保险杠本体材料应用探讨

王帅,刘洪博

安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心 安徽省合肥市 230000 

摘要：随着汽车行业的发展，人们对于汽车品质的要求也相应变得越来越高。汽车市场个性化消费理念的不断增强，全球汽车行业已经开始迈入大规模定制时代，这必然对汽车整车厂的市场响应能力提出了更多的要求和挑战。因此，研究保险杠本体材料应用具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：保险杠；本体材料；应用；

1不同材料的前保险杠本体结构自由度和轻量化分析

1.1 SMC前保险杠本体

SMC材料刚性好，强度高，零收缩率，故本文研究的前保险杠本体可以采用整体式结构，做变料厚设计，基本料厚为2.5mm，四周翻边和离安装点40mm范围料厚为4mm，变料厚过度区宽15mm，均布纵横加强筋，安装点预埋M8×20mm六角铜螺母。结果：零件结构自由度较好，容易达成造型美观性。零件理论重量11.00kg，轻量化效果明显。本文研究的前保险杠本体量产零件原材料采用SMC，该零件修去毛边后的实物重量为11.3kg，理论分析与实物相符合。

1.2 PC/ABS前保险杠本体

PC/ABS材料刚性差且收缩率大（0.5%），具有一定的脆性。为避免表面出现收缩印缺陷，采用内外板粘接结构（如VOLVO长头重卡VN670前保险杠结构），料厚3.5mm，采用ITW公司的Plexus结构胶AO420进行粘接，厚度0.5mm。该结构胶是一种性能优异的双组份甲基丙烯酸甲酯（MMA）结构胶，密度0.94g/cm3，弯曲模量50MPa，泊松比0.49，抗拉强度≥18MPa，剪切强度20MPa，剥离强度72MPa。装配用螺母板粘接在前保险杠内板内侧面上。如图1所示。结果：零件结构自由度很好，可以做很复杂的外观造型。重量11.16kg。

箭头指向的孔为本体与支架安装用孔

图1PC/ABS前保险杠结构示意图

1.3 PP-EPDM前保险杠本体

相比PC/ABS材料，PP-EPDM材料的刚性更差，强度低，收缩率更高（0.9%），而且粘接性能差，故采用内外板加四周翻边螺栓连接结构（如弗莱纳长头重卡前保险杠结构），外板为PP-EPDM，料厚3.5mm，内板为PP+LGF30（抗拉强度100MPa，密度1.12g/cm3，弯曲模量5500MPa，泊松比0.39），料厚3.5mm，装配用螺母板熔焊在内板内侧面上。如图2所示。

结果：零件结构自由度很好，可以做很复杂的外观造型。重量12.03kg。

箭头指向的孔为本体与支架安装用孔。

图2PP-EPDM前保险杠结构示意图

1.4 PDCPD前保险杠

PDCPD材料刚性好，韧性好，耐冲击性极佳，但是收缩率大（0.9%），好在可以通过表面刮腻子打磨和抛光工艺来消除缩印缺陷。因成型压力小，零件结构上需要有良好的排气性能，另外，模具上的产品顶出能力小，零件结构需设计5度以上拔模角。产品基本料厚不小于3mm，加强筋料厚不小于2.5mm，高度小于厚度的5倍，加强筋拔模角不小于2度。基于以上几个基本原则，该保险杠采用整体式结构，内部不做纵横交错的加强筋，基本料厚为4mm，预埋螺母和安装柱结构与SMC前保险杠相同。因PDCPD材料有轻微异味，内表面也需喷涂一层薄漆封闭，外观表面喷涂色漆和罩光漆。结果：零件结构自由度较好，容易达成造型美观性。重量7.47kg。

2 不同材料的前保险杠本体自由模态分析

采用Altair公司开发的有限元分析软件HyperWorks进行模态CAE分析，该软件是一个兼容众多CAD系统、网格划分软件、求解器、后处理工具的专业CAE平台，功能强大，使用方便、界面友好。五种材料的前保险杠本体CAE分析模型采用5mm一阶壳单元网格划分，各材料关键参数见前文。从自由模态分析结果看，SMC和PDCPD两种材料的前保险杠自由模态频率及振型相当，超深冲冷轧钢板前保险杠自由模态前3阶与SMC相当，4、5、6阶比SMC的高27%到48%，PC/ABS和PP-EPDM两种材料的前保险杠自由模态频率及振型相当，比SMC大一倍。自由模态频率越高说明零件刚性越好，对安装点布置数量和支架的刚性需要越低，意味着支架可以做得越轻，对整车轻量化好处越大。

3 不同材料的前保险杠本体生产工艺分析

3.1 超深冲冷轧钢板前保险杠本体生产工艺

主要生产工序为开卷→平整→落料→拉延→修边+冲孔→整形+修边→侧整形+侧翻边→侧整形+侧冲孔→焊接→涂装（转运涂装线→热水洗→预脱脂→脱脂→水洗→表面调整→磷化→水洗→电泳漆→水洗→滴水→烘干→底漆打磨→中涂→烘干→中涂打磨→喷涂色漆→喷涂罩光漆→烘干→后处理）→包装转运。前保险杠两边段结构复杂，需要5套专用模具进行5序冲压才能完成。前保中段则需要4套专用模具进行4序冲压才能完成。单模具冲压生产节拍为15秒/件，按正常单班工作排产，年产能约40万件。钣金冲压零件模具制造、冲压成型、焊接、涂装生产工艺很成熟，制造风险低。

3.2 SMC前保险杠本体生产工艺

主要生产工序为模具加热→裁料、称重→模具清理和放预埋件→铺料→合模→保压→开模取件→去毛边→钻孔和清理堵塞的螺纹孔→涂装（转运涂装线→预脱脂→脱脂→水洗→表面修补和打磨→水洗→烘干→静电除尘→喷涂底漆→烘干→底漆打磨→水洗→烘干→静电除尘→喷涂色漆→喷涂罩光漆→烘干→后处理）→包装转运。该结构两端的4个安装柱厚达30mm，模具保压时间长达6分钟，单模具模压生产节拍为10分钟/件，通常模具加热需要5小时，如果上午上班时开机加热，则下午只有4小时生产，按正常单班工作排产，年产能约6千件；如果设置自动加热系统，在上午上班前将模具加热到生产温度，则年产能约1.2万件。SMC产品生产过程会产生有害刺鼻的挥发物质和大量粉尘，生产线需做除味、抑尘、以及工作人员的健康防护工作。

3.3 PC/ABS前保险杠本体生产工艺

主要生产工序为注塑机清理和热机→合模→注射和保压→开模取件→去浇口和毛边→螺母板、内外板粘接→涂装（晾干→转运涂装线→预脱脂→脱脂→水洗→表面调整→水洗→烘干→静电除尘→喷涂色漆→喷涂罩光漆→烘干→后处理）→包装转运。单模具注塑生产节拍为100秒/件，按正常单班工作排产，年产能约6万件。模具制造和零件生产工艺成熟，制造风险低。

3.4 PP-EPDM前保险杠本体生产工艺

主要生产工序为注塑机清理和热机→合模→注射和保压→开模取件→去浇口和毛边→螺母板热熔焊→内外板组装→涂装（转运涂装线→预脱脂→脱脂→水洗→表面调整→水洗→烘干→静电除尘→喷涂底漆→喷涂色漆→喷涂罩光漆→烘干→后处理）→包装转运。单模具注塑生产节拍为100秒/件，按正常单班工作排产，年产能约6万件。模具制造和零件生产工艺成熟，制造风险低。

3.5 PDCPD前保险杠本体生产工艺

主要生产工序为模具加热→放置预埋件→合模→注射和保压→开模取件→去浇口和毛边→涂装（转运涂装线→预脱脂→脱脂→水洗→表面调整→水洗→表面修补和打磨→水洗→烘干→静电除尘→喷涂色漆→喷涂罩光漆→烘干→后处理）→包装转运。单模具注塑生产节拍为5分钟/件，按正常单班工作排产，年产能约2万件。PDCPD产品的生产工艺为低压反应注射成型工艺（RIM），生产时分成2组液体，混合后注入模具中固化成型。产品生产过程会产生有害刺鼻的挥发物质，生产线需做除味、以及工作人员的健康防护工作。

结束语

综上所述，在汽车保险杠的生产过程中，做好保险杠本体材料应用，不仅能够提高企业在生产效率，同时，在整个的生产过程中会降低更多成本，带来更多更高的生产效率，为汽车生产事业带来更多便利。

参考文献：

[1] 肖汉文.汽车用三元乙丙橡胶改性聚丙烯[J].弹性体，2001，（04）：149-151.

[2] 顾莉.DCPD反应注射成型工艺及模具技术研究[D].南京理工大学，2009.

[3] 王钰栋，金磊，洪清泉，等.HyperMesh&HyperView应用技巧与高级实例[K].机械工业出版社，2012.