【文章內(nèi)容簡介】 3～ 4mm，上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 20 核梁取 2～ 3mm。同時，應(yīng)盡量使壁厚均勻一致，以避免因壁厚變化造成的縮孔、氣泡、塌坑等缺陷影響制件質(zhì)量。如結(jié)構(gòu)需要，壁厚不均勻度應(yīng)在 1： ～ 1： 2范圍內(nèi)。 圖 后保險杠中間金屬件 二維圖 為確保塑料件的強度和剛度，而又不致使塑料件的壁厚過厚，可在塑料件的適當部位設(shè)置加強筋。加強筋的厚度必須小于產(chǎn)品壁厚的 1/3，否則引起表面縮印。但有時必須采用較高的加強筋時，如核梁結(jié)構(gòu)基本上時由縱橫交錯的筋構(gòu)成，筋的高度一般不應(yīng)超過 40mm，尖端厚在 ～ 2mm之間，并取合理的脫模斜度，以利于模具的加工和制成品脫模。 圓角，圓角太小可能引起模具型腔應(yīng)力集中，導(dǎo)致型腔開裂。設(shè)置合上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 21 理的圓角，還可以改善模具的加工工藝，如型腔可直接用 R 刀銑加工，而避免低效率的電加工。不同 的圓角可能會引起分型線的移動，應(yīng)結(jié)合實際情況選擇不同的圓角或清角。 孔的形狀應(yīng)盡量簡單，一般取圓形?？椎妮S向和開模方向一致，可以避免抽芯。當孔的長徑比大于 2 時，應(yīng)設(shè)置脫模斜度。此時孔的直徑應(yīng)按小徑尺寸（最大實體尺寸）計算。盲孔的長徑比一般不超過 4?？着c產(chǎn)品邊緣的距離一般大于孔徑尺寸。 保險杠的材料 PP 是目前使用最多的保險杠材料，所以這里主要介紹 PP 材料在用作保險杠方面的性能設(shè)計。眾所周知， PP 是綜合性能優(yōu)良的一種通用塑料，但 PP 本身低溫性能及抗沖擊性能差、耐老化性及尺寸穩(wěn)定性差，難以滿足汽車保險杠 對材料性能的苛刻要求。因此，汽車保險杠中使用的 PP 材料均為改性 PP。 根據(jù)汽車行業(yè)對保險杠的要求，以及保險杠材料構(gòu)成上的差異， PP汽車保險杠專用料可以從以下幾個方面進行性能設(shè)計。 一． PP 共混性是用增容劑、增強劑、填充劑、偶聯(lián)劑、交聯(lián)劑、熔體流動速率調(diào)節(jié)劑以及抗老化等與 PP 基料共混，使 PP 改性，大幅度提高其性能。采用各種合成橡膠和 PP 進行共混改善 PP 的低溫韌性，是生產(chǎn)PP 保險杠專用的傳統(tǒng)工藝。 二．隨著催化劑的不斷改進，目前已能采用兩步串聯(lián)氣相聚合技術(shù)生產(chǎn)橡膠含量高的優(yōu)質(zhì)抗沖擊 PP共混料。通過提高乙烯含量及 控制乙烯單體引入 PP大分子鏈上方式的不同，不僅能獲得韌性較好的產(chǎn)品，還能在上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 22 一定范圍內(nèi)調(diào)整聚合物、共聚單體含量相同材料的剛性與韌性之間的相對關(guān)系，從而獲得所需性能的新材料。這種材料從微觀結(jié)構(gòu)看是 PP 和 EPDM的混合物，即 PP 硬相中分散有高彈性 EPDM 顆粒，故被稱為 PP/EPDM型“反應(yīng)共混料”。 三．日本 Styren Paper 公司生產(chǎn)的非交聯(lián)發(fā)泡保險杠現(xiàn)已被豐田公司采用。這種保險杠采用 JSP公司開發(fā)生產(chǎn)的 PP 發(fā)泡珠粒，先將珠粒裝入模具中發(fā)泡成型，生產(chǎn)的保險杠具有良好的耐熱性、尺寸穩(wěn)定性和緩沖性。這種泡沫硬度 做汽車保險杠非常合適。 四．國外生產(chǎn)企業(yè)還不斷推出共聚級 PP汽車專用樹脂。它的沖擊性和韌性的綜合平均值均超過了常規(guī) PP。 除 PP 保險杠外，還有其他材料保險杠，如 PC合金保險杠等。 保險杠制造的行業(yè)標準 下面來介紹一下與保險杠設(shè)計有關(guān)的汽車行業(yè)標準，有 ISO2985《道路車輛 —— 轎車的外部防護》、歐洲標準 ECE NO42《關(guān)于車輛及其前后防護裝置（保險杠）認證的統(tǒng)一規(guī)定》、美國標準 PART 581《汽車保險杠標準》、日本標準 JASO B10287《汽車保險杠高度》等，在產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)貫徹這些標準。 保 險杠標準中對結(jié)構(gòu)設(shè)計也提出了相應(yīng)要求。 對燈具、外裝飾的保護要求：如在與汽車縱向中面相平行的任意鉛垂面內(nèi)保險杠有效接觸區(qū)的最外面應(yīng)高出燈具等重要的零部件和被保護的外裝件的任何部分，安裝到保險杠上的燈具表面應(yīng)低于與保險杠相鄰的表面（后保險杠頂部車牌號燈和按客車車身標準制造的前轉(zhuǎn)向燈除外， JASO 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 23 B10287） 。 對保險杠外部形狀的要求：不應(yīng)有尖銳凸起及突出的旋轉(zhuǎn)部分等妨礙交通安全的危險形狀，如保險杠的端部不允許有勾掛行人衣服等危險結(jié)構(gòu)，轎車的后保險杠（限于其端部位于車身后部側(cè)面附近的保險杠）應(yīng)安裝在車身凹 入部分內(nèi)，與車身之間的間隙超過 20mm，但用直徑 100mm 的球體同時車身和保險杠時，凡不能同時接觸的，都得將保險杠端部附近的部分向車身側(cè)彎曲（日本安全標準第 18條第 1項第 3號）。 對汽車外部凸出物的要求：車身外表面不得由于其形狀、尺寸、朝向、硬度等因素而刮傷、撞傷人體或加重被撞者的傷勢，車身外表面上亦不得有致使發(fā)生上述事故的尖銳零件或凸出物。這些同樣使用于保險杠設(shè)計，保險杠兩端應(yīng)向車身表面彎曲，保險杠組件所有額外的剛性表面的曲率半徑不得小于 5mm。 圖 后保險杠外表面 在對桑塔納 2020型汽車 的設(shè)計過程中，以上要求都是必須注意的。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 24 材料的處理 汽車保險杠另一重要的功能是裝飾。進入 20 世紀 90 年代以來，隨著人們審美意識的變化，對汽車外觀的要求也越來越苛刻。 PP 汽車保險杠由于具有良好的物性、可回收性以及更低的成本等特點，自 80 年代以來在世界范圍內(nèi)得到了普及與發(fā)展。 90 年代以后，隨著各種新型、高檔、豪華轎車的問世，對保險杠外觀的要求相應(yīng)提高，原有的色母粒著色保險杠已不能滿足要求，噴涂保險杠便應(yīng)運而生。噴涂保險杠與普通保險杠相比，容易實現(xiàn)不同顏色之間的相互配合，使之與汽車車身同色，在外觀上更加 具有整體感，而且色澤更加艷麗明亮，還可以遮蓋塑料表面的花紋或劃傷等缺陷，另外，保險杠外部的漆膜保護層可提高表面硬度，使保險杠耐火性、耐水性、耐油性、耐化學藥品性和防塵性得到提高。而且，由于PP 僅由碳氫原子組成，是非極性高分子材料，而且表面能低，結(jié)晶度高，致使其表面與涂料的黏結(jié)強度低。改進 PP 汽車保險杠的噴涂性成為國內(nèi)外研究的重點和熱點。 有一些為改善 PP 保險杠的噴涂性能而常用的一些方法。目前汽車保險杠材料多為 PP 合金， PP 本身是一種非極性高聚物，表面張力低。用 EPDM改性后雖在涂裝中抗溶劑性得到改善，但其低 表面張力、 PP 與 EPDM的非均相分布、加工成塑料制品時又引入向表面遷移的化學添加劑，以及無機顏料對涂裝的負作用和運輸過程中產(chǎn)生的玷污等都會對 PP/EPDM 汽車保險杠的涂裝有不良影響，因此在噴漆前必須對基材進行適當?shù)那疤幚怼Ｌ幚淼淖饔萌缦拢海?1） PP 表面的脫脂 ； (2)去除弱界面層；（ 3）刻蝕 PP 表上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 25 面；（ 4）溶脹 PP基材。經(jīng)過處理基材與涂膜的黏結(jié)性提高，增強了涂膜的附著力。 提高 PP/EPDM 黏結(jié)性的表面改性前處理方法可分為化學方法和物理方法兩大類?；瘜W方法包括：化學侵蝕、化學氧化、表面接枝反應(yīng)、輻射反應(yīng)及等離 子體聚合反應(yīng)。物理方法如：火焰法、電暈法、等離子體法、離子束法、紫外線法、激光法及 X 射線法。國外 PP/EPDM 涂裝前處理用的比較多的方法有火焰法、等離子體法、電暈法或二苯甲酮 /紫外線法。 一．火焰法是應(yīng)用較為普遍的一種方法，它用火焰的氧化焰部分（即藍色部分）接觸 PP 保險杠材料表面，由于噴在材料表面上的熱氧化焰溫度高達 1100～ 2800攝氏度，故通過對 PP 表面的脫氫和氧化反應(yīng)而在表面生成氨基、羥基等含氧極性基團和不飽和雙鍵，增加表面極性，從而提高表面 能 。 二．一般情況下，在 PP/EPDM 底材涂裝以前先用低固體 分氯化聚烯烴（ POC）的溶液噴涂一層 2～ 3μ m 厚的薄薄的過渡層，是改進其表面極性行之有效的方法。這種用附著力促進劑改進塑料表面極性的經(jīng)典方法用于處理 PP/EPDM尚有如下不足之處。 （ 1） 處理液固體分低。 （ 2） 增加額外施工步驟，增加成本。 （ 3） 適用于 EPDM含量在 25％左右的 PP/EPDM。 采用等離子氮或等離子氧，與 PP表面發(fā)生氧化或氮化等反應(yīng)，在表面生成大量活性基團，從而改善表面化學活性。用這種方法處理的表面，其剝離強度比用傳統(tǒng)方法增加 40％，且不造成環(huán)境污染。日本 suzuki 聯(lián)上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 26 合有限公司用有機溶劑清洗 PP彩色保險 杠表面，再用等離子氧處理，最后用等離子聚合的四甲基硅烷和等離子氮進行處理，在 PP 保險杠表面形成透明的四甲基硅烷聚合物涂膜，該涂膜在 60 攝氏度下光澤度可達 86％，而且耐磨性好。 三．利用一定的紫外線照射 PP 保險杠表面，可以引起表面的氧化反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)，而使表面激活，從而提高涂漆性能。日本 Kinugawa橡膠工業(yè)聯(lián)合有限公司用紫外線光照射法成功地將黑色汽車保險杠涂為白色。 保險杠的涂裝 在汽車保險杠涂裝體系上，目前世界上有兩大流派。美國傾向于單組分漆，歐洲則是雙組分聚氨酯漆。但有一點是共同的，即環(huán)境保護 是涂料新品種的發(fā)展動力。美國主要是在原漆配方中減少有機揮發(fā)溶劑組分，向高固體分漆方向發(fā)展；歐洲并不像美國那樣有一個統(tǒng)一的 VOC 排放法規(guī)，重點是降低在施工和漆膜形成過程中溶劑的揮發(fā)量，向水性漆方向發(fā)展。表 列舉了 PP/EPDM保險杠常用的涂裝材料體系。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 27 表 PP/EPDM 汽車保險杠常用涂裝體系 涂裝體系 顏色要求 光澤 烘烤 涂料類型 單涂層 不與車身同色 低 /中等 低溫 單組分聚氨酯漆 雙組分聚酯－異氰酸酯漆 二涂層 （單色） 與車身同色 中 /高等 低溫 底漆 單組分聚 氨酯漆 雙組分環(huán)氧丙烯酸 雙組分聚酯－異氰酸酯漆 面漆 雙組分聚酯－異氰酸酯漆 三涂層 （單色 /閃光色） 與車身同色 中 /高等 低溫 底漆 單組分聚氨酯漆 雙組分聚酯－異氰酸酯漆 雙組分環(huán)氧丙烯酸 底色漆 單組分聚酯 /氨基 /CAB 漆 丙烯酸型 罩光漆 雙組分聚酯－異氰酸酯漆 在選擇 PP/EPDM汽車保險杠涂裝材料體系的化學組成時，應(yīng)考慮 : 一． PP/EPDM是一種高分子材料，相對于金屬車身底材其表面極性和表面張力都非常低。為了保證與底材良好的附著力，底漆用樹脂應(yīng)選擇 具有一定量的極性基因（如羥基、氨基和環(huán)氧基等）的樹脂；或在設(shè)計配方時保留一定的極性基因，有利于附著力的提高。 二．汽車是戶外用品，在時間和地域上跨度較大，還要經(jīng)受酸雨、鳥上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 28 糞、雪天馬路上鹽水等的侵蝕。注重面漆的裝飾性的同時還必須考慮其防護效果。長期的戶外使用要求其保光保色性好，還必須具備與車身高溫漆同等的耐濕熱、耐鹽霧、耐紫外線、耐化學溶劑性和耐劃傷等性能，同時還應(yīng)具備優(yōu)良的柔韌性故可選擇耐候性及綜合性能較好的雙組分丙烯酸聚氨酯漆。 涂裝系統(tǒng)流程如下： 過去：成型保險杠 —— 三氯乙烷（ TCE） 蒸汽處理 —— 干燥 — — 底涂—— 干燥 —— 噴涂 —— 烤漆 現(xiàn)在：成型保險杠 —— 脫脂 —— 水洗 —— 表面調(diào)整 —— 干燥 —— 底涂—— 干燥 —— 噴涂 —— 烤漆 4 保險杠的設(shè)計過程和方法 保險杠的安裝點的設(shè)計 考慮好保險杠的制造工藝與材料后，如何把保險杠安裝到車身上去也是一大重點。為此，需要制訂保險杠的一系列安裝定位點。安裝定位點的制訂過程中要注意限定保險杠的六個自由度。在制訂定位孔的形狀時要考慮留出安裝余量，便于整車裝配時安裝。桑塔納 2020 汽車保險杠許多的安裝點都是定在保險杠的翻邊上的，因此，對保險杠翻邊的設(shè)計有一定要求，尤其是保險杠 與車身翼子板以及與側(cè)圍的安裝要求是零間隙。 在桑塔納 2020 后保險杠安裝點的設(shè)計過程中，考慮對于保險杠自由度的限制，在保險杠正前方的上下各設(shè)計四個安裝孔，上部與車身上的焊接鐵片連接，下部與保險杠骨架的下安裝支架連接，限制了保險杠的六個上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 轎車后保險杠的設(shè)計 29 自由度。側(cè)翼尾部有一個安裝點，與車身側(cè)圍連接。由于是腰形孔，限制了上下左右的自由度。側(cè)翼還設(shè)計了一個塑料定位卡子，與車身側(cè)圍外板裝配。還在保險杠車角部分設(shè)計了兩個安裝點，一個與燈內(nèi)鈑金連接，限制了保險杠的六個自由度；一個 與車身外板連接，由于是腰形孔，限制了保險杠前后上下的自由度。在保險杠的側(cè)翼下部設(shè)計有三個安裝點，兩個連接擋泥板，由于是腰形孔，限制了保險杠上下左右的自由度；一個與車身外板下焊接鐵支架連接，限制了保險杠的六個自由度。 圖 后保險杠中間金屬件局部視圖 上海工程技術(shù)大學畢