轎車前保險杠吸能塊的改型設計

王旭

（一汽豐田技術開發有限公司）

近些年，國內各大汽車生產廠紛紛對現有車型進行外飾局部改型，以迎合消費者需求，促進市場消費。前保險杠作為汽車重要的外飾件，成為了主要的改型對象。車輛前部造型的變化主要有2 種情況：1）保險杠的型面發生變化；2）下進氣柵采用新造型、保險杠的結構發生變化。二者均會對吸能塊的結構產生影響。文章主要講述轎車前保險杠吸能塊的改型設計流程，在滿足法規要求和原有車型設計要求的前提下，使吸能塊滿足新保險杠的造型需求。該方法用于前保險杠發生造型變更（型面變更或下進氣柵采用新造型），吸能塊結構相應修改的情況（產品的支撐、W 向寬度和定位沒有發生變化）。

1 吸能塊介紹

1.1 吸能塊與周邊件的配合關系

吸能塊周邊零件主要有保險杠和加強梁。保險杠以及吸能塊的主要作用是在汽車發生接觸和輕度碰撞時，不會導致車輛受到嚴重損傷[1]；而保險杠加強梁的作用是保證車身剛性，減少正面碰撞時乘員所受傷害[2]。吸能塊一般是以定位銷的形式安裝到加強梁上面，加強梁對吸能塊起到定位和支撐的作用（以車型A為例說明）。吸能塊、保險杠和加強梁之間的配合關系，如圖1 所示。

圖1 保險杠裝配總成結構關系（車型A 中心斷面）截圖

1.2 材質

材質的選取決定了吸能塊產品的物理性能。車型不同，產品的結構也不相同。其中發泡率是吸能塊材質選擇的一個重要指標：發泡率越小，吸能塊的剛性越大，即產生相同的變形所需的力更大，但具體的物性曲線不一定是線性的。

1.3 加工工藝

吸能塊產品采用發泡工藝加工制成，主要經歷加熱、冷卻2 個階段。吸能塊加工工藝流程，如圖2 所示。

圖2 汽車前保險杠吸能塊加工工藝流程圖

2 斷面分析

2.1 關鍵斷面的選取

斷面分析是完成3D數據的前提，是車身零部件設計不可缺少的一部分，所以斷面分析選擇的斷面位置至關重要。一般主要選取以下位置：1）中心位置（如圖3和圖4 中A-A 斷面所示）；2）保險杠設變后干涉嚴重的部位；3）保險杠與吸能塊間隙變化明顯的部位；4）零件間的臨界位置。斷面分析的原則是斷面能反映零件各個位置的特征，即完全說明零件的特點。只有這樣，干涉檢查才沒有盲點，后續三維數據修改的結構才能正確。

圖3 汽車保險杠吸能塊產品示意圖

圖4 汽車保險杠產品主斷面A-A 截圖

2.2 斷面制作并確認

斷面制作時要體現產品的定位形式（通常是通過定位銷），吸能塊與保險杠、加強梁等周邊零件間的間隙，產品的最小R 角等。各個位置的斷面完成以后，再對設計變更前后同一位置的斷面進行對比分析，以確定結構的復雜程度，避免造成產品加工困難。

3 3D數據制作

3.1 參考面的提取

在進行3D數據修改之前，首先把設計變更后的保險杠新數型提取出來，作為參考面來修改吸能塊的結構（注意提取保險杠的內表面，即與吸能塊存在間隙的表面），如圖5 所示。用偏移命令根據選定的參數值，把提取的參考面偏置一定距離，作為修改后吸能塊的表面。

圖5 保險杠參考面提取

以上結果得到的是吸能塊的前表面，當保險杠發生設變時，往往緩沖塊的下表面也需要修改，這時就不能按照上述的方法進行。此時要根據斷面分析的結果，把各個斷面相應位置的特征線提取出來，混合制作一個參考面，作為修改吸能塊下部結構的表面。由此可見，斷面分析階段對產品結構的修改至關重要。

3.2 吸能塊數據修改

在參考元素準備齊全的情況下，下一步驟就是修改吸能塊數型。所用到CATIA 面操作的一些常用命令包括面結合、分割、裁剪。常規方法是先進行產品整體的面修剪工作，把多余的面裁掉后進行導角。但一些復雜的導角不能一次完成，可以采用先導角、后面結合的方法，具體步驟視情況而定。車型A 產品吸能塊裁剪后的3D 結果，如圖6 所示。

圖6 車型A 產品保險杠吸能塊3D數據模型修改結果

然后對面結合后的片體進行導角，再用鏡像命令做出產品的左側，最后面結合到一起，得到最終產品（注意不對稱結構的修改）。

3.3 吸能塊數據檢查

數據修改結束后的產品，在三維模型狀態下更直觀，零件間的裝配關系更加清晰。可以借助CATIA 中的工具對3D數據進行檢查，產品檢查項目，如表1 所示。

表1 汽車前保險杠吸能塊檢查項目

4 二維圖制作

4.1 斷面選取

3D數據完成之后，需要生成二維圖紙，說明產品的特征，用于指導生產。二維圖主要選取以下位置：1）中心位置（如圖3 和圖4 中A-A 斷面所示）；2）產品的重要特征部位；3）與其它產品有裝配關系的位置；4）與其它部品有嚴格間隙、讓空的位置；5）設計變更前圖紙斷面的位置。

4.2 關鍵參數的標注

二維圖參數表明了產品本身的特點及與周圍部品的關系，各參數和產品的生產加工直接相關，所以產品的重要性能參數需要標注在圖紙上面。這些參數一般包括產品主要的形狀尺寸、周圍零件的位置尺寸、倒角尺寸、尺寸工差和幾何工差、分模線位置等。

5 產品性能評價

5.1 產品試制

產品的正式圖紙發布之后，供應商會按照相應的要求制作模具，進行產品的試制工作。通過產品試制可以檢驗設計的正確性，更重要的是可以檢驗產品的可加工性，以及試制件的硬度和精度等。產品試制過程中，會選擇若干個首批件，作為后續試驗評價的樣品。

5.2 產品評價

產品評價分為零件性能評價和整車性能評價。零件性能評價主要是對產品的壓縮應力變化率、耐沖擊性、質量尺寸變化率等的評價，一般由供應商完成；整車性能評價是把各個部品組裝起來，對零件間的裝配關系、定位精度、使用性能等方面進行評價，一般在整車廠進行。

6 結論

文章講述了通過CATIA 軟件設計A 車保險杠吸能塊的過程。通過此設計流程可以完成常規轎車用保險杠吸能塊的改型開發，進而在投資較少的情況下完成車輛外飾局部改型開發。今后還可將此方法擴展，應用于其他發泡材質的汽車內外飾零件的設計。