重型卡車(chē)前面罩的成型工藝和材料選用

柯勇+胡圣飛

摘 要：通過(guò)國(guó)內(nèi)主要重型卡車(chē)駕駛室的前面罩和左右外側(cè)總成的造型設(shè)計(jì)、成型工藝和材料選用的研究，分析了國(guó)內(nèi)主要重型卡車(chē)前臉造型特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)流行趨勢(shì)，總結(jié)出目前國(guó)內(nèi)主要重型卡車(chē)前面罩產(chǎn)品成型的主要工藝、材料選用和相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了說(shuō)明；并對(duì)代表當(dāng)今世界最先進(jìn)技術(shù)的歐洲重型卡車(chē)駕駛室前面罩和左右外側(cè)總成的成型的工藝、材料選用總結(jié)，最后以卡車(chē)前面罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，著重就材料為SMC的產(chǎn)品壁厚、加強(qiáng)筋和脫模斜度的設(shè)計(jì)技巧等做了重點(diǎn)闡述，可用于實(shí)際生產(chǎn)國(guó)內(nèi)前面罩，研究結(jié)果也為駕駛室前面罩系統(tǒng)成型工藝開(kāi)發(fā)、材料選用和模具設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。對(duì)教學(xué)、汽車(chē)SMC非金屬材料行業(yè)進(jìn)一步研究均提供了不可或缺的基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：重型卡車(chē)；前面罩；SMC；成型工藝；材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.015

本文所指的前面罩系統(tǒng)是重型卡車(chē)駕駛室前圍最外表面的那個(gè)覆蓋件總成部分，這個(gè)前面罩主要作用是與駕駛室左右側(cè)圍和保險(xiǎn)杠渾然一體裝飾前圍，并遮擋固定前圍內(nèi)部的功能件。它位于駕駛室前臉的正中央，具體區(qū)域是指前風(fēng)窗玻璃以下，保險(xiǎn)杠以上，左右車(chē)門(mén)之間這部分的外飾覆蓋件總成。前面罩系統(tǒng)一般由面罩本體、翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總成（包括撐桿和翻轉(zhuǎn)鉸鏈等）、前面罩鎖、左右外板、散熱格柵、商標(biāo)等主要部件構(gòu)成，前面罩的造型決定了整個(gè)車(chē)型的外觀風(fēng)格。世界上主要重型卡車(chē)駕駛室按分布、制造商和主流市場(chǎng)分為北美、亞洲和歐洲三大市場(chǎng)。不同大洲因不同的人文地理文化差異，生產(chǎn)研發(fā)的駕駛室也就帶有獨(dú)特的地域色彩和鮮明的個(gè)性習(xí)慣。這些不同市場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的駕駛室不但要遵循汽車(chē)駕駛室設(shè)計(jì)的一般共性理念，也帶有其鮮明個(gè)性特點(diǎn)。

為檢修方便、提高裝配效益，特別是經(jīng)過(guò)近幾十年的制造機(jī)械模具基礎(chǔ)工業(yè)的快速發(fā)展，當(dāng)前的重型卡車(chē)前面罩結(jié)構(gòu)形式一般為整體式，很少有再采用分塊結(jié)構(gòu)。前面罩開(kāi)啟方式設(shè)計(jì)趨勢(shì)為拉線(xiàn)面罩鎖較多。

1 國(guó)內(nèi)主流重型卡車(chē)面罩、成型工藝以及材料

1.1 東風(fēng)天龍

威猛、性?xún)r(jià)比高的東風(fēng)公司天龍系列重卡，這款東風(fēng)汽車(chē)公司與日本日產(chǎn)柴株式會(huì)社聯(lián)研發(fā)的重卡駕駛室，日產(chǎn)在技術(shù)上帶給東風(fēng)公司許多國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)理念。前面罩產(chǎn)品造型粗獷厚重，采用國(guó)際流行的流線(xiàn)型設(shè)計(jì)、開(kāi)口細(xì)密的蜂窩狀前格柵，在考慮進(jìn)氣散熱面積大小并兼顧行車(chē)過(guò)程中砂石撞擊水箱的隱患。

前面罩采用沖壓成型內(nèi)外板結(jié)構(gòu)，前面罩外板成型工藝路線(xiàn)為落料—拉延—翻邊，前面罩內(nèi)板成型工藝路線(xiàn)為拉延—修邊--沖孔，和內(nèi)外板包邊模1套，共7套模具（模具價(jià)格約250萬(wàn)元以上）組成。面罩上中間黑色格柵，左右外側(cè)板因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜采用注塑成型工藝，材料采用ABS。

1.2 解放J6

一汽公司居室化設(shè)計(jì)的解放J6，解放J6是國(guó)內(nèi)卡車(chē)企業(yè)中率先外部造型借簽中國(guó)京劇臉譜元素，采用歐洲前衛(wèi)時(shí)尚風(fēng)格，整車(chē)造型嚴(yán)謹(jǐn)莊重又動(dòng)感十足。用料考究、室內(nèi)寬敞、設(shè)施齊全，前面罩（1模具價(jià)格約100萬(wàn)元以上）和左右外側(cè)板采用模壓成型（材料SMC）。

1.3 HOWO A7

中國(guó)重汽HOWO A7的前臉寬大，外形豪放大氣，線(xiàn)條敦實(shí)厚重，盡顯威懾力。駕駛室視野寬闊，它將是中國(guó)重型卡車(chē)發(fā)展史的一個(gè)里程碑的事件。前面罩和左右外側(cè)板采用模壓成型（材料SMC）。

1995年，中國(guó)重汽推出的斯太爾重卡進(jìn)軍重卡市場(chǎng)時(shí)，斯太爾重型卡車(chē)就已裝配有整體式SMC模壓成型工藝的前面罩。斯太爾重型卡車(chē)這種能向前向上翻轉(zhuǎn)的整體前面罩在是率先在國(guó)內(nèi)的各大中、重卡車(chē)品牌之中首先將SMC材料應(yīng)用于卡車(chē)外飾前面罩件最早的汽車(chē)廠(chǎng)商之一。當(dāng)時(shí)其他幾大中、重卡品牌，象解放、東風(fēng)和后來(lái)的福田歐曼等在內(nèi)的汽車(chē)制造商，僅部分車(chē)型導(dǎo)流罩和發(fā)動(dòng)機(jī)散熱裝置等少量產(chǎn)品應(yīng)用了SMC材料。他們對(duì)這方面的關(guān)注和應(yīng)用相對(duì)落后，SMC材料在外飾件的應(yīng)用也均偏低。后來(lái)隨著鋼材、柴油等原材料價(jià)格長(zhǎng)高，用戶(hù)對(duì)整車(chē)載貨量提出了更高的要求，以及重卡市場(chǎng)不斷日益加強(qiáng)的竟?fàn)幖ち?，?guó)家對(duì)超載的嚴(yán)查，各大中、重卡整車(chē)廠(chǎng)才開(kāi)始將整車(chē)降重作為重點(diǎn)工作目標(biāo)，這就為有效提高SMC和塑料等非金屬材料在中、重卡車(chē)外飾件的應(yīng)用比例，從而也促使SMC材料在中、重卡車(chē)外飾件的應(yīng)用比例得到了快速提高。

代表了當(dāng)今世界最先進(jìn)技術(shù)的歐洲著名品牌駕駛室的重型卡車(chē)中的德國(guó)奔馳（BENZ）、MAN、大眾，瑞典斯堪尼亞（SCANIA）、沃爾沃（VOLVO）和法國(guó)雷諾前面罩和左右外側(cè)總成也均采用模壓SMC成型。

2 注塑，模壓、沖壓成型

注塑成型工藝是指通過(guò)加壓、注入，將熔融的塑料樹(shù)脂原材料在金屬模具中冷卻、脫離等過(guò)程，并生產(chǎn)出所需一定形狀的半成品制件的工藝過(guò)程。塑料零部件的注塑成型工藝過(guò)程一般由6個(gè)步驟組成，分別是加壓、充模、保壓、冷卻、開(kāi)模和脫模。

SMC模壓成型工藝是指將SMC樹(shù)脂片材按既定的工藝要求裁剪成一定的厚度、形狀和產(chǎn)品尺寸等，然后將片材疊合后放入金屬模具中按規(guī)定的工藝參數(shù)加熱加壓生產(chǎn)出所需的制品。

工生產(chǎn)制造通常是在常溫下進(jìn)行的沖壓成形工藝由于這個(gè)緣故又叫冷沖壓。它是通過(guò)模具施加外力給模腔中的毛坯材料，使毛坯板料產(chǎn)生分離或永久形變，從而達(dá)到預(yù)定的產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品形狀和產(chǎn)品性能的零件的加工制造方法。

前面罩沖壓工藝四大的特點(diǎn)是：

（1）前面罩模具生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，一般需4個(gè)月以上；前面罩模具費(fèi)用30萬(wàn)元以上，成套模具投入較高；前面罩沖壓模具結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，但產(chǎn)品成形工序較多；

（2）工件的成本較低和SMC等非金屬材料接近、材料利用率可達(dá)80%，零件強(qiáng)度高、剛性好、重量輕、沖壓過(guò)程耗節(jié)能，環(huán)保；

（3）操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)率高；

（4）模具保證尺寸精度，尺寸穩(wěn)定，互換性好?？梢陨a(chǎn)出形狀復(fù)雜難以加工的零件。售后維修方便。

3 SMC在外飾件的應(yīng)用范圍和工藝要求

SMC應(yīng)用于外飾件的主要目的有以下三方面

（1）SMC密度小的特性，以塑代鋼來(lái)減輕汽車(chē)的自重；

（2）減少工裝投入；

（3）SMC易于成型復(fù)雜各種形狀產(chǎn)品的特性。

SMC材料已越來(lái)越廣泛應(yīng)在國(guó)內(nèi)汽車(chē)近十余個(gè)品中種上使用，如：前面罩、左右外側(cè)板、導(dǎo)流罩、頂蓋、保險(xiǎn)杠、導(dǎo)流罩、腳踏板護(hù)罩和車(chē)門(mén)裝飾板等汽車(chē)外飾產(chǎn)品。不同位置和功能的產(chǎn)品對(duì)SMC產(chǎn)品的工藝要求有所不同，下面是汽車(chē)SMC前面罩的相關(guān)要求：

前面罩做為汽車(chē)最外表面的覆蓋件總成，是整車(chē)造型風(fēng)格的點(diǎn)晴之點(diǎn)，它起遮擋保護(hù)固定在前圍的駕駛室的功能件。汽車(chē)前面罩應(yīng)當(dāng)具有足夠滿(mǎn)足使用要求的強(qiáng)度和剛性。近幾十年來(lái)開(kāi)發(fā)的新款重型卡車(chē)除東風(fēng)天龍還在采用金屬板材沖壓成形的前面罩外，其它重卡前面罩目前均以選用耐熱溫度高于85℃耐寒溫度為-40℃SMC片狀模壓玻璃鋼為主。

1）料厚：輪廓尺寸不一，產(chǎn)品形狀不同和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同， SMC前面罩的壁厚兇統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。一般來(lái)說(shuō)，SMC前面罩成型工藝要求的厚度為3mm—5.5mm左右，為避免因產(chǎn)品料厚變化造成收縮和變形等質(zhì)量缺陷影響前面罩外形外觀，還應(yīng)保證料厚均勻一致，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要產(chǎn)品相鄰部分料厚不均勻度應(yīng)控制1.2倍以?xún)?nèi)。

2）加強(qiáng)筋：加強(qiáng)筋的高度一般不超過(guò)32mm，頭部厚度應(yīng)不超過(guò)1.5mm左右。為不使前面罩的壁厚過(guò)厚，又能保證前面罩民需的強(qiáng)度和剛性，需在前面罩的適當(dāng)部位設(shè)計(jì)縱橫交錯(cuò)的加強(qiáng)筋。若產(chǎn)品結(jié)構(gòu)必須要求設(shè)計(jì)較高的筋時(shí)，就將筋設(shè)計(jì)成縱橫交錯(cuò)的方案或所需要的高度。為方便前面罩模具的加工和產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)脫模，產(chǎn)品背面的筋設(shè)計(jì)有脫模斜度。為避免因結(jié)構(gòu)強(qiáng)度需要而設(shè)計(jì)的前面罩的加強(qiáng)筋在產(chǎn)品成形外表面留有縮痕影響外觀，加強(qiáng)筋的料厚一般不超過(guò)被加強(qiáng)前面罩基本料厚的1/2至1/3。

3）前面罩脫模斜度：為易于出模，前面罩產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)有一定的脫模斜度，脫模斜度與脫模方向一致，脫模斜度一般取10?～30?。

4）前面罩功能要求：SMC前面罩的設(shè)計(jì)要盡可能與產(chǎn)品造型一致，遵循原始設(shè)計(jì)意圖，產(chǎn)品有足夠的強(qiáng)度和剛性，產(chǎn)品正面裝配汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)家的商標(biāo)，遮擋固定和裝飾前圍的功能件，并能依靠固定在前圍的二個(gè)鉸鏈向上翻轉(zhuǎn)。

5）安裝方式：目前采用整體結(jié)構(gòu)的前面罩安裝方式通常是前面罩上部預(yù)埋嵌件通過(guò)鉸鏈與前圍連接，下部裝配面罩鎖與前圍固定，前面罩沒(méi)翻轉(zhuǎn)時(shí)中間還有面罩鎖連接。

6）表面噴涂：SMC前面罩在基層處埋后可噴涂與駕駛室相同的面漆。

4 結(jié)論

SMC模壓前面罩產(chǎn)品材料各種性能、制品的各種功能，可達(dá)到金屬前面罩材料和產(chǎn)品的性能，甚至在工裝投入也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬材料的前面罩。汽車(chē)廠(chǎng)家選擇產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商的主要依據(jù)是不同材料的產(chǎn)品成本和工裝開(kāi)發(fā)周期，現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)商資源以及材料能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品形狀和結(jié)構(gòu)。

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