探究汽车空腔填充技术

探究汽车空腔填充技术

本文探讨的是采用铝制枪体，安装不锈钢枪杆（前端钻若干小孔）插入泡沫材料体内，抽真空机将枪体和枪杆内形成真空，抽缩密封的发泡材料。然后将收缩的发泡材料直接放在汽车空腔内，往收缩的发泡材料充气使其膨胀，再拔出填充抢，最后发泡材料留在汽车空腔内的技术，最终达到填充汽车空腔的目的。希望能给汽车制造同行有所启迪。

标签：填充机；枪杆；真空机；气动系统；推车

一、汽车空腔填充物产生的背景

（一）汽车空腔阻隔的NVH原理

现代汽车车身设计为了减轻汽车质量降低油耗，采用单体化车身设计，车身的周围围板是采用由内外薄壁钢板（厚度为0.6mm～0.8mm）冲压焊接而成，存在空腔结构。由于空腔的贯通，空气在空腔内高速运动产生噪声，就是通常所说的空腔共鸣噪音。当汽车高速行驶时，由汽车车身周围气流分离导致压力变化而产生的噪音就是我们通常所说的风噪，汽车和周围的空气产生剧烈的相互作用，流场在汽车表面形成一个边界层，并且产生强大的分离流，涡流及端流。而且汽车在高速行驶时空腔会把风噪、发动机噪音、振动噪声和排气噪声放大，传到驾驶室和人员耳朵中，降低了汽车的安静舒适度。

由于实验条件限制，本人着重介绍一种经济实用，通过汽车空腔添加填充物，对空腔进行有效的封堵，减低噪声，使车内显得安静，提高车内舒适度的方法。

（二）汽车空腔阻隔中的材料

采用空腔发泡填充，将无毒的发泡材料注入填满整个内腔，可以降低行车中的谐振和杂音，发泡材料作用于空腔密封时，是一项非常有效的阻隔空气进入空腔、抑制空气传播的技术。

在阻隔传播过程中，由于发泡材料具有多孔吸收声音的内部结构特性，即具有很多微小的缝隙和气泡，由于发泡材料本身的内部摩擦和发泡材料小孔中的空气和小孔内壁之间的摩擦，使声音能量受到很大地吸收和衰减，发泡材料能有效地吸收反射到它身上的声音能量，这就使它具备很好的高频声音吸收能力。这是因为当声音传播到多孔材料的表面时，因为声波的振动诱发小孔和间隙内的空气运动，产生孔壁的摩擦，紧靠孔壁和纤维表面的空气不易运动起来，由于摩擦力和粘滞力的作用，使大部分的声音能量转化为热能，从而使声波衰减。

二、汽车空腔填充机方案的拟定

（一）汽车空腔填充的方法比较和选择

目前根据汽车车身的装配制造工艺，已经研究出多种材料和结构形式，不同装配的方式的空腔填充零件。按照零件的装配方法来分，可以分为粘贴式、装配式、注射式等；按照发泡条件来分，可以分为常温式发泡和高温式发泡两种。粘贴式、装配式都属于高温固化零件，必须要在车身车间焊接装配或者是钣金提供时焊接装配，需要在涂装车间高温条件下发泡成型；注射式属于常温条件下发泡，需要在涂装车间完成涂装后在总装前进行填充装配。前面的粘贴式填充需要高温下进行且对填充空间有要求，尺寸截面不宜过大，否则填充不完整。而注射式填充对填充空间没有要求，密封效果好，可靠性能高，不需要设计制造模具，常温下进行，并且操作灵活。缺点是一次性设备投资成本较高，需要配备原料储存装置、计量装置、定量注射装置、显示控制装置和液压装置和循环组件等。

我们采取常温下用填充抢直接抽缩密封的发泡材料，然后将收缩的发泡材料直接放在汽车空腔内，接着往收缩的发泡材料充气使其膨胀，再拔出填充抢，最后发泡材料留在汽车空腔内。这种方法对设备要求简单，工艺简单，成本低，阻隔效果好。

（二）汽车空腔填充机的结构组成

汽车空腔填充机由一个填充机枪体、填充机手柄、三位三通的电磁换向阀、船形开关、抽真空机、真空机元件和气动元件组成。枪体有一个直径6mm的空腔，作为抽真空和压缩空气通道。手柄和枪体连接用于工人手握填充枪体给汽车空腔填充。船形开关控制电磁换向阀用于抽真空和压缩空气的转换。

真空度是指在真空的状态下的气体的稀薄程度，而要将发泡材料体积缩小，利用真空机使枪体的空腔低于一个大气压（0.1mpa），所以抽真空机所要满足的是能将填充机的密封的发泡材料低于个大气压，发泡材料收缩才能进入汽车空腔内，然后用工厂压缩空气将放入汽车空腔的发泡材料吹大，利用发泡材料与汽车身空腔的摩擦力拔出填充抢，使发泡材料留在汽车空腔内。

（三）填充机的基本参数及控制

1.抽真空机的选型及气路设计

汽车空腔填充机的关键是把枪体空腔抽真空，把发泡材料吸进枪体空腔内，抽真空时必须保证空腔的干燥和清洁，所以抽真空管路连接有真空除尘器、真空过滤器、冷凝器、手动阀门，最后连接抽真空机。经过试验我们选取了普立真空公司的PVX-250型抽真空机。技术参数：额定流量：250m?/h、极限真空度：0.1mbar （hpa）、电机功率：5.5kw、额定电压：380V、吸气口径G2、转速：1450r/ min、重量：190kg。

抽真空管路中还需要连接真空除尘器、真空过滤器、冷凝器、手动阀门等。真空除尘器、过滤器、冷凝器和手动阀门等选取市面上满足要求的即可。

由于工厂内都集中供应压缩空气，所以我们只需要对压缩空气进行处理即可使用，我们在压缩空气管路上装一个气动三元件，气动三元件包括空气过滤器、油雾器、减压阀。也需要在进气管路上加装一个手动阀，在停止工作时可以关上手动阀，防止气体泄漏。

2.填充机的电气控制

空腔填充机有三个动作：接通抽真空机将发泡材料吸入空腔填充机内；停止抽真空机，使换向阀处于中间状态；接通压缩空气，将发泡材料吹进汽车车身空腔内。

填充机的铝制抢体形状是一个类似手枪的形状，为了方便工人的操作，我们将设计一个开关来控制电磁换向阀的三个动作，确定一种船形开关来控制电磁换向阀，船形开关正好有三个动作；工人将船形开关往上一扣，电磁换向阀左边电磁得电，填充机接通抽真空机管路，抽取填充发泡材料。将船形开关打到中间状态，电磁换向阀左右两个电磁都不得电，换向阀在中间状态，填充机既不接通抽真空也不接通压缩空气，此时工人将填充机插进汽车车身空腔内，将开关往下一打，电磁换向阀右边电磁得电，填充机接通压缩空气，将填充发泡材料吹进汽车空腔内。然后将开关打到中间，换向阀到中间状态，工人将填充机拔出，完成一次填充。

三、小结

目前这种填充方法已经在汽车总装配线上开始试装，有效解决了因车外环境通过侧围空腔与车内乘员舱连通而导致的灰尘等环境因素侵入问题，能够有效降低因风激励和发动机激励及轮胎/路面激励引起的空气辐射噪声和结构传播噪声，该技术值得推广应用。

参考文献

[1] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 申永胜.机械原理[M].北京：清华大学出版社，2010.