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汽車翼子板輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——塑料翼子板
來(lái)源:東方汽車網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2012-07-20
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國(guó)內(nèi)外汽車輕量化發(fā)展現(xiàn)狀
實(shí)現(xiàn)汽車輕量化,是節(jié)省能源的最有效的途徑之一,也是國(guó)際先進(jìn)汽車制造商所追求的重要目標(biāo)。據(jù)估計(jì),汽車重量每減輕10%,就會(huì)節(jié)省8%~10%的燃料。
采用高性能輕質(zhì)材料是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的一條重要途徑。除了采用鎂鋁合金等替代傳統(tǒng)的鋼鐵材料外,塑料材料也被越來(lái)越多地應(yīng)用于汽車中。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前世界上很多轎車的塑料用量已超過(guò)120kg,德國(guó)高級(jí)轎車塑料使用量已達(dá)300kg/輛?,F(xiàn)在,塑料在汽車中的應(yīng)用已從內(nèi)
2、飾件向外飾件、車身和功能結(jié)構(gòu)件擴(kuò)展,如保險(xiǎn)杠、車門模塊、前端模塊、小腿防撞梁、備胎架、頂蓋以及背門系統(tǒng)等。而在國(guó)內(nèi),塑料工業(yè)基礎(chǔ)還比較弱,與國(guó)外比還存在相當(dāng)大的差距,塑料零部件的應(yīng)用大部分還處在研究階段。加快汽車塑料的研究和應(yīng)用,對(duì)于提高汽車自主產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力,趕超世界汽車強(qiáng)國(guó)是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。
國(guó)內(nèi)外塑料翼子板發(fā)展情況
與金屬材料翼子板相比,塑料翼子板具有如下優(yōu)勢(shì):
1.輕量化:塑料翼子板與金屬材料翼子板相比,減重效果可達(dá)45%以上,同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗環(huán)保功能。
2.模塊化:塑料翼子板可以和保險(xiǎn)杠支架組成模塊,整體裝配,減少零件增加所帶來(lái)的裝配誤差,從而提高保
3、險(xiǎn)杠裝配精度。
3.提高效率:采用模塊化供貨可以減少主機(jī)廠內(nèi)部相關(guān)零件的裝配工序,實(shí)現(xiàn)整體一次性裝配。
4.節(jié)約成本:可減少模具、工裝和設(shè)備的投資成本,提高OEM的競(jìng)爭(zhēng)水平。
5.安全:塑料材料良好的抗沖擊性能賦予塑料翼子板更好的能量吸收性能,輕松達(dá)到行人保護(hù)的要求。
6.造型自由度:塑料比金屬具有更大的設(shè)計(jì)自由度,能讓汽車制造商制造出外形優(yōu)美、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及配置最佳的汽車以吸引消費(fèi)者的眼球。
7.耐侵蝕和輕微碰撞:塑料翼子板的這一特點(diǎn),可以進(jìn)一步減少汽車維修成本。
憑借上述七大優(yōu)勢(shì),塑料翼子板在歐、美已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,并得到了客戶的肯定。寶馬、奔
4、馳、大眾、雷諾、雪鐵龍、標(biāo)致等國(guó)際大公司都早已有塑料翼子板的實(shí)際應(yīng)用。
在國(guó)內(nèi),塑料翼子板處于起步階段,汽車工程師對(duì)塑料翼子板的認(rèn)識(shí)還不夠,而翼子板采用塑料材質(zhì)也還不為大多數(shù)用戶所知曉。但是雪鐵龍、標(biāo)致等外資企業(yè)卻已經(jīng)有實(shí)際車型的應(yīng)用,并順利實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。在此推動(dòng)下,塑料翼子板已經(jīng)逐漸被一部分客戶所接受,為塑料翼子板的發(fā)展帶來(lái)了希望。
塑料翼子板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.塑料翼子板材料和工藝選擇
塑料翼子板在國(guó)內(nèi)外的通用制造方法有SMC和注塑成型兩種方式,采用的噴涂工藝有在線噴涂和離線噴涂?jī)煞N方式,如表1所示。
2.翼子板減重和成本分析
從零件重量、投資
5、和成本三方面,將鋼、鋁、塑料材質(zhì)的翼子板進(jìn)行比較(以鋼制翼子板為基準(zhǔn)),結(jié)果如圖1所示(以年產(chǎn)量10萬(wàn)輛份、產(chǎn)品生命周期為5年來(lái)計(jì)算)。很顯然,塑料翼子板的整體優(yōu)勢(shì)是比較大的。
3.塑料翼子板模塊化設(shè)計(jì)分析
(1)塑料翼子板整體安裝定位系統(tǒng)
整體安裝定位系統(tǒng)的設(shè)置是確保翼子板安裝方便和使用的關(guān)鍵因素,對(duì)整個(gè)翼子板結(jié)構(gòu)和公差定義起著決定性作用。鑒于翼子板與A柱和前門配合間隙的重要性,結(jié)合翼子板X向尺寸最大和塑料材料線性膨脹系數(shù)較大的特點(diǎn),一般將塑料翼子板定位點(diǎn)選擇在與前門縫中部偏上位置,塑料翼子板的結(jié)構(gòu)和安裝孔的公差都將以此定位點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如圖2所示,翼子板Z向定位
6、在上部Z1處,方便安裝;X向定位在前門縫配合中上位置X1處,保證與前門和A柱配合間隙;Y向定位采用多點(diǎn)安裝平面定位Y1、Y2、Y3、Y4、Y5,保證零件有足夠多的支撐點(diǎn)。
(2)翼子板與前保險(xiǎn)杠支架集成設(shè)計(jì)
保險(xiǎn)杠支架集成安裝在翼子板上,形成模塊,既能減少零件節(jié)約成本,又可以保證保險(xiǎn)杠與翼子板的配合間隙,如圖3。翼子板與保險(xiǎn)杠的配合主要是間隙和面差,這里通過(guò)在翼子板上增加圓柱凸臺(tái)-Y6和-Y8與保險(xiǎn)杠翻邊上孔配合,保險(xiǎn)杠翻邊與支架結(jié)構(gòu)+Y7配合,共同定位Y向,進(jìn)而控制面差,通過(guò)支架卡接結(jié)構(gòu)與保險(xiǎn)杠翻邊配合達(dá)到控制間隙作用。
(3)與A柱和前門間隙配合控制
翼子板
7、與A柱和前門配合間隙和面差是汽車很重要外觀要求,這里通過(guò)長(zhǎng)圓孔定位(X2)X向保證配合間隙,通過(guò)三個(gè)安裝面(Y9、Y10、Y11)保證翼子板與周圍零件面差,同時(shí)Y9和Y11處為大孔,方便安裝,如圖4所示。
(4)與前組合燈間隙配合控制
翼子板與前照燈配合處,Y12、Y13與 Y14是Y向定位點(diǎn),能夠控制前照燈與翼子板Y向間隙,X3是前照燈X向定位點(diǎn),控制X向間隙,+Z2控制+Z向,防止前照燈向上跳動(dòng)。通過(guò)以上定位安裝結(jié)構(gòu),既可以方便前照燈的裝配,又可以保證翼子板與前照燈外觀尺寸定義要求,如圖5。
(5)與發(fā)動(dòng)機(jī)罩間隙配合控制
翼子板與與發(fā)動(dòng)機(jī)罩配合,通過(guò)Y15和
8、Y16定位結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)翼子板與發(fā)動(dòng)機(jī)罩間隙的控制,滿足尺寸工程要求。
(6)塑料翼子板行人保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
塑料翼子板可以利用自身很好的抗沖擊性能來(lái)降低發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)行人的沖擊,提高對(duì)行人頭部碰撞保護(hù)的能力。通過(guò)SABIC公司的實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析可知(圖7),只要塑料翼子板的翻邊設(shè)計(jì)達(dá)到80mm以上,避免尖角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),就能夠輕易地降低頭部傷害指標(biāo)(HIC),滿足行人保護(hù)法規(guī)要求。
結(jié)論
該種方法已成功應(yīng)用在神龍公司塑料翼子板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,并已在國(guó)內(nèi)量產(chǎn)車型中得到應(yīng)用。
塑料翼子板輕量化和模塊化的特點(diǎn)是一般金屬翼子板不具備的,它的成功應(yīng)用凸顯了汽車輕量化和模塊化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。隨著塑料翼子板逐漸被客戶所接受,塑料翼子板給國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用發(fā)展帶來(lái)了希望,其在我國(guó)汽車市場(chǎng)也會(huì)越來(lái)越普及。
隨著中國(guó)汽車業(yè)的不斷發(fā)展和對(duì)外交往的不斷深入,中國(guó)OEM自身研發(fā)的實(shí)力也不斷增強(qiáng),中國(guó)汽車業(yè)一定能在積極消化和應(yīng)用國(guó)外現(xiàn)有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上,把握汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),研發(fā)出屬于自己的核心技術(shù)。
專心---專注---專業(yè)