吉利汽車(chē)保險(xiǎn)杠“薄壁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)案例

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2015年非金屬材料年度報(bào)告會(huì)上，吉利汽車(chē)研究院總工程師——熊飛博士通過(guò)以吉利汽車(chē)保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)的案例，講解了如何進(jìn)行“薄壁結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)”。

本文包括5大部分：

一、“薄壁”結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

二、材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

三、設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證

四、非金屬材料在汽車(chē)輕量化中應(yīng)用案例

五、薄壁化設(shè)計(jì)推廣應(yīng)用情況

一、“薄壁”結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

1.常規(guī)的設(shè)計(jì)：

常規(guī)的設(shè)計(jì)為3.0MM壁厚；

采用普通的PP滑石粉材料；

單件重量4~5kg*;

其他汽車(chē)保險(xiǎn)杠的壁厚

2.吉利汽車(chē)保險(xiǎn)杠問(wèn)題描述：

吉利汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠均采用3-3.2mm等壁厚設(shè)計(jì)，重量3.5kg-5.5kg。

比國(guó)際上同類(lèi)車(chē)型車(chē)型重0.3-0.5kg；

自重大帶來(lái)形變量增大；

節(jié)能減排壓力下，不符合輕量化設(shè)計(jì)原則；

采購(gòu)成本壓力

3.原因分析

材料模量低：吉利在用材料模量1258-1400MP，而豐田、日產(chǎn)、大眾在用材料彎曲模量達(dá)2000-2400MP；日系車(chē)采用變壁厚，吉利是等壁厚；

4.薄壁化設(shè)計(jì)要解決的技術(shù)難點(diǎn)：

成型問(wèn)題 ---充不滿(mǎn)、注射壓力大、成型溫度高

剛性不足 ---產(chǎn)品疲軟、變形

強(qiáng)度不夠 ----行駛中抖動(dòng)、產(chǎn)生風(fēng)噪

5.解決方案的技術(shù)路線：

提高材料熔體指數(shù)，增加流動(dòng)性。將目前材料的融指由19g/10min提高到30-33g/10min；

提高材料彎曲模量，改善剛性。將材料的彎曲模量由1300MP提高到2000-2200MP；

變壁厚設(shè)計(jì)解決可能因減薄帶來(lái)的強(qiáng)度下降問(wèn)題。

二、材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

調(diào)整配方提高材料自身剛性、熔融指數(shù)，改善配方保證材料沖擊性能不降低。

三、設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證

物料分布比較均勻

填充壓力分布均勻

產(chǎn)品表面的溫度分布波動(dòng)在3℃以?xún)?nèi)，表觀成型質(zhì)量好

分析最大剪切速率為51537/s，小于100000/s，在允許范圍內(nèi)

產(chǎn)品注射時(shí)最大鎖模力為1554.7T，在合理范圍

產(chǎn)品表面熔接痕不明顯，熔融溫度較高，熔接質(zhì)量較好

1.成形分析

上述參數(shù)結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求

2.熔接痕分析

兩種結(jié)構(gòu)的熔接痕模擬結(jié)果相差不大

3.自重變形分析

分析結(jié)果：2.5mm料厚的后保，自重形變均比2.8mm料厚小

4.采用高流動(dòng)、高剛性材料按變壁厚設(shè)計(jì)的保險(xiǎn)杠通過(guò)模流分析結(jié)果：

注射壓力50MP左右，比原來(lái)??；

成型時(shí)料流分布均勻、無(wú)充不滿(mǎn)熔接痕問(wèn)題；

鎖模力明顯比原來(lái)低由2000噸下降到1500噸左右；

自重狀態(tài)下形變前保由1.584mm下降到1.17mm，后保由0.489mm下降到0.449mm；

材料本身剛度和韌性提高，低速碰撞好；

減重0.5kg。

四、非金屬材料在汽車(chē)輕量化中應(yīng)用案例

高剛材料在KC-1和FE-5前后保上做生產(chǎn)驗(yàn)證，產(chǎn)品的剛性、表面光潔度、虎皮紋等質(zhì)量均優(yōu)于原方案。

注塑壓力更低、鎖模力更小，更節(jié)能

五、薄壁化設(shè)計(jì)推廣應(yīng)用情況：

通過(guò)保險(xiǎn)杠的薄壁化設(shè)計(jì)，僅前后保險(xiǎn)杠一項(xiàng)就能實(shí)現(xiàn)減重約1kg，降低材料成本10元，帶來(lái)較明顯的減重效果，同時(shí)還能節(jié)省采購(gòu)成本。

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文章出自吉利汽車(chē)研究院總工程師熊飛，艾邦高分子整理

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