薄壁化技術在汽車保險杠上的應用探討

房彥明

摘要：輕量化是汽車行業(yè)深化發(fā)展的必然趨勢，薄壁化技術在汽車零部件輕量化方面起到促進作用。因此，本文從不同角度入手客觀探討了薄壁化技術在汽車保險杠上的應用，保證汽車保險杠運行安全的同時實現(xiàn)輕量化，提高汽車運行的節(jié)能性與經(jīng)濟性。

關鍵詞：薄壁化技術;汽車保險杠;應用;探討

0? 引言

安全、環(huán)保、節(jié)能是當下汽車工業(yè)發(fā)展中三大關鍵性話題[1]，汽車輕量化是不可忽視的重要策略。與此同時，保險杠是汽車運行中必不可少的安全件、外觀件，要在細化分析的基礎上從材料、結構、制造工藝等層面入手，靈活應用薄壁化技術的同時優(yōu)化汽車保險杠設計，在控制保險杠重量的基礎上有著較高的安全性、裝飾性、功能性，持續(xù)改進汽車質量的同時實現(xiàn)綜合效益目標。

1? 汽車保險杠壁厚發(fā)展趨勢與薄壁化技術的應用優(yōu)勢

1.1 汽車保險杠壁厚發(fā)展趨勢

根據(jù)世界鋁業(yè)協(xié)會的報告：汽車自身重量每減少10%，汽車燃油消耗可以降低6%到8%，排放量可以降低5%到6%。保險杠是現(xiàn)代化汽車不可或缺的部件，隨著汽車工業(yè)全面以及深層次發(fā)展，保險杠已被提出全新的要求，實現(xiàn)多樣化功能作用的同時要具有鮮明的輕量化特點。在科技發(fā)展過程中，汽車保險杠壁厚也在動態(tài)變化，20世紀70到80年代，汽車保險杠壁厚大都在4mm以上，20世紀90年代到2003年，汽車保險杠的壁厚范圍大都為3到4mm，2003年到2012年，汽車保險杠的壁厚范圍大都為2到3mm，2012年到現(xiàn)在，小于2mm是汽車保險杠壁厚發(fā)展的趨勢。

1.2 薄壁化技術在汽車保險杠上的應用優(yōu)勢

薄壁化技術深化發(fā)展的同時多方面優(yōu)勢作用明顯，將其應用到汽車保險杠是可行的，在保證汽車保險杠運行安全以及質量的基礎上對其進行合理化薄壁處理，在不改變保險杠原材料密度的基礎上減小壁厚，保險杠重量也會發(fā)生明顯的變化，比如，保險杠壁厚由3mm減到2.5mm，保險杠減重15%;保險杠壁厚由3mm減到2.2mm，保險杠減重超過20%[2]，減輕重量的同時還能減少應用到汽車保險杠中的材料。在此過程中，汽車保險杠注塑成型的周期受到填充時間、冷卻時間、開模時間等影響，冷卻時間又和保險杠壁厚有著直接聯(lián)系。薄壁化技術的科學應用可以減小汽車保險杠壁厚，冷卻時間也會明顯縮短，模具型腔空間也會減少，縮短汽車保險杠生產周期的同時生產效率明顯提高。薄壁化技術的應用可以降低汽車保險杠制件的收縮率，提高保險杠的尺寸穩(wěn)定性，解決和車身裝配中呈現(xiàn)的尺寸匹配問題，提高汽車整體結構性能以及運行效果。

2? 薄壁化技術在汽車保險杠上的具體應用

2.1 薄壁化技術應用中對汽車保險杠材料的要求

薄壁化技術應用到汽車保險杠的優(yōu)勢作用體現(xiàn)在多個方面，但在具體應用過程中對保險杠材料有一定的要求。首先，汽車保險杠材料要具有較高的流動性，將壁厚減薄對成型溫度、注塑壓力等的影響最小化，在成型以及模具溫度、注塑壓力不變的情況下[3]，模具型腔可以迅速被高流動性的材料充滿。其次，汽車保險杠材料要具有較高的模量。汽車保險杠壁厚減薄的同時剛度也會有所降低，需要優(yōu)化保險杠的結構體系，應用到保險杠中的材料也要有著較高的模量。最后，汽車保險杠材料要具有較高的韌性。保險杠在汽車運行過程中起到多樣化的作用，比如，緩和外界的沖擊力，防護車身前部的安全裝置，這就要求保險杠材料的韌性要高，在流動性、韌性、沖擊性等相互作用下保證材料質量，滿足汽車保險杠性能要求。相應地，表1是薄壁化材料、傳統(tǒng)材料二者性能對比情況。

2.2 汽車保險杠薄壁化設計

2.2.1 壁厚設計

汽車保險杠薄壁化并不是表示所有位置的壁厚都要特別薄，要在優(yōu)化應用薄壁化技術基礎上針對保險杠結構性能、安全系數(shù)、材料性質等，規(guī)范化設計各個部位的壁厚，將厚度控制在規(guī)定的范圍內，比如，局部翻邊位置的壁厚不能太薄，而主體面不能太厚。壁厚過渡位置要具有較高的均勻性，盡可能拉長對應的過渡區(qū)間，以3倍壁厚長度最佳[4]。在壁厚設計過程中，要注意流動通道變化，動態(tài)控制壓力損失以及注塑各個環(huán)節(jié)，避免注塑的制件表面凹凸不平，要控制好制件的設計壁厚、實際壁厚，通過測量、調整等，將模具加工中呈現(xiàn)的誤差控制在規(guī)定范圍內。

2.2.2 卡扣、加強筋與翻邊設計

在應用薄壁化技術過程中，汽車保險杠的壁厚會減薄，卡扣、螺絲柱等位置的壁厚也需要根據(jù)實際情況進行針對性調整，優(yōu)化設計卡扣的同時避免制件表面出現(xiàn)大量的縮痕。增設加強筋是提高汽車保險杠機械性能的重要手段，要在薄壁化技術作用下，準確把握加強筋分布的位置，科學設計加強筋的同時避免出現(xiàn)應力集中、收縮不均勻等問題，在發(fā)揮加強筋功能作用基礎上促使汽車保險杠運行中有著較高的機械性能。此外，通常情況下，汽車的保險杠都存在不同類型的翻邊，要在薄壁化技術應用中科學設計翻邊，在應用防縮槽基礎上合理減薄翻邊、壁面二者連接處的壁厚，防止翻邊位置出現(xiàn)明顯的縮痕。

2.3 汽車保險杠薄壁化設計的問題與解決對策

2.3.1 表面缺陷

表面缺陷是汽車保險杠薄壁化設計中常見的問題，比如，保險杠表面出現(xiàn)虎皮紋、流痕[5]，主要是因為在注塑沖模的時候，材料會流經(jīng)薄壁的型腔、卡扣位置等，會受到較大的剪切力，明顯大于常規(guī)的模具，材料中不具有較好相容性的組成成分將會分離，保險杠表面也會出現(xiàn)缺陷問題。在解決表面缺陷問題中，需要深化把握保險杠材料的流動性、力學性能等，在應用方法、技術過程中優(yōu)化材料組成成分，提高相容性以及材料的整體性能，對保險杠表面極易出現(xiàn)流痕等缺陷問題的位置進行針對性處理。

2.3.2 翹曲變形

汽車保險杠薄壁化設計中出現(xiàn)的翹曲變形問題和釋放的應力、制件收縮率、冷卻時間、結晶速度等密切相關。針對汽車保險杠薄壁化設計具體要求以及關鍵點，以翹曲變形嚴重程度為出發(fā)點，在合理調整模具的設計方案以及保險杠材料的收縮率、注塑的工藝參數(shù)等基礎上動態(tài)控制收縮率，在調整注塑壓力、脫模力等過程中將應力系數(shù)控制在規(guī)定范圍內，高效解決翹曲變形問題。

2.4 缺膠和飛邊

缺膠、飛邊都是汽車保險杠薄壁化設計中不可忽視的問題。缺膠主要是在注塑成型的時候，模具的型腔沒有被材料完全填充。隨著保險杠的壁厚不斷減薄，熔體的流動阻力持續(xù)增大，熔體、模具二者溫度明顯降低，熔體粘度增大，出現(xiàn)熔體滯流、注射時間延長等情況，導致熔體沒有在規(guī)定的時間內凝固，出現(xiàn)缺膠問題，也可以叫做填充不足問題。飛邊主要是因為注塑壓力超過規(guī)定范圍，模具的閉合效果不好。針對薄壁化技術應用要求以及汽車保險杠運行性能，聯(lián)系各方面實際的同時動態(tài)控制薄壁化設計中熔體、模具二者溫度，包括注塑的時間、注射的壓力，最大化提升模具配合的精準程度，在源頭上高效處理缺膠以及飛邊問題。此外，針對汽車保險杠薄壁化設計中呈現(xiàn)的翹曲變形、表面缺陷等問題，進一步優(yōu)化薄壁化技術應用的各個環(huán)節(jié)，在發(fā)揮效能基礎上改進汽車保險杠的結構體系，在保險杠及其材料性能提升基礎上提高汽車整體運行效果，保證汽車保險杠薄壁化設計質量，促使薄壁化技術更好地應用到整車輕量化設計中，在減輕重量、提高安全系數(shù)、降低能耗、減少成本等過程中提高汽車運行的綜合效益。

3? 結語

總而言之，保險杠是汽車輕量化實現(xiàn)的重要方面，要在把握性能要求的基礎上探索新思路、新方法的同時高效應用薄壁化技術，減輕保險杠重量的同時優(yōu)化完善保險杠結構體系，在能耗、運行成本高效控制過程中充分發(fā)揮保險杠功能作用，最大化提高汽車運行效率以及效益。

參考文獻：

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[3]張世湖，呂偉妮，陳俊，熊希平，黎勝欽.汽車塑料保險杠模態(tài)分析及其結構優(yōu)化[J].汽車實用技術，2019（12）：91-95.

[4]程健，劉凱，黃家奇.某車型薄壁化保險杠的Moldflow分析[J].汽車實用技術，2018（06）：102-104.

[5]王鎮(zhèn)江，何造，龔世海，馬泉，韋永樂.汽車塑料保險杠的薄壁化技術[J].汽車實用技術，2017（04）：51-53，61.