以塑代钢在某越野车型外饰上的应用分析

沈艳

摘 要：通常金属和塑料相比，同结构、尺寸的零件重量金属大于塑料。用塑料来代替金属在汽车轻量化应用上有着广阔的前景。另外，利用塑料模具可以成型结构复杂的零部件，有利于零部件集成化设计，优于金属模具。汽车工程师应将设计工作的大部分精力投入到零件结构优化设计上，才能设计出更好的汽车产品。某越野车外饰零件首次应用以塑代钢，取得降重降本效果，零件集成化设计减少零件数量。

关键词：轻量化；以塑代钢；CAE分析

中图分类号：U462 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）17-299-02

Abstract： Metals and plastics are usually compared to plastics， Parts of the same structure and size weigh more metals than plastics. Replacing plastics with plastics has broad prospects in light weight applications， In addition， plastic moulds can be used to form complex parts， Help the integrated design of parts， Better than metal mold. Automotive engineers should devote most of their design efforts to structural optimization of parts， A better car product can be designed. The first application of the outer parts of a cross-country car for the plastic generation of steel， Get the effect of reducing weight and reducing the cost， Integrated design of parts to reduce the number of parts.

Keywords： light weight； plastic generation of steel； CAE analysis

CLC NO.： U462 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-299-02

1 前端中央框架结构设计

某越野车原前端框架由四个金属件组成，分别是两个中央支撑总成、一个散热器罩中上安装支架、一个散热器罩安装支架材料，其中散热器罩安装支架螺栓连接在中央支撑总成上，集成优化为一个塑料件，材料拟用PP-GF30或PP-GF40，具体参考CAE分析结果来确定，上部借用原两个安装点，下部四个安装点更改为两个安装点，同时取消六个Q1840616F61 六角法兰螺栓、四个Q37206焊接方螺母；保留喇叭安装点。详见图1、图2、表1：

2 前端中央支撑框架CAE分析

塑料前端中央框架代替原金属件经过三轮数据优化修改CAE频响分析，第一轮、第二轮分析选用PP-GF30，XYZ三个方向刚度较量产车下降较多，第三轮数据结构加强后对选用PP-GF30、PP-GF40两种材料方案进行对比分析，最终得出结论优选材料PP-GF40，材料性能参数见表2。

约束：取白车身前端作为分析模型、断面全约束，车身与车架连接处全约束；

载荷：在水箱上横梁中部XYZ三个方向分别加载500N，见图3；

模型及边界：截取部分车身模型，并对对面约束1-6个自由度。

加载：对车身断面中心位置加载1G加速度激励，见图4；

前端中央框架结构加强优化后，选择材料PP-LGF30时，X向刚度与量产车相当、Y向刚度降低16.67%、Z向刚度降低9.25%；选择材料PP-LGF40时，X、Z向刚度与量产车相当，Y向刚度降低13.79%，建议优选材料选择PP-LGF40。见图6、表3：

B40L量产车前端中央支撑与周围金属支架，在X、Y、Z方向一阶段模态最大应力值为132.95MPa，安全系数1.78，集成方案X、Y、Z方向一阶段模态对打应力值为17.1，安全系数7.8，满足强度要求，见图5、表4。

3 前端中央框架试验验证

前端中央框架软膜件搭载某越野车整车可靠性试验样车，进行全里程磨合、山路、越野路、强化路、高环路等高强度恶劣路况试验，见图7：

该前端中央框架搭载某越野车综合可靠性试验样车通过强化路、越野路试验验证未出现试验问题，目前该件已在量产车型上正式批量应用，该项目以塑代钢可实现降重约0.4kg/件，见表1，零件数量包括标准件由17个减少为5个，最大程度上实现了零件设计集成化。试验结果充分验证了CAE分析结论的正确性，缩短了整个项目的开发周期，并降低了整改投入费用，在后续项目中，將以塑代钢应用在更多的零部件上。

4 总结

汽车轻量化设计已成为行业发展趋势，目前国内汽车零部件应用塑料材料程度并不高，大部分集中在内外装饰件上，结构件以塑代钢难度相对较大，需要有前期充分CAE刚度强度等分析支持，在满足零部件使用工况的前提下才可成功应用。据统计汽车整备质量每减少100kg，油耗可降低0.3- 0.6L/km，故最大程度的降低整车重量才是未来汽车行业发展的最大竞争力。