吉利汽車(chē)保險(xiǎn)杠“薄壁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)案例

2016-11-30  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

2015年非金屬材料年度報(bào)告會(huì)上,吉利汽車(chē)研究院總工程師——熊飛博士通過(guò)以吉利汽車(chē)保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)的案例,講解了如何進(jìn)行“薄壁結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)”。

本文包括5大部分:

一、“薄壁”結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

二、材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

三、設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證

四、非金屬材料在汽車(chē)輕量化中應(yīng)用案例

五、薄壁化設(shè)計(jì)推廣應(yīng)用情況

一、“薄壁”結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)

1.常規(guī)的設(shè)計(jì):

常規(guī)的設(shè)計(jì)為3.0MM壁厚;

采用普通的PP滑石粉材料;

單件重量4~5kg*;

其他汽車(chē)保險(xiǎn)杠的壁厚

2.吉利汽車(chē)保險(xiǎn)杠問(wèn)題描述:

吉利汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠均采用3-3.2mm等壁厚設(shè)計(jì),重量3.5kg-5.5kg。

比國(guó)際上同類(lèi)車(chē)型車(chē)型重0.3-0.5kg;

自重大帶來(lái)形變量增大;

節(jié)能減排壓力下,不符合輕量化設(shè)計(jì)原則;

采購(gòu)成本壓力

3.原因分析

材料模量低:吉利在用材料模量1258-1400MP,而豐田、日產(chǎn)、大眾在用材料彎曲模量達(dá)2000-2400MP;日系車(chē)采用變壁厚,吉利是等壁厚;

4.薄壁化設(shè)計(jì)要解決的技術(shù)難點(diǎn):

成型問(wèn)題 ---充不滿(mǎn)、注射壓力大、成型溫度高

剛性不足 ---產(chǎn)品疲軟、變形

強(qiáng)度不夠 ----行駛中抖動(dòng)、產(chǎn)生風(fēng)噪

5.解決方案的技術(shù)路線:

提高材料熔體指數(shù),增加流動(dòng)性。將目前材料的融指由19g/10min提高到30-33g/10min;

提高材料彎曲模量,改善剛性。將材料的彎曲模量由1300MP提高到2000-2200MP;

變壁厚設(shè)計(jì)解決可能因減薄帶來(lái)的強(qiáng)度下降問(wèn)題。

二、材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)

調(diào)整配方提高材料自身剛性、熔融指數(shù),改善配方保證材料沖擊性能不降低。

三、設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證

物料分布比較均勻

填充壓力分布均勻

產(chǎn)品表面的溫度分布波動(dòng)在3℃以?xún)?nèi),表觀成型質(zhì)量好

分析最大剪切速率為51537/s,小于100000/s,在允許范圍內(nèi)

產(chǎn)品注射時(shí)最大鎖模力為1554.7T,在合理范圍

產(chǎn)品表面熔接痕不明顯,熔融溫度較高,熔接質(zhì)量較好

1.成形分析

上述參數(shù)結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求

2.熔接痕分析

兩種結(jié)構(gòu)的熔接痕模擬結(jié)果相差不大

3.自重變形分析

分析結(jié)果:2.5mm料厚的后保,自重形變均比2.8mm料厚小

4.采用高流動(dòng)、高剛性材料按變壁厚設(shè)計(jì)的保險(xiǎn)杠通過(guò)模流分析結(jié)果:

注射壓力50MP左右,比原來(lái)小;

成型時(shí)料流分布均勻、無(wú)充不滿(mǎn)熔接痕問(wèn)題;

鎖模力明顯比原來(lái)低由2000噸下降到1500噸左右;

自重狀態(tài)下形變前保由1.584mm下降到1.17mm,后保由0.489mm下降到0.449mm;

材料本身剛度和韌性提高,低速碰撞好;

減重0.5kg。

四、非金屬材料在汽車(chē)輕量化中應(yīng)用案例

高剛材料在KC-1和FE-5前后保上做生產(chǎn)驗(yàn)證,產(chǎn)品的剛性、表面光潔度、虎皮紋等質(zhì)量均優(yōu)于原方案。

注塑壓力更低、鎖模力更小,更節(jié)能

五、薄壁化設(shè)計(jì)推廣應(yīng)用情況:

通過(guò)保險(xiǎn)杠的薄壁化設(shè)計(jì),僅前后保險(xiǎn)杠一項(xiàng)就能實(shí)現(xiàn)減重約1kg,降低材料成本10元,帶來(lái)較明顯的減重效果,同時(shí)還能節(jié)省采購(gòu)成本。

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文章出自吉利汽車(chē)研究院總工程師熊飛

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