轎車前保險(xiǎn)杠吸能塊的改型設(shè)計(jì)

王旭

（一汽豐田技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司）

近些年，國(guó)內(nèi)各大汽車生產(chǎn)廠紛紛對(duì)現(xiàn)有車型進(jìn)行外飾局部改型，以迎合消費(fèi)者需求，促進(jìn)市場(chǎng)消費(fèi)。前保險(xiǎn)杠作為汽車重要的外飾件，成為了主要的改型對(duì)象。車輛前部造型的變化主要有2 種情況：1）保險(xiǎn)杠的型面發(fā)生變化；2）下進(jìn)氣柵采用新造型、保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。二者均會(huì)對(duì)吸能塊的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。文章主要講述轎車前保險(xiǎn)杠吸能塊的改型設(shè)計(jì)流程，在滿足法規(guī)要求和原有車型設(shè)計(jì)要求的前提下，使吸能塊滿足新保險(xiǎn)杠的造型需求。該方法用于前保險(xiǎn)杠發(fā)生造型變更（型面變更或下進(jìn)氣柵采用新造型），吸能塊結(jié)構(gòu)相應(yīng)修改的情況（產(chǎn)品的支撐、W 向?qū)挾群投ㄎ粵](méi)有發(fā)生變化）。

1 吸能塊介紹

1.1 吸能塊與周邊件的配合關(guān)系

吸能塊周邊零件主要有保險(xiǎn)杠和加強(qiáng)梁。保險(xiǎn)杠以及吸能塊的主要作用是在汽車發(fā)生接觸和輕度碰撞時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致車輛受到嚴(yán)重?fù)p傷[1]；而保險(xiǎn)杠加強(qiáng)梁的作用是保證車身剛性，減少正面碰撞時(shí)乘員所受傷害[2]。吸能塊一般是以定位銷的形式安裝到加強(qiáng)梁上面，加強(qiáng)梁對(duì)吸能塊起到定位和支撐的作用（以車型A為例說(shuō)明）。吸能塊、保險(xiǎn)杠和加強(qiáng)梁之間的配合關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 保險(xiǎn)杠裝配總成結(jié)構(gòu)關(guān)系（車型A 中心斷面）截圖

1.2 材質(zhì)

材質(zhì)的選取決定了吸能塊產(chǎn)品的物理性能。車型不同，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也不相同。其中發(fā)泡率是吸能塊材質(zhì)選擇的一個(gè)重要指標(biāo)：發(fā)泡率越小，吸能塊的剛性越大，即產(chǎn)生相同的變形所需的力更大，但具體的物性曲線不一定是線性的。

1.3 加工工藝

吸能塊產(chǎn)品采用發(fā)泡工藝加工制成，主要經(jīng)歷加熱、冷卻2 個(gè)階段。吸能塊加工工藝流程，如圖2 所示。

圖2 汽車前保險(xiǎn)杠吸能塊加工工藝流程圖

2 斷面分析

2.1 關(guān)鍵斷面的選取

斷面分析是完成3D數(shù)據(jù)的前提，是車身零部件設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，所以斷面分析選擇的斷面位置至關(guān)重要。一般主要選取以下位置：1）中心位置（如圖3和圖4 中A-A 斷面所示）；2）保險(xiǎn)杠設(shè)變后干涉嚴(yán)重的部位；3）保險(xiǎn)杠與吸能塊間隙變化明顯的部位；4）零件間的臨界位置。斷面分析的原則是斷面能反映零件各個(gè)位置的特征，即完全說(shuō)明零件的特點(diǎn)。只有這樣，干涉檢查才沒(méi)有盲點(diǎn)，后續(xù)三維數(shù)據(jù)修改的結(jié)構(gòu)才能正確。

圖3 汽車保險(xiǎn)杠吸能塊產(chǎn)品示意圖

圖4 汽車保險(xiǎn)杠產(chǎn)品主斷面A-A 截圖

2.2 斷面制作并確認(rèn)

斷面制作時(shí)要體現(xiàn)產(chǎn)品的定位形式（通常是通過(guò)定位銷），吸能塊與保險(xiǎn)杠、加強(qiáng)梁等周邊零件間的間隙，產(chǎn)品的最小R 角等。各個(gè)位置的斷面完成以后，再對(duì)設(shè)計(jì)變更前后同一位置的斷面進(jìn)行對(duì)比分析，以確定結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，避免造成產(chǎn)品加工困難。

3 3D數(shù)據(jù)制作

3.1 參考面的提取

在進(jìn)行3D數(shù)據(jù)修改之前，首先把設(shè)計(jì)變更后的保險(xiǎn)杠新數(shù)型提取出來(lái)，作為參考面來(lái)修改吸能塊的結(jié)構(gòu)（注意提取保險(xiǎn)杠的內(nèi)表面，即與吸能塊存在間隙的表面），如圖5 所示。用偏移命令根據(jù)選定的參數(shù)值，把提取的參考面偏置一定距離，作為修改后吸能塊的表面。

圖5 保險(xiǎn)杠參考面提取

以上結(jié)果得到的是吸能塊的前表面，當(dāng)保險(xiǎn)杠發(fā)生設(shè)變時(shí)，往往緩沖塊的下表面也需要修改，這時(shí)就不能按照上述的方法進(jìn)行。此時(shí)要根據(jù)斷面分析的結(jié)果，把各個(gè)斷面相應(yīng)位置的特征線提取出來(lái)，混合制作一個(gè)參考面，作為修改吸能塊下部結(jié)構(gòu)的表面。由此可見(jiàn)，斷面分析階段對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的修改至關(guān)重要。

3.2 吸能塊數(shù)據(jù)修改

在參考元素準(zhǔn)備齊全的情況下，下一步驟就是修改吸能塊數(shù)型。所用到CATIA 面操作的一些常用命令包括面結(jié)合、分割、裁剪。常規(guī)方法是先進(jìn)行產(chǎn)品整體的面修剪工作，把多余的面裁掉后進(jìn)行導(dǎo)角。但一些復(fù)雜的導(dǎo)角不能一次完成，可以采用先導(dǎo)角、后面結(jié)合的方法，具體步驟視情況而定。車型A 產(chǎn)品吸能塊裁剪后的3D 結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 車型A 產(chǎn)品保險(xiǎn)杠吸能塊3D數(shù)據(jù)模型修改結(jié)果

然后對(duì)面結(jié)合后的片體進(jìn)行導(dǎo)角，再用鏡像命令做出產(chǎn)品的左側(cè)，最后面結(jié)合到一起，得到最終產(chǎn)品（注意不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的修改）。

3.3 吸能塊數(shù)據(jù)檢查

數(shù)據(jù)修改結(jié)束后的產(chǎn)品，在三維模型狀態(tài)下更直觀，零件間的裝配關(guān)系更加清晰?？梢越柚鶦ATIA 中的工具對(duì)3D數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，產(chǎn)品檢查項(xiàng)目，如表1 所示。

表1 汽車前保險(xiǎn)杠吸能塊檢查項(xiàng)目

4 二維圖制作

4.1 斷面選取

3D數(shù)據(jù)完成之后，需要生成二維圖紙，說(shuō)明產(chǎn)品的特征，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。二維圖主要選取以下位置：1）中心位置（如圖3 和圖4 中A-A 斷面所示）；2）產(chǎn)品的重要特征部位；3）與其它產(chǎn)品有裝配關(guān)系的位置；4）與其它部品有嚴(yán)格間隙、讓空的位置；5）設(shè)計(jì)變更前圖紙斷面的位置。

4.2 關(guān)鍵參數(shù)的標(biāo)注

二維圖參數(shù)表明了產(chǎn)品本身的特點(diǎn)及與周圍部品的關(guān)系，各參數(shù)和產(chǎn)品的生產(chǎn)加工直接相關(guān)，所以產(chǎn)品的重要性能參數(shù)需要標(biāo)注在圖紙上面。這些參數(shù)一般包括產(chǎn)品主要的形狀尺寸、周圍零件的位置尺寸、倒角尺寸、尺寸工差和幾何工差、分模線位置等。

5 產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)

5.1 產(chǎn)品試制

產(chǎn)品的正式圖紙發(fā)布之后，供應(yīng)商會(huì)按照相應(yīng)的要求制作模具，進(jìn)行產(chǎn)品的試制工作。通過(guò)產(chǎn)品試制可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的正確性，更重要的是可以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可加工性，以及試制件的硬度和精度等。產(chǎn)品試制過(guò)程中，會(huì)選擇若干個(gè)首批件，作為后續(xù)試驗(yàn)評(píng)價(jià)的樣品。

5.2 產(chǎn)品評(píng)價(jià)

產(chǎn)品評(píng)價(jià)分為零件性能評(píng)價(jià)和整車性能評(píng)價(jià)。零件性能評(píng)價(jià)主要是對(duì)產(chǎn)品的壓縮應(yīng)力變化率、耐沖擊性、質(zhì)量尺寸變化率等的評(píng)價(jià)，一般由供應(yīng)商完成；整車性能評(píng)價(jià)是把各個(gè)部品組裝起來(lái)，對(duì)零件間的裝配關(guān)系、定位精度、使用性能等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般在整車廠進(jìn)行。

6 結(jié)論

文章講述了通過(guò)CATIA 軟件設(shè)計(jì)A 車保險(xiǎn)杠吸能塊的過(guò)程。通過(guò)此設(shè)計(jì)流程可以完成常規(guī)轎車用保險(xiǎn)杠吸能塊的改型開(kāi)發(fā)，進(jìn)而在投資較少的情況下完成車輛外飾局部改型開(kāi)發(fā)。今后還可將此方法擴(kuò)展，應(yīng)用于其他發(fā)泡材質(zhì)的汽車內(nèi)外飾零件的設(shè)計(jì)。