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材料資訊
2020/7/7 17:17:17
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輕量化之薄壁化保險杠
輕量化已成為汽車業(yè)發(fā)展的重要方向之一，汽車零部件的薄壁化是實現(xiàn)汽車輕量化結(jié)構(gòu)設計的重要方法之一，已經(jīng)成為衡量各汽車設計能力的一個重要指標。汽車制件薄壁化技術(shù)的迅速發(fā)展，不僅提升了操控性能，而且減輕了整車重量，降低了整車油耗，還縮短了成型周期，降低了生產(chǎn)成本。
薄壁化保險杠材料的開發(fā)歷程
20世紀70~80年代，塑料替代金屬用于保險杠，降低成本，安全性，耐候；產(chǎn)品的壁厚一般大于4mm，產(chǎn)品重達5~7Kg，強度低，手感偏軟。
20世紀90年代至2003年，零斷差，尺寸穩(wěn)定，油漆性好，制品壁厚3~4mm。
2003年至現(xiàn)在，快速成型、薄壁、制品壁厚一般在2.0~3.0mm，產(chǎn)品輕，偏硬，降低總和成本。
應用材料及車型：
1、聚酯材料保險杠（標致405）
2、聚丙烯材料保險杠（奧迪100，高爾夫，桑塔納）
3、聚丙烯改性薄壁化材料保險杠(發(fā)展趨勢)
4、復合材料保險杠（SMC,GFRP，CFRP）
薄壁化保險杠的優(yōu)勢分析
1、產(chǎn)品壁厚減薄，重量減輕，調(diào)整后的原材料密度會有5％一10％的增加制件減重將達到10至20％左右；
2、能耗更低，由于制件生產(chǎn)和加工的物料量減少，運輸能耗也降低，塑料制件成型過程的降溫和升溫所需的能耗也必然降低；
3、成型周期短，制件壁厚減薄，注塑過程易于實現(xiàn)快速填充，產(chǎn)品成型周期短，冷卻降溫時間縮短，提高注塑生產(chǎn)節(jié)拍，降低了制造成本；
4、收縮率小，薄壁制件后收縮小，有利于制件與車身的匹配以及生產(chǎn)過程中的尺寸質(zhì)量控制。相同材料的情況下，制件越薄收縮率越小，有利于產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性；
5、同質(zhì)化進程加快，薄壁設計加快了零件選材的同質(zhì)化進程，薄壁設計選用的材料在性能和加工方面是較為卓越的，其性能往往能夠涵蓋以往的多個材料標準，同時結(jié)構(gòu)設計的調(diào)整又將擴大薄壁化零件的設計應用范圍。
薄壁化保險杠對材料的性能要求
材料性能要求“三高三低”，即高沖擊性、高流動性、高剛性和低收縮率、低膨脹系數(shù)、低VOC（材料及油漆中揮發(fā)性有機化合物）。
薄壁化保險杠配方選材的注意事項
薄壁化需要對應提高剛度（強度，模量等），工藝上需要提高流動速度，快速充模，需提高熔指（流長），材料選擇需要注意環(huán)保性能，注意散發(fā)，控制蒸發(fā)排放.(添加物質(zhì)需符合ELV及ROHS)。
薄壁化保險杠產(chǎn)品設計要點
1、壁厚和加強筋設計
薄壁化的保險杠應壁厚均勻、厚薄適當且不應有突變，厚薄不同的部位應逐漸過渡。加強筋和制品壁的連接處及端部，都應用圓弧相連，以防止應力集中而影響制品質(zhì)量。設計加強筋應注意掌握以下幾點：
①筋位厚度應小于制品厚度的1/3左右，以免產(chǎn)生縮痕。
②高度不宜過大，否則會使筋部受力破壞。
③設置方向應與槽內(nèi)料流方向一致，以免由于料流的干擾而損害制品的質(zhì)量。
④多條加強筋要分布得當，排列應互相錯開，以減少收縮不勻而引起破壞。
⑤不應設置在大面積制品的中央部位，如非設置在中央不可時，則應在其相對應的外表面上加設槽溝，以免消除可能產(chǎn)生的流紋。
2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化
薄壁化的保險杠應壁厚均勻、厚薄適當且不應有突變，厚薄不同的部位應逐漸過渡，防止產(chǎn)品因膠位突變導致產(chǎn)品出現(xiàn)縮痕、收縮不均勻而導致產(chǎn)品變形。對于保險杠的薄壁化設計不論內(nèi)、外表面的轉(zhuǎn)折處均應設計成圓角，這樣不但機械強度高，外觀漂亮，塑料在型腔里流動也比較容易。否則，保險杠在使用時夾角處易受壓而破壞，成型冷卻時易產(chǎn)生內(nèi)應力和裂紋。
薄壁化保險杠模具設計要點
1、進膠點排位設計
由于保險杠的壁厚減薄，由普遍使用的3mm，薄壁化設計為2.5mm。對原材料在模具內(nèi)的流動產(chǎn)生很大的影響。原材料的流動距離和單個熱流道噴嘴的進膠量都會受到嚴重影響。因此在模流分析中的點位排布非常重要，產(chǎn)品是否能夠完整填充就取決于熱嘴的布置。
2、澆口形式設計
對于薄壁化保險杠，澆口形式的設計會影響產(chǎn)品的填充和產(chǎn)品的表面質(zhì)量。由于澆口較小，高速的熔融塑料在通過澆口時會產(chǎn)生較大剪切力，使產(chǎn)品二次加熱，提高塑料材料問題，從而能夠增加流動距離。如果設計的澆口過小，會使進膠量減少，也會產(chǎn)生無法填充飽和的問題。
3、過度壁厚設計
對于薄壁化保險杠，在有翻遍和安裝結(jié)構(gòu)的位置做均勻壁厚的防縮結(jié)構(gòu)；或者適當增加壁厚，并且與主壁厚做好過度，防止出現(xiàn)縮痕表面缺陷。
4、頂出設計
對于薄壁化保險杠，由于壁厚減薄，產(chǎn)品的表面強度降低，而且保險杠的整體強度降低，在頂出設計要考慮頂出結(jié)構(gòu)的頂出面積和整個產(chǎn)品的平衡頂出。頂出設計全部應用頂塊，用于保證頂出面積。同時零件頂出左右和上下保持平衡，避免頂出變形和劃傷。
通過分析總結(jié)薄壁化材料性能要求和薄壁化保險杠的結(jié)構(gòu)和模具設計要點，從而保證薄壁化保險杠滿足基本性能要求及良好的外觀質(zhì)量。2025年實現(xiàn)實現(xiàn)保險杠壁厚在2.0mm，實現(xiàn)減重15％-20％的輕量化目標。汽車保險杠采用薄壁化材料進行薄壁化設計是材料輕量化與結(jié)構(gòu)輕量化結(jié)合的產(chǎn)物，為整車減重的實現(xiàn)提供了有效路徑。
