轻型客车保险杠设计流程及要点

轻型客车保险杠设计流程及要点

黄科

珠海广通汽车有限公司，广东省珠海市， 519040

摘要：随着经济和各行各业的快速发展，随着轻型客车行业的发展，市场对客车前后保险杠的要求，不仅需要其承担吸收和缓冲外界撞击力、防护车身前后零部件的安全，同时在外观造型上，需要用来凸显整车核心外观面，展示车型外观设计风格，是整车造型是否美观的重要影响零部件。轻型客车保险杠一般由塑料保险杠、缓冲材料和横梁三部分组成，其中塑料保险杠的设计不仅要满足相关法规，同时还需要考虑整车造型布局、工艺可行性等方面的内容。本文主要介绍轻型客车塑料保险杠的设计流程及要点。

关键词：保险杠；设计流程；设计要点

引言

前保险杠结构设计的好坏直接影响着前保险杠本身的固定及与周围零部件的匹配，是整车外观造型重要的设计环节；因此，前保险杠的设计人员需要在实践中不断提高自身设计能力，了解前保险杠的结构特点、生产工艺、零件材料的特性，以便在前保险杠的结构设计中提高应对各种问题及合理优化方案的处理能力。

1概述

近期，随着雾霾等空气环境污染的加剧，我国汽车工业的发展面临着环保问题的巨大压力，而轻量化技术有助于节能减排、提高发动机效率、降低尾气排放、降低油耗、降低整车成本，是各车企对零部件供应商的迫切要求。今天的乘用车保险杠，是由PP（聚丙烯）材料注射成型，再经涂装、装配等工序生产完成的塑料蒙皮制品，其壁厚决定了产品的重量。传统保险杠蒙皮壁厚一般为3mm左右，总重量在8kg左右。进入21世纪，日本汽车制造商为降低整车重量和成本，率先研究塑料保险杠薄壁化技术，经过多年努力，平均壁厚降低至2.5mm以下，较传统设计的保险杠蒙皮减重16%，成果斐然。总体来说，薄壁化保险杠较传统保险杠有以下优势：①重量轻；②成型生产节拍降低，从而降低生产成本；③壁厚方向收缩率较小。但到现在为止，国内尚未普及这种技术，这是因为存在以下风险和难度：保险杠不仅仅起到装饰作用，它也是吸收和缓和外界冲击力、保护车身及行人安全的保护装置。国家标准和各主机厂对保险杠的刚性、回弹性能、低速碰撞性能、行人保护、震动性能、模态等指标都有严格的标准。其中，刚性是非常重要的力学标准。如何在降低壁厚和产品重量的同时，保证刚性指标在标准允许的范围内？建立轻量化结构的保险杠产品刚性实验仿真模型，验证轻量化保险杠的刚性实验性能，从而为进一步优化产品重量，改善产品结构提供参考指标。

2保险杠设计流程及要点

2.1造型设计阶段

1）造型可行性分析。造型可行性分析是在效果图认可后建立CAS面数据的基础上，对CAS面的工艺可行性进行分析的重要阶段，是评估造型从设计构想到生产实现的关键流程。2）制作典型截面。制作典型截面是用来分析保险杠与周围零部件的配合关系，通过数据评估间隙段差是否符合设计构想，是否有充足的空间满足连接布置。3）造型CAS面发放(制作油泥模型)。油泥模型是一般汽车外观造型设计过程中，利用工业油泥制作出来的造型设计方案的实体模型，油泥模型可以根据需要采用不同比例制作，其是经过前期效果图制作、评审、修订、CAS面可行性分析等多个环节后，对造型设计方案更为直观的理解和表现的手段；油泥模型的制作是造型CAS面冻结发放前的最后一道验证流程，有条件的话建议要安排制作。

2.2浇口数量和浇口位置的确定

首先根据经验确定浇口的位置和数量，然后通过模流分析验证方案的可行性并预测潜在的风险，从而对浇口方案进行优化设计。保险杠模具设计过程中，从浇口数量的选择、浇口位置的确定到流道平衡及顺序阀开闭时间的控制等都重要，过去仅凭经验设计，因此需要经过多次试模与修模，造成模具开发周期延长，增加了制造成本。在该保险杠模具开发过程中，将模流分析作为标准流程，通过仿真分析发现熔接痕位置不满足成型要求，制品翘曲变形也较大，根据仿真结果更改浇口位置，采用顺序阀控制浇口的开闭时间，同时对浇注系统和冷却系统进行优化设计，缩短了模具开发周期，避免了潜在的风险，提升了制品成型质量并降低了制造成本。一方面通过调节浇口的位置和顺序阀的开闭时间，改变了熔接痕的位置，另一方面设置合理的冷却系统改善了制品的翘曲变形，翘曲量由7.4mm降至5.8mm。

2.3前保险杠与翼子板搭配处结构设计

前保险杠与翼子板的匹配，一般通过前保安装支架进行连接。前保安装支架的结构设计要求一方面固定在翼子板，另一方面与前保险杠进行连接；前保安装支架结构设计的好坏直接影响前保险杠与翼子板的间隙段差值，是整车前围间隙段差精度的重要且较难控制项，因此在进行前保安装支架的结构设计时，需要考虑如下几项要求：（1）前保安装支架与翼子板的连接方式前保安装支架一般采用螺栓与翼子板进行固定，保证前保安装支架的安装精度，（2）前保安装支架结构需有利于前保险杠的安装与拆卸前保安装支架与前保险杠一般采用卡接的方式进行连接，方便安装及拆卸，为满足前保多次拆卸的需求，前保安装支架的卡接结构要做适当加强，可通过设置加强筋等方式强化卡接结构，避免因多次拆装导致前保安装支架卡接结构失效。（3）前保安装支架的材质该款前保安装支架采用PA6+GF30材质，前保安装支架一般采用POM或PA6+GF30两种材质，前保安装支架材质一般结合前保险杠的结构特点及材质本身的特点进行选择。

2.4出模

产品出模正常情况下均为机械手取件，机械手取件注意不要划伤产品，如果是吸盘装置的，注意吸盘的力度，避免出现吸盘，取件后需要对产品表面进行检查是否有出模拉伤，如有需要对机械手进行轻调；取件后自动剪浇口装置修剪浇口的，重点确认浇口的修剪，不能出现修亏和存在料把的现象。抓具将产品放置在传送带上传输进行称重检测，重量的检测与产品的尺寸息息相关。某些企业的自动化程度不是很高，在出模后通过传动带传送至修浇口的工位，人为去除浇口，在本工序，应注意：（1）机械手、传送带的防护及日常点检，避免造成产品的划伤，如有划伤后续还要使用1000#以上的砂纸进行打磨或报废，打磨后的面品质量确认需要重点确认，影响后续的喷涂质量，可产生砂纸印或划痕。（2）修浇口：需要注意操作人员必须要佩戴手套，并保持手套的清洁，不能裸手摸产品的表面，影响后续的喷涂质量；手动修剪浇口需要根据浇口位置的不同采用不同的修剪方法，如浇口设定在后保险杠的后背门的打开能发现的位置，必须要用刀修，位置是否有胶条覆盖，设定修后的公差，可使用极限样件进行管理。追溯标识：激光打标或手写标识，做到最小批次追溯。

结语

随着轻型客车市场的发展，市场及客户对车辆保险杠的要求逐步提高，不仅要求保险杠在满足基本功能的前提下，还需实现与整车造型的协调，降低风阻系数，提升整车美感等要求；这对保险杠产品设计人员的技能提出了更高的要求，要求设计人员时刻关注行业的发展方向、零件采用的最新材料、运用的最新工艺，以及轻量化在零件上的应用，只有与时继进，不断提升设计能力，才能跟上市场的发展需求。

参考文献：

[1]袁莹莹.基于Moldflow技术汽车保险杠翘曲变形分析与优化[D].杭州:浙江工业大学,2013:24-62.

[2]余玲,陈是德,张诗.基于Moldflow的汽车保险杠浇注系统优化设计[J].模具工业,2011,37(1):18-21.