孟小斌
摘 要:模塊化生產是趨勢,前端模塊骨架又是整個前端模塊中很核心的一個零件。本文從方案選擇,材料比較入手,通過建立基準模型和模擬計算成功研發(fā)了某車型全塑前端模塊骨架。
關鍵詞:前端模塊;骨架;方案;材料
1 引言
前端模塊是模塊化生產的一個重大成果,由于它有很多的優(yōu)點,目前已經基本推廣到所有的車型上去。而前端模塊骨架又是其中非常核心的零件,基本所有的零件都以它為基礎來固定的,比如冷凝器,水箱,風扇,前橫梁等等。當然前端模塊骨架有很多不同的方案,有很多不同的材料可以選擇。本文以某車型為例,論述了一個全塑骨架的研發(fā)。
2 前端模塊骨架大方向的確定
目前汽車上用的前端模塊骨架的方案各種各樣,每個公司有自己的愛好,但是歸納總結起來就4個大類:全鋼,鋼為主加塑料,塑料為主加鋼,全塑料。二十年來這4類方案在我們的車型上都有用過。
考慮到鋼材的價格在變化,塑料的價格也在變化,我們要根據最新的價格情況對4大類方案再做個比較分析,看看這個車型到底選用哪個方向做。首先全鋼板方案和鋼板為主的方案的優(yōu)點是強度高,不像塑料容易被砸裂掉,缺點是需要做電泳,保護層厚度不夠或被碰掉會有銹蝕問題。塑料為主加鋼板加強的方案是目前的主流,方案比較均衡,小鋼板藏在里面,油漆也不太會被破壞。全塑料方案是現在比較新的方案,當然少了加強板,怎么解決強度問題是有些困難的。隨著塑料的國產化,價格相比以前有大幅的下降,后2個方案比前2個方案在價格上有優(yōu)勢。綜合評估下來,只要我們能解決強度問題,那么全塑方案最有優(yōu)勢。
3 骨架材料的選擇
在多年的項目開發(fā)過程中,不算鋼板,不算GMT(現在基本不用了),塑料基材有用過PP和PA6,再根據加玻纖的比例不同,玻纖的長度不同,排列組合用過至少6種材料。我們從單價,性能和可加工性等方面對材料進行了比較,PP-GF30和PP-GF50是前2名。
其中PP-GF30這個材料我們用了很多年,總體還是比較均衡,唯一的缺點就是在性能上(尤其是剛度方面)相對稍偏低一些,局部需要鋼板加強。PP-GF50這個材料這幾年開始慢慢顯露優(yōu)勢,在性能上比PP-GF30高出很多,缺點是密度(1.32g/cm3)偏高,而PP-GF30的密度是1.12g/cm3),但是由于性能好可以通過減壁厚來彌補密度高的缺點。最終我們考慮嘗試全塑方案,所以PP-GF50勝出。
4 骨架數據主模型的建立和對比
雖然PP-GF50這個材料我們有使用,但是真正自己開發(fā)上還是第一次用。為了減少風險,我們準備先用PP-GF30材料加上2個小鋼板加強的方案設計一個基準對標模型,確保這個模型下是可行的,然后我們再在這個CAD模型的基礎上進行優(yōu)化改進。
4.1 建立基準對標模型
PP-GF30材料加上小鋼板這種方案我們已經在許多開發(fā)車型上有使用,我們開發(fā)經驗豐富,開發(fā)起來相對也容易。塑料本體部分上表面因為前蓋鎖和前蓋下砸等因素加厚到3.0mm,其它區(qū)域2.5mm,材料PP-GF30,重量3375g。小鋼板材料HX260,凈重180gX2。總重量(塑料+鋼板)為3735g。初步剛度計算基本可行,見圖4。
4.2 更換材料,調整厚度
在基準模型的基礎上,取消小鋼板,材料改為PP-GF50,由于密度大了很多,在數據中量一下重量已經為3977g,比基準模型重不少,所以減重必須要做。
減重措施一:把下圖框中的材料厚度從2.5mm減到2.0mm,減掉重量350g。
減重措施二:把前墻往后移10~20mm,減重150g
減重措施三:把上表面的臺階割掉,減重50g
4.3 剛度CAE模擬計算
對上部中間,下部中間,4個角等都要進行剛度計算,見圖7
上部中間,前蓋鎖固定位置,剛度大于250N/mm,合格
上部2側,橡膠緩沖打擊位置,能經受800N的壓力,合格
下部中間,Z向剛度原來2.5N/mm,現在>6N/mm,合格
下部2側角上,X向剛度離要求差139N/mm,不合格。下圖2圈內加厚到3mm,再計算,合格。但重量加了90g。
4.4 最終主模型和基準模型的對比
最終的設計主模型確定以后,和基準模型做了一個對比,重量上減了224g,性能上總體達到基準模型,有些地方的剛度還遠超基本模型。所以設計主模型得到確認。
5 設計周邊零件的固定點和確定RPS定位點
前端模塊骨架看起來好像就一個方的框架,實際上周邊有無數的零件要往上固定,所以等主模型確認以后,也就是大方向確定以后,就可以給周邊零件設計固定點,還要討論確定定位方案。
5.1 給周邊零件設計固定點
我們給周邊零件設計了各自的固定點,確保強度,安裝空間等。
a.前蓋鎖固定點,局部加強
b.碰撞傳感器固定處,定位孔+螺栓
c.大燈支架固定,
d.大燈固定點,確保了調整空間
e.冷卻模塊上固定點
f.格柵固定點,用滑塊解決了強度問題
g.前保險杠橫梁固定點,局部加強
h.線束固定點
i.下導風件固定孔
j.冷卻模塊下固定孔
k.左右導風件固定孔
m.格柵上部4個螺釘固定孔
n.發(fā)動機撐桿固定用耳朵,需要往上抽芯
除了這些以外,還設計了發(fā)動機進風罩的固定方案,前蓋鎖拉索的固定,微動開關線束固定和鎖支架的固定等等。
5.2 RPS定位點
前端模塊骨架的尺寸測量,整個前端模塊預裝,以及整個前端模塊往車上安裝時都需要一套定位系統(tǒng),這套定位系統(tǒng)基本以模塊骨架的RPS為基礎。模塊骨架的RPS按照321原則確定:3X,2Z,1Y。
6 結語
通過這次研發(fā),在某車型上成功開發(fā)了一個全塑前端模塊骨架。這個全塑骨架采用了比較新的材料PP-GF50,通過局部減厚度的方法實現減重224g,而且沒有鋼板,也就沒有表面保護的問題,比較環(huán)保。另外性能上也完全達到甚至超過以往方案。
實際零件出來后,所有試驗都非常順利,也沒有出現任何問題,證明這個方案很成功,我們將把這個方案做進一步推廣。
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