孫曉林 陳晶 聶琪林 陳少謀 白團團

摘 要：文章對PDCPD頂蓋輕量化設計與性能控制方法進行了分析，介紹了PDCPD頂蓋制備工藝及關鍵技術，分析了PDCPD頂蓋的輕量化效果及應用優(yōu)勢，為企業(yè)在大型PDCPD結構件的開發(fā)上提供指導。

關鍵詞：PDCPD頂蓋;輕量化設計;關鍵技術

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-66-02

Abstract： This article analysed the lightweight design and performance control method of PDCPD roof， introduces the production process and key technology of PDCPD roof， and analyzes the lightweight effect and application advantages of PDCPD roof， to provide guidance for enterprises to the developer of large PDCPD structure.

Keywords： PDCPD ROOF; Lightweight Design; Key Technology

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-66-02

前言

PDCPD（聚雙環(huán)戊二烯）作為一種新興材料，在輕量化、抗沖擊、耐腐蝕性及環(huán)保上較現(xiàn)有玻璃鋼材料具有明顯的優(yōu)勢，已在國外得到大范圍應用，國內目前在工程機械上應用較多，商用車領域各大企業(yè)在外飾產(chǎn)品上做了諸多嘗試，但在頂蓋這種大型結構件上卻少有涉及，本文對商用車PDCPD頂蓋設計及制造關鍵技術作簡要論述，旨在為行業(yè)提供參考。

1 PDCPD原材料現(xiàn)狀分析

1.1 國外原材料現(xiàn)狀

目前PDCPD原料生產(chǎn)核心技術主要掌握在美國METTON公司和日本RIMTIC公司，美國METTON公司客戶群為歐美市場，日本RIMTIC公司客戶群為本國、亞洲及歐美市場，產(chǎn)品應用領域包括汽車、工程機械、醫(yī)療器械、化工防腐等領域。

1.2 國內原材料現(xiàn)狀

國內已掌握PDCPD原料自主提純技術及催化劑體系的企業(yè)有兩家，分別為山東科榮化工公司和安徽大成普道公司?？茦s化工實現(xiàn)從石油C5餾份中分離出DCPD相關成分及提純DCPD至99%以上的技術;大成普道通過市場采購80%純度DCPD自主提純。兩家都已完成PDCPD原料生產(chǎn)驗證，計劃短期內建立生產(chǎn)線進行批產(chǎn)。

2 PDCPD頂蓋設計與性能控制方法

2.1 PDCPD頂蓋的輕量化設計方法

考慮頂蓋輕量化效果、整體剛性、零件變形控制和降低模具數(shù)量，頂蓋外板設計為一體式變料厚結構，通過調整出模方向、優(yōu)化外板內表面結構滿足整體成型要求;內板設計為井字形網(wǎng)狀結構，拓撲優(yōu)化出受力與材料分布最佳的框架布置，與白車身形成封閉連續(xù)的傳力路徑，滿足整車頂壓及強度要求。

2.2 PDCPD頂蓋性能控制方法

為確保PDCPD駕駛室頂蓋在重卡產(chǎn)品使用過程中滿足服役性能要求，應用虛擬仿真技術對設計方案進行全面分析驗證與優(yōu)化，提出了剛度、強度、模態(tài)，碰撞、沖擊、可靠耐久等虛擬驗證分析工況，為確保服役性能系列試驗一次性通過建立了理論基礎。針對PDCPD材料類似于注塑件的力學性能特點，通過試驗拉伸曲線擬合出各向同性彈塑性材料模型用于仿真計算，結果評價綜合考慮零件局部受力狀態(tài)與方向，應用von.Mises材料失效準則給出判斷，根據(jù)分析結果和受力狀態(tài)對頂蓋結構進行設計優(yōu)化。

PDCPD頂蓋關鍵虛擬驗證項及評價方法如下：

彎扭剛度：白車身彎扭剛度高于標桿車，滿足設計要求;

模態(tài)：駕駛室模態(tài)和頂蓋自身約束模態(tài)，均避開整車共振頻率;

振動強度：在振動工況下頂蓋安裝點的強度滿足要求;

頂壓強度：滿足ECE R29-03版駕駛室碰撞法規(guī)頂壓試驗要求，在98KN頂壓載荷作用下乘員生存空間充足;

踩踏剛度：人體單腳&雙腳站立時頂蓋局部應力小于材料極限、位移滿足剛度要求;

落球沖擊強度：2kg試驗鋼球從一定高度自由掉落時頂蓋未被擊穿;

雪壓強度：模擬極寒地區(qū)凍雪壓于頂蓋，剛度及殘余變形滿足要求;

天窗口剛度強度：天窗口剛度、強度滿足天窗在各種極限與振動工況要求;

疲勞強度：白車身扭轉疲勞與駕駛室路譜疲勞滿足整車壽命要求。

3 PDCPD頂蓋制備工藝及關鍵技術

3.1 PDCPD頂蓋制備工藝

為降低開發(fā)風險，縮短驗證周期，PDCPD頂蓋采用樹脂模具實現(xiàn)低成本快速試制，頂蓋制備工藝采用反應注射成型（簡稱RIM），即將PDCPD原材料與催化劑在常溫低壓下注入密封的模具內，完成聚合、交聯(lián)和固化等化學反應形成制品的工藝過程。這種將聚合反應與注射成型相結合的新工藝，具有物料混合效率高、流動性好、原料配制靈活、生產(chǎn)周期短及成本低的特點，適用于大型、復雜、不等壁厚的制件生產(chǎn)。成型后制件內部材料結構為窩狀多孔結構，使得制品具備了質輕、韌性好、可靠性高的特性。

3.2 PDCPD頂蓋產(chǎn)品質量控制方法

大型PDCPD駕駛室頂蓋質量提升的關鍵難點在于零件變形與尺寸精度控制，本項目通過成型過程模流分析與反復試制驗證，提出了頂蓋與白車身配合面周邊局部料厚漸變增加、頂蓋天窗口增加翻邊等措施提升局部剛度;通過頂蓋周邊圈梁與內板骨架形成整體式框架來確保頂蓋整體剛度，同時設計粘接工裝解決內外板粘接過程扭曲變形;通過減薄龍骨粘接邊料厚和調整膠層厚度降低膠水粘接固化時產(chǎn)生的外板收縮應力，以解決內板骨架與外板粘接部位出現(xiàn)的外板縮印問題。

3.3 PDCPD頂蓋穩(wěn)固密封連接與高效裝配方法

保證與白車身的連接強度是PDCPD頂蓋滿足實際服役性能要求的前提，在總結以往非金屬頂蓋連接失效模式的基礎上，提出一種膠粘與螺栓雙重緊固的連接方式：頂蓋與白車身之間設計雙道膠路密封結構，采用高頂專用聚氨酯結構膠保證密封和粘接強度的同時，在頂蓋與白車身間形成彈性減振環(huán)，衰減車身振動載荷向頂蓋傳遞，提升可靠性;頂蓋與白車身通過8個螺栓Z向輔助連接增加主體結構連接強度，同時滿足膠體未固化前的快速轉移，提升作業(yè)效率。

區(qū)別于傳統(tǒng)金屬沖壓頂蓋線上連續(xù)工位裝配的生產(chǎn)形式，PDCPD頂蓋采用線下模塊化分裝模式，實現(xiàn)了天窗、頂蓋線束、頂襯和示廓燈、導流罩等內外飾線下分裝，不僅提高了整車裝配效率，也縮短了總裝線體長度，降低了投資開發(fā)費用。同時設計氣動吸盤式重心可調的頂蓋安裝吊具，配合前定位銷后導向柱的頂蓋安裝定位技術，保證了頂蓋安裝過程水平穩(wěn)定以及外觀間隙面差要求。

4 結論

PDCPD頂蓋相對金屬頂蓋可減重30%以上，對車身系統(tǒng)而言輕量化效果非常可觀;同時工裝模具投資相較玻璃鋼、金屬頂蓋可減少50-70%。PDCPD可推廣應用于其他車身大型結構承載件，尤其是批量較小的特種車、智能車、工程車、專用車等。另外，PDCPD材料可作為玻璃鋼等傳統(tǒng)汽車外飾件材料的替代材料，在保證零件性能的基礎上，可實現(xiàn)降重20%-30%，而且其環(huán)保性更好，可回收再利用，有助于汽車外飾零部件產(chǎn)業(yè)轉型和環(huán)保、輕量化升級。

參考文獻

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