拆卸，但存在风窗玻璃易脱落、安全性不足等问题，为有效弥补机械固定法的不足，在固定汽车风窗玻璃方面粘接法(在车身上使用粘接剂直接固定风窗玻璃)已成为提升车辆密封性和美观性的有效手段，促使胶粘剂取得了快速的发展。目前作为一项较为先进的技术，直接粘贴法成为安装汽车风窗玻璃常用的方法，采用此种方法安装的风窗玻璃增加了连接处强度，能够承受一定的载荷，显著提升了密封效果及车身外形美观度，可作为车身上永久固定件，文章主要对汽车风窗玻璃粘接安装技术进行了研究。

　　1风窗玻璃固定粘接剂种类及应用

　　1)具有有永久粘性的丁基橡胶带，主体材料为丁基橡胶并配入其它辅剂形成的预成型胶带(横截面固定)，以卷盘状包装，需先展开撕去分离纸后在窗框上粘贴该胶带和风窗玻璃，然后进行加压处理以确保玻璃与窗框贴合。丁基胶带固定法具有操作簡便、低成本等优点，但其较为突出的缺点限制了应用效果，主要表现在：强度较低的丁基胶带不利于风窗玻璃同车身间结构粘接的有效形成，影响了车身的刚性;风窗玻璃的承压性能不足使玻璃易被破坏影响了车身的安全性;对窗框形状的平整度要求较高，易出现凹坑或不规整处难以填满的情况，为兼顾密封性及美观性通常需结合使用辅助密封胶。

　　2)氯丁橡胶带，一种挤出成型的热硫化胶带，粘接强度比丁基胶带高，内部含有加热用金属线芯在电流的作用下，胶带受热表面变软变粘，可对窗框的不规整处进行有效填充，氯丁胶带随着温度的进一步升高会发生硫化，实现车身同风窗玻璃的有效粘接。使用此种胶带固定玻璃时无需加压，能填充不规整处。但需在运动的生产线上持续加热胶带5min左右，提升了操作复杂程度及成本，阻碍了氯丁胶带的推广使用。

　　3)聚硫橡胶粘接剂，该粘接剂最早是一种液态多硫聚合物(三组分室温硫化)，需先通过混胶机和计量泵将粘接剂进行充分混合，再使用涂胶枪在窗框上涂抹，接下来放置风窗玻璃并施加轻微的压力以确保低洼和不规则处能够流入液态胶，从而将风窗玻璃粘到车身上。聚硫橡胶粘接剂在装配线上所需固化时间及应用时产生粘接强度用时较短。后来为提高使用效率及便利性进一步改进了粘接剂，改成两组分包装。粘接强度较高的聚硫粘剂固定玻璃过程无需加压和使用辅助密封胶、适用于低洼和不规则处的窗框，风窗玻璃与车身形成结构粘接。但在使用聚硫钻接剂时需应用混合设备、耐候性能不足、成本较高。

　　4)聚氨醋粘接剂，具有弹性良好、耐低温、抗冲击、耐疲劳等优势，其粘接性能适用于多种材料(包括金属、非金属等)，从而得到广泛应用。使用该粘接剂固定风窗玻璃表现出了较好的耐候性能及较高粘接强度等优势。通常采用涂刷底漆方法可使聚氨醋粘接剂的粘接性能得以有效提高，选择底漆时需以实际粘接对象为依据(如玻璃、塑料、有油漆的钢板)。川狄璃和漆面两种底漆均可用于粘接固定风窗玻璃。使用聚氨醋粘接剂时需先清除粘接面的油污，然后将底漆涂到玻璃、窗框上，接下来在玻璃上涂胶，将玻璃轻压安放到窗框上以确保对位贴合。

　　2风窗玻璃粘接胶等效模型设计

　　2.1需求分析

　　包括风挡及后窗玻璃在内的风窗玻璃同车身构成整体使车身刚性及车身设计的自由度(立柱、窗孔、车顶等形状)得以有效提高，因降低钢板厚度进而减轻了整车质量，在提高整车强度的同时提高车辆安全性。风窗玻璃通过使用粘接剂实现同车身间的密切贴合，提高了车身的密封性及美观性。作为日常出行不可缺少的现代交通工具，客车的安全性始终是人们关注的重点之一，采用有限元分析客车车身结构时为兼顾结构的准确性和计算效率，针对车身结构的有限元建模以车身骨架为主，同时需考虑包括玻璃等在内的车身非结构件对客车整体特性的影响(包括强度刚度等)。现有有限元模型中(针对客车车身强度)通常在侧围车身骨架上固定连接等效为质量点的侧窗，不利于研究其对车身骨架强度的影响。客车侧窗玻璃粘接新工艺的发展显著改善了粘接强度。在侧窗玻璃粘接对车身性能影响方面，以车身结构轻量化为依据及粘接剂复合结构的性能(包括静态、抗疲劳等性能)方面的研究已经得到了证实。同壳单元相比梁单元更简易快捷，能够在计算应力时实现杆件两端内力大小的获取，但在对车身结构性能受到粘接式车窗的具体影响进行研究时，采用实体单元对粘接胶进行建模易导致其同客车骨架梁单元将有限元模型链接问题的出现”。为确保简单实用本文对粘接胶等效梁模型进行设计，根据从提取出的典型结构完成了局部研究模型的建立，模型的目标值使用壳单元应力计算值，并根据参数设计思想获取单元模型的参数。

　　2.2车窗粘接胶等效模型方案

　　为提高研究效率并确保该结构后期试验的可行性，本文的研究对象选择客车侧围上某段典型结构，在此基础上完成了简化比例模型的设计具体如图1所示，窗框及玻璃分别采用梁单元和壳单元进行模拟，将粘接胶层划分为若干段(沿着长度方向)，各段胶层长度、宽度及厚度分别由L、H、t表示，用等效梁单元对各段胶层进行模拟，再使用粘接胶等效梁单元将不同单元即窗框梁及玻璃壳连接起来。车窗粘接胶等效模型主要由窗框、粘接胶和玻璃构成，为真实反映车窗的受力状态，对一段典型结构(从车身侧围侧窗中截取)进行比例简化，各窗框的长度及高度分别为500mm和300mm，比例简化模型长为2500mm、其悬臂梁的截面为40mm×40mm×1.5mm，选用20#钢作为窗框骨架。使用等效梁单元模型对各段粘接胶层(长5mm)进行模拟。等效模型的窗框和玻璃分别采用梁单元和四边形壳单元(对应长度和边长均为5mm)进行模拟，将参数待定的两块玻璃安置于悬臂梁右端附近。右端底部各方向的自由度通过螺栓固定，左端负责加载。目标应力对应从模型上选取部分应力值(避开应力较小和应力集中的位置)，据此完成车窗粘接胶等效参数的确定(根据应用参数设计思想)。针对简化比例模型通过有限元试算的使用实现应力结果的获取。从如图2所示的位置选取应力采集点20个。

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