<center id="icqwk"><small id="icqwk"></small></center>
<optgroup id="icqwk"></optgroup>
<center id="icqwk"><xmp id="icqwk">
<optgroup id="icqwk"><xmp id="icqwk"><code id="icqwk"><xmp id="icqwk">
<code id="icqwk"><xmp id="icqwk">
<center id="icqwk"></center>
<code id="icqwk"><xmp id="icqwk">

桂林排插價格社區

【技術帖】看汽車塑料前端模塊如何降低重量和成本?

樓主:汽車材料網 時間:2021-06-10 15:39:04

由于位于汽車的前端,因此實現前端模塊的輕量化對于減輕車身重量,從而減少燃油消耗和CO2的排放量具有非常重要的意義。本文詳細介紹了歐洲著名的汽車前端模塊開發和組裝供應商——HBPO模塊系統公司在減輕前端模塊重量、降低成本方面的創新技術成果。


多年來,減少汽車尾氣排放一直是全球汽車工業努力的方向,尤其在歐洲,汽車廠商們更將其作為一項重大的研究課題,以期通過各種創新來最大程度地降低油耗并減少CO2的排放量。除了從發動機技術和車身空氣動力學的角度來改善燃油消耗以及減少CO2的排放量外,減輕車身重量也是行之有效的方法之一。在這方面,實現前端模塊的輕質化對于減輕汽車重量具有非常顯著的效果。


集設計開發、項目管理、物流管理和模塊組裝于一體的跨國公司——HBPO模塊系統公司(以下簡稱“HBPO”)是專業從事汽車前端模塊開發和組裝的全球供應商,在歐洲、北美和亞洲各地共擁有14個JIS(just-in-sequence)組裝廠。2006年度,該公司為全球各整車廠配套的部件超過220萬件,已穩步成為全球最大的前端模塊供應商之一。


圖1 體現HBPO創新理念的實物模型IFP.1(左)和IFP.2(右)?


作為前端模塊的專業供應商,HBPO不僅非常熟悉前端模塊的各個細節,而且始終致力于對各種最新規范的深入研究,以確保向各整車廠商及時提供高效的解決方案。HBPO研發前端模塊的核心理念是:在減輕重量的同時還要降低成本。近年來,HBPO通過IFP(Integrative Frontend Philosophy)項目,收集了各大供應商的研發資源,系統地開發出了一些擁有專利權的、可集成防碰撞吸能系統、前燈和冷卻空調系統的創新方案(如圖1所示的IFP.1和IFP.2),并將其集中到了真實尺寸的實物模型上,以此來展示其功能性和可行性。其中,IFP.1側重于追求高集成度、造型新穎以及高標準行人保護的前瞻性的創新理念,具有一個提高外觀質量、造型高度自由的無縫前圍。而IFP.2則側重于成熟技術的再開發,從細節入手,來達到降低成本的目的。這些體現了HBPO創新理念的實物模型曾先后在2005年 和2007年的法蘭克福國際汽車展上成功展出。本文主要從材料和結構的角度對HBPO的創新進行介紹。

高剛度、高集成度的前端支架

前端支架是前端模塊各部件的安裝和支撐平臺,也是整車結構及其力學性能的重要組成部分。一般,前端支架的框架結構取決于引擎室的可用空間及其部件結構,特別是鎖、空調冷卻系統和前燈等部件的結構。例如,發動機罩鎖和鎖鉤的位置以及支架與車身的連接點的空間分布決定了前端支架中鎖橋的框架結構?;谳p質化和低成本化的設計理念,前端支架設計除了要滿足整車廠商提出的性能要求外,還必須具有便于其他部件快速、精確安裝的特點,同時還要確保前端在碰撞后使維修費用最低化。


前端支架材料和結構的選擇則主要取決于整車廠商對前端支架力學和耐溫性能的要求,同時還要考慮材料的價格。常用的材料包括:玻纖增強抗老化聚丙烯、玻纖增強尼龍6、鋼鐵、鋁合金及鎂合金材料。在這些材料中,金屬具有極好的可塑性變形特性和很高的剛性,而塑料則可熱成型復雜的結構,有利于提高集成度。在塑料材料中,相對于聚丙烯,尼龍6的價格較高、密度較大,通常只用在耐溫要求較高的場合。當耐溫要求高達150℃時,一般是使用金屬材料。


傳統上,前端支架作為車身的一部分,一般采用鋼板焊接結構。隨著塑料材料及其加工工藝的不斷進步,多層復合板技術、玻璃纖維氈技術、長纖維模壓技術和長纖維注塑技術等都先后被廣泛地用于制造前端支架。目前,越來越多的前端支架采用了塑料/金屬復合結構。這種結構充分利用了塑料和金屬的性能優勢,能夠物盡所用并巧妙集成,實現功能的最佳化以及成本和重量的最低化。迄今為止,已有多種多樣的塑料/金屬復合結構被開發出來。從所采用的加工技術來區分,主要分兩大類:模塑組裝技術(即金屬嵌入注塑技術)和模塑后組裝技術。這兩類技術各有優缺點,采用何種技術一般要根據整車廠商對前端支架的要求來決定。


圖2 模塑后組裝技術:由塑料和金屬組裝而成的前端支架


模塑后組裝技術是用金屬件來加固塑料注塑件。一般,大眾汽車公司使用的前端支架絕大多數都是采用該技術來生產的。圖2所示是最新寶馬MINI上的前端支架,其主要特點包括:鎖橋的可拆卸性;帶有氣流調節葉片的電扇支架的集成性;鎖橋表面質量的可靠性。在該前端支架上,鎖橋和塑料支架是通過8個螺絲來連接的,其中有4個螺絲本來就是用來固定2個鎖的,這大大降低了組裝費用。



圖3 嵌入注塑技術:金屬鑲嵌注塑成型的前端支架


模塑組裝即嵌入注塑技術是先將成型好的金屬件置入模具中,然后采用注射成型技術一次性完成各元件間的緊固和連接,從而一次性地成型出整體部件。在這方面,朗盛公司的“合必得”專利技術是最成功的代表。在這一專利技術的啟發下,又有一些新的專利技術被開發出來,以滿足某些特定的需求,如提高剛度、降低成本等。圖3所示是采用HBPO/SHB專利技術開發的用于現代汽車STAREX上的前端支架。與其他的同類型前端支架相比,它具有兩大特點:一是金屬嵌入件的數目和重量比很大,主要是為了提高支架的整體剛度;二是鎖橋嵌入件被上下一分為二,主要是為了降低鎖橋的生產成本并提高其表面質量,以避免采用額外的引擎室裝飾板。鎖橋的上下兩部分完全靠注塑過程中形成的塑料鉚釘來實現連接。實際上,前述的IFP.2前端支架也采用了這一創意。

多功能行人保護系統


目前,歐洲汽車業界正致力于通過前端結構的改進來滿足特定的行人保護標準的要求,例如已經付諸實施的新法規2003/102/EC。2003/102/EC法規將人體易碰撞部位分為三大部分:腿部、臀部和頭部,其中腿部和臀部碰撞與前端模塊直接相關。例如,極易對臀部造成嚴重損傷的部位是發動機罩的鎖固系統和車燈。因此,這些部件的結構設計、固定方法和允許變形的程度都直接影響到前端支架鎖橋的設計和選材。由于設計上的高難度,臀部碰撞暫時沒有被列為法定測試范圍,而腿部碰撞將從2010年起成為正式的測試項目。為此,除了要在保險杠前方增加形變部件如泡沫塑料以外,還需要在保險杠下方再增加一個支撐部件。這個部件有可能與前端支架或形變吸能盒連接在一起。


圖4 腿部碰撞保護系統的實例


圖4所示列舉了幾個常見的應用實例。單一功能的腿部支撐結構多采用金屬板焊接結構,如圖中左上方來自大眾的設計。雙功能結構多采用注塑結構,包括玻璃纖維增強和未增強的聚丙烯或尼龍6結構,以及金屬/塑料的復合結構,如圖中左下方來自雪鐵龍的設計。此外,歐寶和現代也采用了與此相似的設計。圖中右方為來自HBPO的、IFP.1的功能四位一體的塑料集成設計,包括:腿部和臀部的支撐,以及第二吸能結構和導氣結構,目的在于降低成本。


超輕質導氣系統


提高冷卻空調系統的效率不僅有利于確保發動機的運行,還有助于降低燃料消耗和CO2的排放量。一般,冷卻空調系統的效率不僅取決于各個熱交換器的效率,而且發動機室的熱空氣回流到熱交換器冷空氣入氣面的程度也會對其有所影響,而這則取決于導氣結構的設計。


多數情況下,冷卻空調系統即使沒有特定的導氣結構,也能夠達到冷卻發動機使其保持平穩運行的技術要求。是否需要導氣結構,主要取決于汽車前端的空間結構、引擎室的氣壓水平和前圍冷空氣入氣口的大小。此外,不同的整車廠商、不同的車型、發動機的配置以及汽車的運行狀況等,也都會影響導氣結構的設計。前面提到的寶馬MINI車所采用的氣流調節葉片就是針對不同車況而設計的。



圖5 導氣結構及其材料批量生產的實例


通常,導氣結構的設計要滿足以下3個要素:第一,盡可能減少熱空氣回流到冷空氣的入氣面,這是決定導氣結構形狀的最主要因素;第二,避免自身震動或與其他部件發生碰撞時發出噪音;第三,輕質低成本。一般,第二和第三要素決定了導氣結構的取材范圍。其常用材料多為聚丙烯,包括滑石粉填充的、橡膠改性的和發泡聚丙烯。導氣結構通常是固定在前端支架上,如圖5所示的兩個應用實例。當然,也有不少是固定在冷卻空調系統上,這取決于設計師和整車廠商的偏好。不管采取哪種固定方案,導氣結構在汽車行駛的過程中與前圍等相鄰部件的相對運動是不可避免的。為了避免由此產生的噪音,至少應在導氣結構中與其他有相對運動的部件相接觸的部分采用柔性材料。圖5所示的左方為奧迪Q7的導氣結構,它由多個簡單的扁平件構成,采用軟硬雙組分注塑結構,其中的軟組分是熱塑性彈性體材料(TPE),其作用是對前圍和冷卻空調系統進行密封,并避免因接觸而產生的磨損和噪音。硬組分是PP,其作用是保證結構件的剛度。圖5所示的右方為保時捷卡宴的導氣結構,它是一個立體的、用彈性體改性聚丙烯材料注塑而成的結構,能與相鄰的部件保持適當的間距,以此來平衡安裝誤差。前述的IFP.2的導氣結構則采用超輕質、高彈性的泡沫塑料,如EPP來代替目前常用的聚丙烯和彈性體材料,既能提高導氣結構的剛度,又降低了重量(15%左右)和成本,如圖6所示。

前燈可調安裝的設計


圖 6 由泡沫塑料(如發泡聚丙烯EPP)制作的IFP.2的導氣結構




圖 7 IFP.2 的前燈安裝設計大大降低了前燈定位和燈泡更換的費用


減小前燈與相鄰部件的接縫甚至實現零接縫是各大汽車公司努力追求的目標。為了獲得均勻的小接縫,一般前燈位置需要經過兩次調整:首先,模塊供貨商在組裝前燈時需要進行精確定位;然后,整車組裝線上的工人在最后組裝時,由于車身尺寸的偏差,也不得不調整前燈位置。為了改變這一現狀,HBPO通過IFP.1和IFP.2給出了不同的解決方案。


IFP.1的前圍由兩側的特大前燈燈罩和中間的構件組成(如圖1左方所示),這使得通常意義上的燈罩和前圍間的連接縫被徹底消除,燈罩被擴展為前圍的重要部分?;诠怆姽δ埽ㄈ缯彰飨到y和各類微波傳感器)的要求,燈罩必須采用光波透明材料(如聚碳酸酯)。通過一個從外部不可見的快速連接件,中間構件與燈罩實現了無縫連接。無論是在初裝還是維修時,前燈燈罩、燈殼與翼子板間的尺寸偏差都可通過一個連接燈罩和燈殼的柔性密封圈的變形而得到自動誤差補償。IFP.1模型是HBPO全新的大膽嘗試,它從根本上解決了接縫問題,但要求整車廠商徹底改變其前圍的現行設計還需要時日。


根據更新后的ECE規范R48的要求,要能夠在野外且沒有特殊工具的情況下完成對燈泡的更換(氙燈除外)。為此,IFP.2新方案是將前燈固定在一個獨立的帶導軌的塑料臂架上,既可以在組裝時由直線導軌來定位前燈,也可以使燈泡更換更方便,如圖7所示。這里,前燈被固定在一個獨立的、帶有導軌的塑料臂架上,并且在模塊供應商處就能將其調整到最佳的終端位置。這個臂架的材料可以和用于生產前端支架的材料一致。根據需要,可使用純塑料件或塑料/金屬的復合結構。當前端模塊被固定到車身的上下縱梁后,前燈臂架就通過特定的定位結構跟作為定位參考的翼子板精確地連接在一起,從而避免了前燈的重復定位,大大降低了組裝時間和成本。如果接縫仍達不到要求,則可松開那兩個固定螺栓,重新調整偏心緊固件,這樣就可以簡易地調整好前燈的位置。另外,在更換燈泡時,兩個位于鎖橋的、用來固定前燈的固定螺栓可以輕易地用硬幣等松開,前燈就可以向前移動約8cm,留出足夠的空間來換燈泡。由于導軌的定位作用,燈泡換好后,即可將前燈推入原位,而不會破壞前燈與相鄰部件間的接縫尺寸。

作者:趙高明? ?

文章來源:HBPO模塊系統公司


推薦閱讀:

【技術帖】樹脂基碳纖維復合材料成型工藝現狀及發展方向

【技術帖】汽車門板新選擇:新一代耐熱ABS

【技術帖】車用復合材料的四大應用技術

轎車纖維增強塑料前端模塊

世界上首個全塑前端模塊(FEM)正式量產


中國汽車材料網(www.qichecailiao.com)--汽車材料行業門戶?

汽車輕量化在線(www.autolightweight.com)--傳播輕量化理念,交流輕量化技術

技術交流QQ群108660594;136872503?

微信交流群:汽車塑料、輕量化、車內空氣、禁用物質、汽車防腐、輕合金、新能源電池材料

可以添加網站管理員(微信號“zgqcclw”)為好友,由管理員根據您的意向推薦入群



朋友 圖片 表情 草稿箱
請遵守社區公約言論規則,不得違反國家法律法規
偷看农村妇女牲交
<center id="icqwk"><small id="icqwk"></small></center>
<optgroup id="icqwk"></optgroup>
<center id="icqwk"><xmp id="icqwk">
<optgroup id="icqwk"><xmp id="icqwk"><code id="icqwk"><xmp id="icqwk">
<code id="icqwk"><xmp id="icqwk">
<center id="icqwk"></center>
<code id="icqwk"><xmp id="icqwk">