某車型全塑前端模塊骨架的研發(fā)

孟小斌

摘 要：模塊化生產(chǎn)是趨勢(shì)，前端模塊骨架又是整個(gè)前端模塊中很核心的一個(gè)零件。本文從方案選擇，材料比較入手，通過(guò)建立基準(zhǔn)模型和模擬計(jì)算成功研發(fā)了某車型全塑前端模塊骨架。

關(guān)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(chǎn)的一個(gè)重大成果，由于它有很多的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)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(chǔ)來(lái)固定的，比如冷凝器，水箱，風(fēng)扇，前橫梁等等。當(dāng)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(gè)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(gè)公司有自己的愛(ài)好，但是歸納總結(jié)起來(lái)就4個(gè)大類：全鋼，鋼為主加塑料，塑料為主加鋼，全塑料。二十年來(lái)這4類方案在我們的車型上都有用過(guò)。

考慮到鋼材的價(jià)格在變化，塑料的價(jià)格也在變化，我們要根據(jù)最新的價(jià)格情況對(duì)4大類方案再做個(gè)比較分析，看看這個(gè)車型到底選用哪個(gè)方向做。首先全鋼板方案和鋼板為主的方案的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，不像塑料容易被砸裂掉，缺點(diǎn)是需要做電泳，保護(hù)層厚度不夠或被碰掉會(huì)有銹蝕問(wèn)題。塑料為主加鋼板加強(qiáng)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(huì)被破壞。全塑料方案是現(xiàn)在比較新的方案，當(dāng)然少了加強(qiáng)板，怎么解決強(qiáng)度問(wèn)題是有些困難的。隨著塑料的國(guó)產(chǎn)化，價(jià)格相比以前有大幅的下降，后2個(gè)方案比前2個(gè)方案在價(jià)格上有優(yōu)勢(shì)。綜合評(píng)估下來(lái)，只要我們能解決強(qiáng)度問(wèn)題，那么全塑方案最有優(yōu)勢(shì)。

3 骨架材料的選擇

在多年的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，不算鋼板，不算GMT（現(xiàn)在基本不用了），塑料基材有用過(guò)PP和PA6，再根據(jù)加玻纖的比例不同，玻纖的長(zhǎng)度不同，排列組合用過(guò)至少6種材料。我們從單價(jià)，性能和可加工性等方面對(duì)材料進(jìn)行了比較，PP-GF30和PP-GF50是前2名。

其中PP-GF30這個(gè)材料我們用了很多年，總體還是比較均衡，唯一的缺點(diǎn)就是在性能上（尤其是剛度方面）相對(duì)稍偏低一些，局部需要鋼板加強(qiáng)。PP-GF50這個(gè)材料這幾年開(kāi)始慢慢顯露優(yōu)勢(shì)，在性能上比PP-GF30高出很多，缺點(diǎn)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(guò)減壁厚來(lái)彌補(bǔ)密度高的缺點(diǎn)。最終我們考慮嘗試全塑方案，所以PP-GF50勝出。

4 骨架數(shù)據(jù)主模型的建立和對(duì)比

雖然PP-GF50這個(gè)材料我們有使用，但是真正自己開(kāi)發(fā)上還是第一次用。為了減少風(fēng)險(xiǎn)，我們準(zhǔn)備先用PP-GF30材料加上2個(gè)小鋼板加強(qiáng)的方案設(shè)計(jì)一個(gè)基準(zhǔn)對(duì)標(biāo)模型，確保這個(gè)模型下是可行的，然后我們?cè)僭谶@個(gè)CAD模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

4.1 建立基準(zhǔn)對(duì)標(biāo)模型

PP-GF30材料加上小鋼板這種方案我們已經(jīng)在許多開(kāi)發(fā)車型上有使用，我們開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富，開(kāi)發(fā)起來(lái)相對(duì)也容易。塑料本體部分上表面因?yàn)榍吧w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?？傊亓浚ㄋ芰?鋼板）為3735g。初步剛度計(jì)算基本可行，見(jiàn)圖4。

4.2 更換材料，調(diào)整厚度

在基準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上，取消小鋼板，材料改為PP-GF50，由于密度大了很多，在數(shù)據(jù)中量一下重量已經(jīng)為3977g，比基準(zhǔn)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(tái)階割掉，減重50g

4.3 剛度CAE模擬計(jì)算

對(duì)上部中間，下部中間，4個(gè)角等都要進(jìn)行剛度計(jì)算，見(jiàn)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(cè)，橡膠緩沖打擊位置，能經(jīng)受800N的壓力，合格

下部中間，Z向剛度原來(lái)2.5N/mm，現(xiàn)在>6N/mm，合格

下部2側(cè)角上，X向剛度離要求差139N/mm，不合格。下圖2圈內(nèi)加厚到3mm，再計(jì)算，合格。但重量加了90g。

4.4 最終主模型和基準(zhǔn)模型的對(duì)比

最終的設(shè)計(jì)主模型確定以后，和基準(zhǔn)模型做了一個(gè)對(duì)比，重量上減了224g，性能上總體達(dá)到基準(zhǔn)模型，有些地方的剛度還遠(yuǎn)超基本模型。所以設(shè)計(jì)主模型得到確認(rèn)。

5 設(shè)計(jì)周邊零件的固定點(diǎn)和確定RPS定位點(diǎn)

前端模塊骨架看起來(lái)好像就一個(gè)方的框架，實(shí)際上周邊有無(wú)數(shù)的零件要往上固定，所以等主模型確認(rèn)以后，也就是大方向確定以后，就可以給周邊零件設(shè)計(jì)固定點(diǎn)，還要討論確定定位方案。

5.1 給周邊零件設(shè)計(jì)固定點(diǎn)

我們給周邊零件設(shè)計(jì)了各自的固定點(diǎn)，確保強(qiáng)度，安裝空間等。

a.前蓋鎖固定點(diǎn)，局部加強(qiáng)

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(diǎn)，確保了調(diào)整空間

e.冷卻模塊上固定點(diǎn)

f.格柵固定點(diǎn)，用滑塊解決了強(qiáng)度問(wèn)題

g.前保險(xiǎn)杠橫梁固定點(diǎn)，局部加強(qiáng)

h.線束固定點(diǎn)

i.下導(dǎo)風(fēng)件固定孔

j.冷卻模塊下固定孔

k.左右導(dǎo)風(fēng)件固定孔

m.格柵上部4個(gè)螺釘固定孔

n.發(fā)動(dòng)機(jī)撐桿固定用耳朵，需要往上抽芯

除了這些以外，還設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)風(fēng)罩的固定方案，前蓋鎖拉索的固定，微動(dòng)開(kāi)關(guān)線束固定和鎖支架的固定等等。

5.2 RPS定位點(diǎn)

前端模塊骨架的尺寸測(cè)量，整個(gè)前端模塊預(yù)裝，以及整個(gè)前端模塊往車上安裝時(shí)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(chǔ)。模塊骨架的RPS按照321原則確定：3X，2Z，1Y。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這次研發(fā)，在某車型上成功開(kāi)發(fā)了一個(gè)全塑前端模塊骨架。這個(gè)全塑骨架采用了比較新的材料PP-GF50，通過(guò)局部減厚度的方法實(shí)現(xiàn)減重224g，而且沒(méi)有鋼板，也就沒(méi)有表面保護(hù)的問(wèn)題，比較環(huán)保。另外性能上也完全達(dá)到甚至超過(guò)以往方案。

實(shí)際零件出來(lái)后，所有試驗(yàn)都非常順利，也沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題，證明這個(gè)方案很成功，我們將把這個(gè)方案做進(jìn)一步推廣。

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