孟擁軍，史永剛，張輝

（1.陜汽集團(tuán)陜西華臻車(chē)輛部件有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西重型汽車(chē)有限公司汽車(chē)工程研究院，陜西 西安 710200）

前言

當(dāng)前重型汽車(chē)排放要求和載重量限制要求的不斷提升，節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適、智能和網(wǎng)絡(luò)是汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)，其中節(jié)能和環(huán)保成為汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)。

1 輕量化技術(shù)

1.1 輕量化概述

汽車(chē)輕量化技術(shù)是采用新的設(shè)計(jì)方法和新的制造手段，采用新材料在確保零部件使用性能和外觀性能要求的基礎(chǔ)上對(duì)零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，盡可能降低產(chǎn)品自身重量，以達(dá)到減重、降耗、安全、環(huán)保等性能指標(biāo)。

隨著新材料技術(shù)和設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，汽車(chē)輕量化應(yīng)用在不斷增加。PDCPD的應(yīng)用在保持汽車(chē)外飾件綜合性能的基礎(chǔ)上，使產(chǎn)品重量降低了30%-50%。為整車(chē)的重量減重、降耗、環(huán)保、安全提供了可發(fā)展的空間。

1.2 輕量化新材料簡(jiǎn)介

聚雙環(huán)戊二烯（簡(jiǎn)稱(chēng)：PDCPD，Poly dicyclopentadience）是一種熱固性樹(shù)脂，又稱(chēng)塑料鋼，是一種新型的工程塑料。

聚雙環(huán)戊二烯是由來(lái)源于乙烯裂解 C5餾分中的單體雙環(huán)戊二烯（DCPD），將純度提純至99.8%，在催化劑的作用下，發(fā)生開(kāi)環(huán)歧化聚合反應(yīng)而制成的一種聚合物。

PDCPD材料的重量為SMC材料的60%左右；涂飾性能良好，能適應(yīng)各類(lèi)油漆涂料的涂裝；PDCPD材料的常規(guī)力學(xué)性能、可靠性能與 SMC材料相近，抗沖擊性好，可以在汽車(chē)零部件上應(yīng)用，達(dá)到輕量化的目的；在零件成型過(guò)程中，通過(guò)添加各類(lèi)助劑（如阻燃劑、增強(qiáng)劑等）還可使材料的性能進(jìn)一步提高。

其原理圖見(jiàn)圖1所示，成型后材料結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，從材料結(jié)構(gòu)來(lái)看，該材料為窩狀多孔結(jié)構(gòu)，使得材料具備了質(zhì)輕、韌性好、可靠性高的特性，因而該材料在汽車(chē)外飾件上的應(yīng)用成為可能。

圖1 聚雙環(huán)戊二烯聚合原理

圖2 聚雙環(huán)戊二烯材料結(jié)

2 PDCPD材料應(yīng)用

2.1 新材料狀態(tài)下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)注塑或者熱壓成型產(chǎn)品相比，PDCPD產(chǎn)品具有原材料流動(dòng)性能好，所制造的零件造型自由、耐沖擊性能佳，膨脹系數(shù)低、耐高溫、低溫性能好，可以在極寒地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用，不會(huì)產(chǎn)生脆裂等現(xiàn)象。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)充分考慮材料本身特性，在不改變零部件外觀要求的基礎(chǔ)上，盡量以網(wǎng)狀化、龍骨化的形式進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分利用材料特性，在保證產(chǎn)品強(qiáng)度的基礎(chǔ)上降低產(chǎn)品重量。

2.2 新材料工藝成型特點(diǎn)

該材料采用反應(yīng)注射成型（簡(jiǎn)稱(chēng) RIM），將具有高化學(xué)活性、相對(duì)分子質(zhì)量低的雙組份材料經(jīng)撞擊混合后，在常溫低壓下注入密封的模具內(nèi)，完成聚合、交聯(lián)和固話等化學(xué)反應(yīng)形成制品的工藝過(guò)程[1.2.4]。這種將聚合反應(yīng)與注射成型相結(jié)合的新工藝，具有物料混合效率高、流動(dòng)性好、原料配制靈活、生產(chǎn)周期短及成本低的特點(diǎn)，適用于大型、復(fù)雜、不等壁厚的制品生產(chǎn)。

3 基于設(shè)計(jì)的輕量化汽車(chē)外飾件應(yīng)用

從零部件的改進(jìn)設(shè)計(jì)、初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造和樣車(chē)評(píng)審來(lái)做輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。在滿(mǎn)足使用性能的前提下，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)去掉零部件的冗余部分、減少零部件搭接或者安裝結(jié)構(gòu)，在保證強(qiáng)度基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)狀或者龍骨化設(shè)計(jì)，繼而實(shí)現(xiàn)輕量化。

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方面：一是根據(jù)材料特性開(kāi)發(fā)新的設(shè)計(jì)方法，以?xún)?yōu)化零件的造型設(shè)計(jì)[3]；二是設(shè)計(jì)新的結(jié)構(gòu)形狀，按照實(shí)際工況優(yōu)化零部件形狀。

3.2 外飾件優(yōu)化設(shè)計(jì)案例

總體來(lái)看，PDCPD材料除靜態(tài)強(qiáng)度外其他方面性能均優(yōu)于 SMC材料，因而對(duì)于一般外觀件適用，尤其對(duì)于韌性、沖擊性、耐老化性能、外飾涂飾性能、環(huán)保要求較高的零部件采用PDCPD材料是綜合性能更好。采用新的結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 頂導(dǎo)流罩新的結(jié)構(gòu)

CAE分析：采用HyperMesh進(jìn)行前處理；采用OptiStruct進(jìn)行求解；采用HyperView進(jìn)行后處理。通過(guò)對(duì)垂向工況、轉(zhuǎn)向工況、制動(dòng)工況三個(gè)工況下進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)CAE分析，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足性能要求。

圖4 垂向工況

圖5 轉(zhuǎn)向工況

圖6 制動(dòng)工況

4 結(jié)論

綜合分析，我們得出以下結(jié)論：PDCPD作為一種新型塑料材料，由于在輕量化、環(huán)保、耐低溫、抗老性等方面優(yōu)勢(shì)，尤其在低溫環(huán)境下韌性較好，可以作為在汽車(chē)內(nèi)外飾上替代傳統(tǒng)產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)用；由于其材料本身特點(diǎn)，適合制作汽車(chē)外觀覆蓋件及內(nèi)部裝飾件。此次驗(yàn)證了PDCPD新材料在某些外飾件上應(yīng)用的可能性。

[1] 邱菊芳.反應(yīng)注射成型（RIM）新技術(shù)[J].工程塑料應(yīng)用.1990.（03）：25-28.

[2] 陳竹生.聚合物反應(yīng)注射成型[J] .高分子通報(bào).1989.（02）：45-50.

[3] 鄭成剛.聚氨酯材料在汽車(chē)上的應(yīng)用及發(fā)展?fàn)顩r[J].汽車(chē)工藝與材料.2005.（03）：21-24.

[4] 胡海青.熱固性塑料注射成型反應(yīng)注射成型（RIM）與增強(qiáng)反應(yīng)注射成型（RRIM）[J].熱固性樹(shù)脂.2001.16（4）：45-48.