沈艷

摘 要：通常金屬和塑料相比，同結(jié)構(gòu)、尺寸的零件重量金屬大于塑料。用塑料來代替金屬在汽車輕量化應(yīng)用上有著廣闊的前景。另外，利用塑料模具可以成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件，有利于零部件集成化設(shè)計，優(yōu)于金屬模具。汽車工程師應(yīng)將設(shè)計工作的大部分精力投入到零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計上，才能設(shè)計出更好的汽車產(chǎn)品。某越野車外飾零件首次應(yīng)用以塑代鋼，取得降重降本效果，零件集成化設(shè)計減少零件數(shù)量。

關(guān)鍵詞：輕量化；以塑代鋼；CAE分析

中圖分類號：U462 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-299-02

Abstract： Metals and plastics are usually compared to plastics， Parts of the same structure and size weigh more metals than plastics. Replacing plastics with plastics has broad prospects in light weight applications， In addition， plastic moulds can be used to form complex parts， Help the integrated design of parts， Better than metal mold. Automotive engineers should devote most of their design efforts to structural optimization of parts， A better car product can be designed. The first application of the outer parts of a cross-country car for the plastic generation of steel， Get the effect of reducing weight and reducing the cost， Integrated design of parts to reduce the number of parts.

Keywords： light weight； plastic generation of steel； CAE analysis

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-299-02

1 前端中央框架結(jié)構(gòu)設(shè)計

某越野車原前端框架由四個金屬件組成，分別是兩個中央支撐總成、一個散熱器罩中上安裝支架、一個散熱器罩安裝支架材料，其中散熱器罩安裝支架螺栓連接在中央支撐總成上，集成優(yōu)化為一個塑料件，材料擬用PP-GF30或PP-GF40，具體參考CAE分析結(jié)果來確定，上部借用原兩個安裝點，下部四個安裝點更改為兩個安裝點，同時取消六個Q1840616F61 六角法蘭螺栓、四個Q37206焊接方螺母；保留喇叭安裝點。詳見圖1、圖2、表1：

2 前端中央支撐框架CAE分析

塑料前端中央框架代替原金屬件經(jīng)過三輪數(shù)據(jù)優(yōu)化修改CAE頻響分析，第一輪、第二輪分析選用PP-GF30，XYZ三個方向剛度較量產(chǎn)車下降較多，第三輪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)加強后對選用PP-GF30、PP-GF40兩種材料方案進行對比分析，最終得出結(jié)論優(yōu)選材料PP-GF40，材料性能參數(shù)見表2。

約束：取白車身前端作為分析模型、斷面全約束，車身與車架連接處全約束；

載荷：在水箱上橫梁中部XYZ三個方向分別加載500N，見圖3；

模型及邊界：截取部分車身模型，并對對面約束1-6個自由度。

加載：對車身斷面中心位置加載1G加速度激勵，見圖4；

前端中央框架結(jié)構(gòu)加強優(yōu)化后，選擇材料PP-LGF30時，X向剛度與量產(chǎn)車相當、Y向剛度降低16.67%、Z向剛度降低9.25%；選擇材料PP-LGF40時，X、Z向剛度與量產(chǎn)車相當，Y向剛度降低13.79%，建議優(yōu)選材料選擇PP-LGF40。見圖6、表3：

B40L量產(chǎn)車前端中央支撐與周圍金屬支架，在X、Y、Z方向一階段模態(tài)最大應(yīng)力值為132.95MPa，安全系數(shù)1.78，集成方案X、Y、Z方向一階段模態(tài)對打應(yīng)力值為17.1，安全系數(shù)7.8，滿足強度要求，見圖5、表4。

3 前端中央框架試驗驗證

前端中央框架軟膜件搭載某越野車整車可靠性試驗樣車，進行全里程磨合、山路、越野路、強化路、高環(huán)路等高強度惡劣路況試驗，見圖7：

該前端中央框架搭載某越野車綜合可靠性試驗樣車通過強化路、越野路試驗驗證未出現(xiàn)試驗問題，目前該件已在量產(chǎn)車型上正式批量應(yīng)用，該項目以塑代鋼可實現(xiàn)降重約0.4kg/件，見表1，零件數(shù)量包括標準件由17個減少為5個，最大程度上實現(xiàn)了零件設(shè)計集成化。試驗結(jié)果充分驗證了CAE分析結(jié)論的正確性，縮短了整個項目的開發(fā)周期，并降低了整改投入費用，在后續(xù)項目中，將以塑代鋼應(yīng)用在更多的零部件上。

4 總結(jié)

汽車輕量化設(shè)計已成為行業(yè)發(fā)展趨勢，目前國內(nèi)汽車零部件應(yīng)用塑料材料程度并不高，大部分集中在內(nèi)外裝飾件上，結(jié)構(gòu)件以塑代鋼難度相對較大，需要有前期充分CAE剛度強度等分析支持，在滿足零部件使用工況的前提下才可成功應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計汽車整備質(zhì)量每減少100kg，油耗可降低0.3- 0.6L/km，故最大程度的降低整車重量才是未來汽車行業(yè)發(fā)展的最大競爭力。