客车DCPD保险杠的设计及其工艺分析
2024-04-25
随着客车轻量化、绿色化与智能化的发展，传统PP材质注塑成型的双层结构塑料保险杠因模具成本高、材料无法循环利用、不易搭载电气件等原因被诟病，而金属保险杠因重量大、外观精良性差等原因被淘汰。因此研发模具成本低、结构成型容易、综合耐久性好的新型材料保险杠成为了汽车主机厂的重要研究任务。
使用双环戊二烯（DCPD）和反应注射成型（Reaction Injection Molding）的新工艺成为了保险杠研发的新方向。DCPD 材质的汽车外饰件具有模具成本低、结构简单、制品性能优良的特点，非常适合应用于保险杠成型的工艺方案中。本文以 DCPD-RIM 反应为基础，先使用 CATIA 对客车保险杠进行设计，再使用MoldFlow 对保险杠进行模流分析，再使用 PreSys 对保险杠安全系数进行分析，最后使用温度箱与人工老化箱对保险杠样件进行台架性能测试，成功完成了DCPD材料在保险杠领域代替金属材料与传统PP材料的尝试，主要工作如下：
首先以保险杠常规材料为基础与参照，对DCPD材料进行试验，得到其拉伸强度、弯曲强度、洛氏硬度、冲击强度等信息。测试出DCPD材料基本参数后，对 RIM 反应进行流程规划及设备调试，使原材料储存罐内压强适合原材料的参数；使混合喷嘴能充分混合原材料；使模具内初始温度及压强有助于原材料充模。
其次使用CATIA对保险杠基础尺寸参数、重要工艺参数与连接固定方式进行详细设计。使用CATIA与CFD相配合对进气格栅尺寸进行设计，使其能吸收足量冷空气降低机舱温度；使用CATIA与LIDAR360相配合对电气件位置进行布置，对其在保险杠上的安装尺寸进行校核；使用CATIA对保险杠圆角、出模角度、加强筋等重要工艺参数进行详细设计，为后续的模流分析减少障碍；使用CATIA对保险杠的固定点进行详细设计，利用直接固定法、塑料支架固定法与卡扣连接相结合的方式保证保险杠与周边环境件匹配均匀。
再次使用MoldFlow对DCPD保险杠进行模流分析，使用10浇口模式与12浇口模式对料液的充模过程进行模拟，比较两种浇口模式下保压时间、注塑压力、膜内温度、熔接痕位置、变形量等信息，得出12浇口的RIM模具更有利于保险杠表面质量与匹配效果。
最后使用PreSys对DCPD保险杠行人保护进行计算与分析，使用温度箱与人工老化箱对保险杠总成进行试验。行人保护分析对头型与腿型分别计算得分，得出其总分达到国标与欧标的四星标准。台架性能分析针对长期耐热性、短期耐热性、冷热交变性、耐寒性、耐候性等保险杠总成性能进行分析，经过此类试验后保险杠未出现边界变形与漆面受损的状况，满足客车的使用工况。
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