基于輕量化材料的汽車塑料件設計與制造工藝研究

摘要：由于社會經濟的快速擴張和生活水平的持續提高，汽車已成為人們生活中最重要的交通方式之一。汽車的迅速普及使個人的交通更加便利，但與此同時，汽車駕駛帶來的環境問題引起了社會各界的廣泛關注。汽車輕量化發展的軌跡已經通過塑料基汽車零部件的創造和使用而確定。輕質汽車塑料部件的生產方法是本文分析和討論的主要課題。

關鍵詞：汽車；輕量化塑料；生產工藝

一、汽車輕量化方式

（一）結構的輕量化

計算機技術在汽車設計和產品制造的許多方面的廣泛應用，以及數字制造業的持續增長，加快了汽車工業化的進程。在設計和生產階段，制造汽車的公司利用矢量化軟件在虛擬環境中完成汽車組合的設計。這種設計方法大大提高了理論模型的有用性和適應性，同時也減少了創建汽車零部件所需的時間。為了減輕汽車的整體重量并提高其駕駛性能，設計師主要利用計算機輔助技術以合理的方式設計和優化當前的車輛結構，同時確保結構設計符合安全規定。除了成功降低汽車結構的設計和生產成本外，汽車結構的計算機輔助技術優化還顯著提高了其制造的質量和生產率。為了設計車輛的結構強度、剛度和其他特征，操作員使用計算機輔助技術構建了一個仿真環境。操作員根據數據分析結果評估車輛的整體安全性能，以防止車輛總重量的減少對操作過程中的安全產生任何負面影響[1]。此外，通過采用計算機輔助技術生成碰撞和汽車模擬，包括流體和塑料力學，通過準確模擬汽車駕駛和碰撞，專業人員可以了解并精通汽車結構的安全性和穩定性。盡管如此，所獲得的實際實驗數據的科學基礎為改進車輛結構設計提供了非常重要的幫助，即使這種模擬實驗不能完全取代真正的碰撞試驗。

（二）材料的輕量化

從過去的概念設計開始，由于材料科學的快速發展，汽車、飛機和船舶等工業物體在強大的技術支持下進入了人們的生活。除了為其他領域將理論付諸實踐提供框架外，材料技術對一個國家的增長和繁榮至關重要。經過多年的研究，工程塑料和復合材料科學領域的兩條重要途徑在飛機生產技術中得到了廣泛的應用。汽車行業也可以從這項技術中受益。當碳纖維復合材料首次被開發時，復合材料長期以來一直被汽車研發領域的幾位專家視為輕量化汽車材料發展的必然趨勢。

二、輕量化的汽車塑料件生產工藝

（一）PLC 控制技術

輕型汽車塑料部件生產工藝的發展在技術上得到了PLC控制技術的有力支持，該技術結合了邏輯控制、數據處理和輸送能力。中央處理單元、輸入/ 輸出單元、功能模塊和連接設備組成了PLC 控制系統，該系統主要使用循環掃描來調節輕量化汽車塑料部件在使用過程中的制造。首先，根據輕量化汽車塑料部件制造技術規范，對PLC 控制系統進行仿真和調試。調試完成后，將系統投入實際生產。由于汽車塑料部件制造中最重要的工藝之一是成型，其質量和成型效果顯著影響汽車塑料部件的生產效率。我們的汽車內外件自動化生產系統基于現場總線控制技術和監控技術應用的特點，合理利用了PLC 控制技術。通過同步監控系統運行，這不僅滿足了零部件生產過程中自動系統報警、故障顯示和自動診斷的目標，而且大大提高了汽車內外部零部件生產的穩定性。其次，在制造過程中，不同的設備層系統通過合理使用PLC 以太網通信模塊緊密相連，形成設備層網絡[2]。接下來，根據產品制造的需求，輸送機鏈系統的處理器，為了將復雜的整個系統拆分為可管理的子系統，從而提高系統運行的可控性，選擇了過程控制、廢氣和廢水處理等控制器。除了成功降低企業的生產成本外，這種生產汽車外部和內部零件的方式還為生產汽車塑料零件的企業增長提供了關鍵數據。

（二）計算機輔助技術

企業制造汽車塑料部件廣泛使用計算機技術來支持工業生產過程。根據企業當前的情況，選擇一種或多種計算機輔助技術來支持汽車行業塑料部件自動化生產水平的成功提升。例如，汽車塑料部件的制造經常使用CAD 技術，該技術使用計算機軟件根據塑料部件的尺寸、性能和質量標準設計和優化塑料部件的結構。為接下來的塑料部件制造做好充分準備，然后根據汽車塑料部件的尺寸和結構設計成型模具。為了劃分網格結構，設計和優化成形工藝參數，設計者需要首先將成形模具設計從CAD 軟件導入CAE 軟件。除了根據汽車塑料件的生產要求模擬整個成型工藝過程外，目前最流行的CAE 軟件Moldflow還可以為設計人員提供最準確的產品參數信息，包括自動原材料選擇、模具澆口位置、冷卻和澆注系統、模腔樹和結構確定等，提高汽車塑料件生產的整體質量和效率。利用CAD 和CAE軟件，除了允許設計人員選擇成型工藝和產品設計的參數和流程外，CAM 軟件還可以與數控機床緊密連接，以調節數控機床的操作，生產出更精確可靠的汽車塑料部件。除了成功地降低了傳統汽車塑料零件生產過程中工人的計算負擔外，在汽車塑料零件制造中越來越多地使用各種接收器軟件也促進了生產精度的持續提高[3]。

（三）工業機器人技術

工業機器人技術是一種用機器人代替傳統體力勞動的尖端制造技術。在汽車塑料部件的自動化制造和加工中，機器人是必不可少的。在生產過程中，制造汽車塑料部件的公司只需要訓練機器人完成各種手工無法完成的活動。經過廣泛的研究和分析，發現工業機器人技術在汽車塑料零件制造和加工中的推廣和使用主要涉及以下幾個階段：（1）第一階段。在汽車塑料部件的制造中，這一步大多使用氣動機器人來執行基本的包裝和拆卸任務。（2）快速增長階段。從氣動機器人到伺服機器人的過渡是這一階段的主要重點。除了有效地完成額外的工作外，伺服機器人還可以通過手動編程和控制顯著提高其工作效率和塑料制品的制造效率。（3）未來階段。目前，只有規模較大的國際公司生產這種水平的汽車塑料部件；自動控制單元主要用于機器人執行復雜的操作，如組件組裝、尺寸測量和噴涂。在汽車塑料零件制造過程中推廣和實施先進的自動化技術理論，不僅實現了重組和優化生產過程的目標，而且鼓勵全面提高組件生產質量和效率。例如，在建造汽車塑料包裝生產線時，必須手動執行標準的手動包裝程序，包括材料回收、捆綁、密封和碼垛。一旦自動化包裝生產線得到改進和優化，通過使用自動化控制技術設計自動進料機構和碼垛系統，以及使用工業機器人完成產品包裝過程，可以提高汽車塑料包裝的效率。此外，操作員可以根據生產過程提前計劃生產參數，并管理工業機器人在汽車塑料外部部件、廢水處理、消防系統等的自動涂裝生產線上完成生產。

三、塑料在汽車輕量化中的具體應用

（一）在汽車內飾方面的應用

汽車儀表板、車門內板、座椅和其他部件是汽車驅動部件的主要用途。每個地方使用的塑料材料必須不同，因為地理結構會影響對塑料的觸覺、美學和舒適性的要求。例如，生產商應根據實際需求選擇耐熱性高、不易變形的塑料，因為汽車儀表板使用了大量塑料。汽車車門的內板通常使用壓縮成型和低壓注塑生產。內板是通過將皮膚加工并壓縮到尚未凝固的聚乙烯上而制成的。

（二）在汽車外飾方面的應用

在汽車制造業中，塑料部件因其輕質、耐腐蝕、易加工成型等特性而被廣泛應用，其中模壓塑料板和改性聚丙烯（PP）材料是制造汽車保險杠等關鍵部件的主要工藝手段。這些材料不僅能夠有效降低車身重量，提升燃油效率，還能在保證安全性能的同時，賦予汽車更加流暢和現代化的外觀設計。

模壓塑料板工藝通過高溫高壓將塑料板材壓制成型，適用于制造形狀復雜、尺寸精度要求高的部件，如保險杠。改性PP 材料則通過添加各種改性劑來增強其物理性能和加工性能，使其更加適應汽車部件的制造需求。這些材料的應用，不僅提高了生產效率，還降低了生產成本，是現代汽車制造業不可或缺的一部分。

散熱器格柵作為汽車前臉的重要組成部分，其材料選擇同樣至關重要。ABS 和ABS/PC 合金因其良好的加工性能、表面光澤度和耐沖擊性能而被廣泛采用。ABS 材料具有良好的成型性和可塑性，可以方便地加工成各種復雜形狀；而ABS/PC合金則結合了ABS 和PC 兩種材料的優點，具有更高的耐熱性和強度。

ABS 材料的耐熱性相對較弱，這在一定程度上限制了其在高溫環境下的應用。為了解決這個問題，生產過程中需要添加黑色耐熱化學品，以提高ABS 材料的耐熱性能。這些化學品不僅能夠增強材料的熱穩定性，還能改善其耐候性和抗老化性能，從而延長汽車部件的使用壽命。

模壓塑料板和改性PP 材料在制造汽車保險杠等部件中發揮著重要作用，而ABS 和ABS/PC 合金則是散熱器格柵等部件的理想選擇。通過添加耐熱化學品等改進措施，可以進一步提升這些材料的性能，滿足汽車制造業對高質量、高性能部件的需求。隨著科技的進步和材料的不斷創新，未來汽車制造業將迎來更多高效、環保、安全的塑料部件解決方案。

結論

總之，塑料材料最大限度地提高了汽車結構強度的需求，同時也是實現汽車輕量化發展目標的關鍵。此外，汽車輕量化的進步使塑料和相關復合材料的使用和推廣成為該行業未來增長的不可避免的趨勢。為了使中國汽車行業健康、可持續地發展，推進汽車塑料部件在汽車輕量化制造中的應用研究至關重要。

參考文獻：

[1] 何明徽. 試論汽車塑料件成型加工技術[J]. 時代汽車，2019（08）：99-100.

[2] 貿舒媛. 基于精益生產方式的汽車塑料件應用研究[J]. 塑料工業，2018.46（11）：9-12.

[3] 孔健. 汽車塑料件涂裝質量的控制分析[J]. 建材與裝飾，2018（44）：118-119.