汽车塑料保险杠的制造工艺

. . 重庆 XXXXXXX 学院 毕业设计（论文） 课 题 名 称：汽车塑料保险杠的制造工艺 专 业 班 级： 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 二 O 年 月 . . 目录目录 一 、前言3 二、保险杆的简介3 （一）保险杠的发展演变3 （二）保险杠的结构组成3 （三）保险杠的作用4 三、常见的汽车保险杠材料5 四、塑料保险杠喷涂工艺6 （一）工艺流程6 （二）保险杠喷涂工艺6 （1）前处理6 （2）水分烘干6 （3）表面喷涂6 五、塑料保险杠的主要作用及优点8 （一）可以控制制造成本8 （二）保险杠转型保护行8 （三）轻微碰撞的自我修复能力9 （四）塑料保险杠防腐蚀效果更好9 六、塑料保险杠的缺点9 七、总结10 八、致谢10 . . 一、前言一、前言 随着汽车工业的和工程塑料在汽车工业的大量应用，汽车保险杠作为一种 重要的安全装置也走向了革新的道路。目前汽车前后保险杠除了保持原有的保 护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。轿车的前 后保险杠都是塑料制成的，人们称为塑料保险杠。 保险杠具有安全保护、装饰车辆以及改善车辆的空气动力学特性等作用。从 安全上看，汽车发生低速碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后车体；在与行 人发生事故时可以起到一定的保护行人的作用。从外观上看，具有装饰性，成 为装饰轿车外型的重要部件；同时，汽车保险杠还有一定的空气动力学作用。 2009-2014 年中国保险杠及其零件（87081000）进出口表 出口（千克、千美元）进口（千克、千美元） 年份 数量金额数量金额 2009 年3735295817901713305193130936 2010 年5364732620963817466869189881 2011 年45027678228,63219697704254,516 2012 年4912763825618921616147300529 2013 年5422080630043226172144382707 2014 年* 数据来源：中国海关 由上表格可以看出，汽车保险杠在汽车领域中，也是非常重要的一部分。是 保障生命安全的一个基础，值得注意。 二、保险杆的简介二、保险杆的简介 （一）保险杠的发展演变（一）保险杠的发展演变 许多年以前，汽车前后保险杠是以金属材料为主，用厚度为 3 毫米以上的 钢板冲压成 U 形槽钢，表面处理镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身 有一段较大的间隙，好像是一件附加上去的部件看上去十分不美观。 随着汽车工业的发展和工程塑料在汽车工业的大量应用，汽车保险杠作为一种 重要的安全装置也走向了革新的道路。目前汽车前后保险杠除了保持原有的保 护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。轿车的前 后保险杠都是塑料制成的，人们称为塑料保险杠。 （二）保险杠的结构组成（二）保险杠的结构组成 其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为 1.5 毫米左右的冷轧薄板冲 . . 压而成 U 形槽；外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可 以随时拆卸下来。这种塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系 两种材料，采用注射成型法制成。例如标致 405 轿车的保险杠，采用了聚酯系 材料并用反应注射模成型法做成。而大众的奥迪 100、高尔夫、上海的桑塔纳、 天津的夏利等型号轿车的保险杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。国 外还有一种称为聚碳酯系的塑料，渗进合金成分，采用合金注射成型的方法， 加工出来的保险杠不但具有高强度的刚性，还具有可以焊接的优点，而且涂装 性能好，在轿车上的用量越来越多。如图 2 所示： 图 2 塑料保险杠 保险杠的几何形状既要考虑其与整车造型的一致，保证美观，也要符合力学特 性和吸能特性，确保撞击时的吸振与缓，如图 3 所示。 图 3 汽车前保险杠断面 （三）保险杠的作用（三）保险杠的作用 保险杠具有安全保护、装饰车辆以及改善车辆的空气动力学特性等作用。 从安全上看，汽车发生低速碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后车体；在与 行人发生事故时可以起到一定的保护行人的作用。从外观上看，具有装饰性， . . 成为装饰轿车外型的重要部件；同时，汽车保险杠还有一定的空气动力学作用。 同时，为了减少轿车在发生侧撞事故时对乘员的伤害，在轿车上通常安装有车 门保险杠，以增强车门的防撞冲击力。这种方法实用、简单，对车身结构的改 动不大，已经普遍推广使用。早在 1993 年深圳国际汽车展览会上，参展的本田 雅阁将一扇车门剖开一部分，专门露出车门保险杠给观众看，以示其良好的安 全性能。安装车门保险杠就是在每扇车门的门板内横置或斜置数条高强度的钢 梁，起到车前车后保险杠的作用，做到整部轿车前后左右都有保险杠“护驾” ， 形成一个“铜墙铁壁” ，使得轿车乘员有一个最大限度的安全区域。当然，安装 这种车门保险杠对于汽车制造商来讲，无疑会增加一些成本，但对于轿车的乘 员来讲，安全性和安全感都会增加了许多。 三、常见的汽车保险杠材料三、常见的汽车保险杠材料 很多年前轿车前后保险杠还是以金属材料为主，用厚度为 3 毫米以上的钢 板冲压成 U 形槽钢，表面处理镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，与车身有 一段较大的间隙，好像是一件附加上去的部件。 目前国内汽车前后保险杠一般都采用增韧（改性）聚丙烯（PP）材料作为 原料注塑成形-聚丙烯 Poly(propylene)塑料（俗称 PP 料） ，具有熔点高（可达 167） ，耐热，密度（0.90g/cm3） ，是目前通用塑料里最轻的一种，有较高的 耐腐蚀性（抗张强度 30MPa） ，其制品的强度、刚性和透明度都相对较好的特点， 缺点是耐低温性能差（由抗冲 PP 共聚物、苯乙烯类弹性体和聚烯烃类橡胶 3 种 组成共混改性材料，具有高刚性、抗冲击、耐划伤和可涂装性，注塑成型保险 杠装车后，受 8 km/h 的冲撞不碎裂，并具有复原的弹性，性能与 PU 差不多， 成本则降低 10%20%） 。 1991 年，丰田汽车公司将纳米 PP 复合材料用于汽车前、后保险杠，使原 来保险杠的厚度由 4 mm 降至 3mm，制品质量减轻约 1/3。目前，北美洲 90%以 上的保险杠系统都用聚烯烃基材料生产。北美汽车工业热塑性弹性体(TPO)使用 量的年增长率超过 10%。2005 年，TPO 在北美塑料保险杠市场所占份额达 75%， 而使用 RIM 和 PC/PBT 材质的保险杠的用量则下降到 20%和 1%。 还有些保险杠是有其他材料制作的（如玻璃钢、碳素纤维等材料） ，因其环 保性能（可回收）较差或成本较高等因素，均不如改性 PP 材料制成的保险杠 （可塑性和刚性并重、质量轻和薄、成本低一直是制作保险杠首要的追求目标） 、 ，而普通 PP 料本身的尺寸稳定和耐低温性较差，故今后几年里的制作汽车保险 杠的材料还会以改性的 PP 材料和日渐成熟的热塑性弹性体(TPO)制作为主导。 随着汽车工业的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新 的道路上。今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车 . . 体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。为了达到这种目的，轿车的前后保 险杠采用了塑料，人们称为塑料保险杠 四、塑料保险杠喷涂工艺四、塑料保险杠喷涂工艺 （一）工艺流程（一）工艺流程 工件上线前处理（预脱脂脱脂水洗水洗纯水洗吹水） 水分烘干冷却转挂擦净、打磨火焰处理静电除尘喷底漆流平 喷面漆流平喷罩光漆流平固化烘干检查、抛光、检验工件下线。 （二）保险杠喷涂工艺（二）保险杠喷涂工艺 （1 1）前处理）前处理 前处理直接关系到保险杠的喷涂质量。前处理一方面能提高涂膜的防腐性能、 延长工件的使用寿命，另一方面能提高涂膜对基体的附着力，还能使保险杠涂 膜具有均一的性能。 （2 2）水分烘干）水分烘干 水分烘干的目的是使经过前处理的保险杠表面充分脱水，获得最佳基体以 进行表面喷涂作业。但烘干温度不应过高，因为过度脱水会导致涂层性能大幅 下降。 （3 3）表面喷涂）表面喷涂 通常保险杠表面涂层由多道作用不同的涂膜组成。现多采用湿喷湿的喷涂 方式，这样既可节省能源、简化工艺，又能适应大批量流水线生产的需要。 目前比较先进的涂装线由喷漆机器人、双组分供漆、自动换色、工件识别、同 步、总控等子系统组成，具有自动换色、自动识别、同步运动、离线仿真等功 能。多台机器人依次运动，一次完成打磨擦净、火焰处理、静电除尘、底漆、 面漆和罩光漆喷涂等工序。当然，完全用机器人这种全自动作业方式进行各工 序作业，投资和运行成本相对较大；当前在国内大多数生产企业中还没有应用。 打磨擦净打磨擦净 保险杠经前处理后进入下一道打磨擦净工序。这道工序可根据工件表面的 实际情况决定是否省用，但工件表面凹凸不平或有其他损坏现象时必须经过 这道工序。 火焰处理火焰处理 火焰处理是利用高温（3000#以上）气体火焰使塑料的表面氧化。一般用表 面张力或表面能来衡量基材吸附液体的能力，若基材的表面能处于高水平，则 液体在其表面将变得更加润湿，具有很好的延展性，这是基材吸附液体的基础。 . . 火焰处理可以提高基材的表面张力，使基材与涂层的结合强度趋于更大，更易 于喷涂作业。 火焰处理包含一系列复杂的物理、化学反应。一方面，高温火焰将能量传 递给附着在基材表面的油污和杂质，使其受热蒸发，起到清洁基材表面的作用。 另一方面，火焰中含有大量具有很强氧化性的离子这些离子在高温状态下与被 处理物表面发生氧化反应，使被处理物表面形成一层带电的极性功能团，提高 了基材的表面能，从而也提高了其吸附液体的能力。 保持一定的火焰温度和距离，在适当的移动速度下对工件表面进行这种喷 涂前的处理，可降低工件表面应力、提高工件表面附着力，提高喷涂质量。 静电除尘静电除尘 可去除工件表面由于静电吸附的毛刺，保证工件在喷涂前的洁净度，有利 于提高喷涂良品率。主要设备可以用静电除尘枪、静电除尘离子风机、静电除 尘离子除尘风棒等。 涂底漆涂底漆 涂底漆的目的在于提高涂层的抗渗透能力、增强对基材的保护作用、掩饰 基体表面的细微缺陷、加强面漆与工件表面的附着力、保证面漆涂层颜色的均 匀性。底漆层厚度通常为 58m。 涂面漆保险杠经涂底漆、底漆流平后涂涂面漆保险杠经涂底漆、底漆流平后涂 装面漆，这是完成涂装工艺过程的关键阶段。面漆的作角在于提供所需的 装饰颜色，使外观达到设计要求，并且保护工件不受大气、酸雨的侵蚀，防止 紫外光穿透，大大增加基材的抗老化能力。在多层喷涂中面漆涂层最厚通常为 3035m。 涂罩光漆涂罩光漆 罩光漆的作用在于增强面漆涂层的抗外界侵蚀能力，保护面漆涂层不被氧 化，增加面漆的金属光泽使产品外观更加鲜艳。漆层厚度通常为 1015m。 流平晾干流平晾干 流平晾干是涂层中溶剂或水分蒸发的过程，从而达到涂膜可触摸或可再喷 涂的状态。流平效果取决于稀释剂的挥发速度，快干稀释剂可减慢漆膜的运动 和流动，导致涂膜产生桔皮、干喷、湿化不好等缺陷；慢干稀释剂留在湿膜内 的时间较长，可使漆膜光滑，但会产生流挂、花斑和颜色不一致。所以应随时 观察流平效果，控制好溶剂挥发速度，确保漆膜流平最佳。流平区必须保持干 净、无尘。 烘烤固化烘烤固化 喷涂好的保险杠经流平后，需进入固化炉进行固化处理。涂料的烘烤固化 . . 是一个熔融和化学反应过程，它使涂膜变硬、耐摩擦，是涂装工艺中重要的一 个环节。烘烤的时间和温度将决定涂膜的性能和特性，烘烤不足可导致涂膜厚 度不均匀、附着力差、耐候性差、强度和硬度下降；烘烤过度，轻则涂膜失色， 重则涂膜焦化，机械强度严重下降。 工件运输工件运输 根据现有工程实例和大多数用户的要求，一般前、后处理都采用滑撬地面 链输送，滑撬上摆设双工位，连续运行。也有前处理采用吊挂形式、后处理采 用地面链的运输方式。 质量检验质量检验 目前主要以美国汽车安全技术法规第 15 篇第 38 章国家交通及机动 车安全法为准则，严格的质量检查才能保证喷涂产品高质里。 五、塑料保险杠的主要作用及优点五、塑料保险杠的主要作用及优点 （一）可以控制制造成本（一）可以控制制造成本 不可否认，汽车保险杠采用塑料材质的初衷确实是要节约成本。现代汽车 生产已模具化，除了应对必要安全的需求情况下，比如车身会采用高强度的材 料外，很多部件都会尽可能采用工程塑料或者其他材料，汽车前后保险杠就是 比较典型的代表。 塑料保险杠不仅可以节省制造成本，而且比较易于生产。而造车成本得以 控制后，最终产品到消费者手中的价格也会更合理，这一定是相对应的。 当然除塑料保险杠外，一些车还会大量采用碳纤维材质甚至铝合金材质， 其目的很简单，主要是为了打造轻量化车身，从而提升车辆的加速和制动以及 降低燃油消耗。 （二）保险杠转型保护行（二）保险杠转型保护行 车辆安全绝对不是依靠保险杠一个部件来承担的，主要还是要看车身框架 结构。所以抛开它的制造成本外，保护行人的作用也是它采用塑料材质的因素 之一，毕竟车辆不能仅仅保证自己的安全，作为强者，保护行人也是车辆安全 要考虑的因素之一。 塑料保险杠由于材质原因，比金属更具有弹性以及更好吸收撞击能力所以， 假如车辆与行人发生碰撞时，对于人的缓冲和弹性保护显得十分重要。仔细想 想如果保险杠换成金属的话，那么悲剧的很可能就是行人了。 在汽车诞生之初，既没有那么多的汽车，车速开到 30-40 公里/小时也就到 头了，所以汽车与行人之间发生事故的几率也就很低。我们把时间拉回到现在， 汽车数量的激增，造成车辆与行人发生事故的几率显著增加。作为弱势群体的 . . 行人，在与汽车的事故中，往往是最直接的受害者。所以，在现在的车辆设计 中，把对行人的保护提高到了一个很高的位置。塑料保险杠的出现，对行人的 保护是相当明显的(前提是在一定的车速下)。如图 4 所示： 图 4 汽车保险杠起到对行人的保护作用 （三）轻微碰撞的自我修复能力（三）轻微碰撞的自我修复能力 如果发生轻微碰撞的话，塑料保险杠拥有很好的弹性，并具备一定的抗冲 击性能，也就是说如果在小磕小碰的情况下，塑料保险杠都能自动回弹自动修 复。记得早年间，有些日系车型甚至还会拿这些功能当做销售卖点。比如：保 险杠处碰撞后没有伤及车漆，但是有小的凹陷，经过太阳高温照射一定时间后， 有些保险杠是可以自己修复还原的。即使发生小刮小蹭掉漆了，塑料材质的保 险杠喷漆成本也会比钣金修复的金属材质保险杠便宜多了！ （四）塑料保险杠防腐蚀效果更好（四）塑料保险杠防腐蚀效果更好 我们都知道金属遇水与空气结合后很容易生锈，这样不仅影响外观，而且 存在一定的安全隐患。汽车保险杠是比较容易发生磕碰的部件，假如采用了金 属材质的保险杠，一旦发生碰撞磕掉了车漆，那么就要马上处理伤处，如果时 间久了就会产生氧化反应，危及临近车漆以及保险杠的金属材质，而塑料材质 的保险杠则不同，由于其具有很好的防腐蚀性，我们不需要为此而担心。 现代汽车的安全已经不再是单纯的保护车内人员安全，而是对于车内车外 的安全都要顾及到。我们也没有必要将保险杠采用塑料材质是否主要考虑是降 低成本问题，只要企业在车身结构安全和电子辅助安全的设计上更加投入和负 责，我想保险杠采用什么材质也就不那么重要了！ 六、塑料保险杠的缺点六、塑料保险杠的缺点 . . 大多数汽车原装保险杠是使用的 ABS 塑料的，这种材料成本低廉，韧性弹 性好。而且缓冲性能好。能在汽车发生碰撞时有效吸能。也能更好的保护行人 安全。还有就是碳纤维和玻璃钢的，这两种材料基本加工工艺都一样，就是加 入的纤维不一样。都是多种材料的混合物。它们质量轻、硬度高。但人性不及 ABS 塑料。有一下几点： （一）回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。 （二）塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。例如聚苯乙烯燃烧时产生甲苯， 这种物质少量会导致失明，吸入有呕吐等症状，PVC 燃烧也会产生氯化氢有毒 气体，除了燃烧，就是高温环境，会导致塑料分解出有毒成分，例如苯等。 （三）塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。 （四）塑料埋在地底下几百年、几千年甚至几万年也不会腐烂。 （五）塑料的耐热性能等较差，易于老化。 （六）由于塑料的无法自然降解性，它已成为人类的第一号敌人，也已经导致 许多动物死亡的悲剧。比如动物园的猴子，鹈鹕，海豚等动物，都会误吞游客 随手丢的 1 号塑料瓶，最后由于不消化而痛苦地死去；望去美丽纯净的海面上， 走近了看，其实飘满了各种各样的无法为海洋所容纳的塑料垃圾，在多只死去 海鸟样本的肠子里，发现了各种各