高分子材料成型的汽车后备盖设计

高分子材料成型的汽车后备盖设计

0汽车轻量化的路径随着油耗、安全和环保的恶化，私家车越来越受行业人士的喜爱。目前国内外汽车制造中轻量化主要采取3种途径:一是轻量化的结构设计和分析,二是通过材料替代或采用新材料来使汽车轻量化,三是采用先进的制造工艺。新材料主要为铝镁合金、高强度钢和高分子材料,用高分子材料代替传统钢材用于成型汽车零件可减轻80%以上质量,是汽车轻量化的重要途径之一。本文主要介绍高分子材料成型的汽车后备箱盖设计流程以及塑料成型后备箱盖在成型工艺上需要注意的问题。1双轩的设计流量1.1汽车东南角面汽车后备箱盖位于汽车背部,与车身内部地板组成后备箱系统,常用钣金冲压加工制成,是汽车背部面积最大的组成部分。后备箱盖常用材料为合金钢,其密度为7800kg/m3,连接方式多采用焊接,是实现行李箱整体造型效果的基础框架。具体结构如图1所示。改用塑料成型工艺加工后,主要选取材料为线形低密度聚乙烯(PE-LLD),密度约为930kg/m3,在选用同一套后备箱模型,且忽略其他零配件制质量的前提下,相比钣金金属材料后备箱盖减轻了87%的质量。汽车后备箱盖主要组成为:后箱盖本体、铰链、气撑杆(也称支撑杆)、后挡风玻璃、锁扣、缓冲垫。后备箱盖的设计直接影响到整车的密封性、造型和视野等方面,其布置要求符合人机工程和法规要求,需要保证与整车外观协调,并满足本身的技术要求。1.2东南角探讨空间大的车内武装料.后备箱盖的样式一般分为掀背式、双段式、侧开门式三种类型。掀背式一般特点为整个后备箱盖和后车窗玻璃是一体的,能够一起打开,车尾门几乎垂直。这种后备箱盖的方式能够有效减少占用空间,增加汽车灵动性。本案例中采用的后备箱盖为掀背式。掀背式后备箱盖需要借助助力气撑杆来开启,当开启后备箱盖时,撑杆内部压缩气体膨胀,产生反作用力,绕铰链旋转轴线产生力矩来克服重力矩,从而使后备箱盖开启。1.3后勤盖的参数配置1.3.1车使用的影响如图2所示,开口宽度是后备箱盖开启时横向宽度尺寸,主要受后备箱造型以及车灯的影响。其波动范围应为850~1100mm,开口越宽,后部可以通过的行李尺寸就越大,因此应该在保证外观以及车灯造型的前提下尽量增加开口宽度。1.3.2携带程度不同如图3所示,门槛高度是指后备箱盖关闭的时候,其底端距离地面的高度,这个高度会影响取放行李的便携程度。当门槛高度过高时,用户在存放行李的时候需要抬升较高的距离,影响便携程度;当门槛高度过低时,追尾撞击时将会直接冲击后箱盖部分,会对乘客造成安全威胁。一般设定门槛高度在550~700mm之间。此时门槛高度可在用户存放行李的范围内,同时保证追尾时不会受到冲击,确保乘客的安全。1.3.3离地高度开启手柄高度是指用户开启后备箱盖的时候使用外力作用点的离地高度,这个尺寸主要受到人机工程影响。把手位置过高或者过低的时候都会影响用户操作便携程度,一般定开启手柄的高度在600~800mm。1.3.4开关门操作力的确定开启力与关闭力是指用户在开启关闭后备箱盖时的操作力,根据人机工程学以及机械设计的科学性方向考虑,开关门推荐的操作力范围在50~80N。1.3.5链的侧靠,尽量靠顶盖;背门的开关运动要由铰链来实现,铰链布置是重点。两侧铰链轴线应共线并平行于水平面,左右铰链安装位应尽量往两侧靠,不容易变形;铰链应该尽量往车身前方布置(尽量靠近顶盖),增加背门上边缘与顶盖的间隙,也有利于顶盖后部翻遍设计。如图4所示,背门开启高度要保证满足人机工程要求,开启后的最低点要高于大多数人的头顶,不易伤人。最高点要保证大多数人的手臂能够到,据此决定了后背门的开启角度。此外,运动过程中的最小间隙3mm以上。1.3.6撑杆的布置后背门打开后一般有液压弹簧撑杆支撑。由于撑杆在白车身上的安装位置一般是流水槽,而且背门关闭后撑杆要放置在流水槽中,因此撑杆的布置要结合车身后流水线的结构进行。1.3.7设计思想的确定首先要保证背门密封性。在结构设计时,根据主断面反应的设计思想选择密封条形式,确定背门密封面与车身流水槽边的距离,从而定义背门的密封面。密封面和流水槽面理论上要求90°,这样有利于密封。1.3.8其他保证背门正确锁止的机构是背门锁,门锁机构设计布置是重点,必须在内板设计的初期考虑锁和锁扣的安装面,以及与密封条安装面的关系等。2塑料零件制造2.1旋塑制品的安装本后备箱盖材料为PE-LLD,采用旋塑成型工艺制作,具体参数见表1。本后备箱盖外观参考原有钣金模型外观,改用旋塑工艺一次成型。设定单层壁厚5mm,内部为中空结构,可安装零件和金属嵌件。旋塑制品应该在保证其性能要求的基础上尽量增加厚度,以保证物料充足。以PE-LLD为例,成型前粉料密度约为成型后材料的1/3,即310kg/m3,要保证成型后沿着模具壁腔形成内外双层制品,即内外两侧都形成5mm结构的型腔的话,至少需要单层厚度的6倍,即平均30mm以上的空隙用来存放粉料,考虑到制品有一些较窄区域,因此应在保证后备箱盖性能的基础上尽量增加中间空隙距离以保证存放物料能够满足成型要求,本制品中中间间隙最厚区域达100mm,能基本保证物料成型要求。2.2后屏障形状如图5所示,后箱盖挡板单独成型,后备箱盖采用旋塑工艺成型后将挡板部分切割后,进行零件装配,然后与后盖挡板采用卡槽形式连接。2.3内部金属嵌件结构将金属材料装配到塑件制品中,在达到温度临界值时,线性热膨胀系数的差别将导致连接处产生过大的应力。减少这些应力的方法之一是采用金属嵌件,在制品成型之前将嵌件预埋在模具中,使嵌件随制品一起成型。在铰链安装、锁扣安装等位置,为了增加安装的强度,应设计加强结构,在保证自身强度的同时可以使安装零件的应力可以有效的传递吸收。同时应保证加强件与内板的焊接位置不应出现在密封面上。旋塑制品内部金属嵌件多为非标五金件,呈乙型结构,其理论尺寸不超过80mm×40mm×4mm,结构形式见图6。后备箱盖铰链部位采用乙型五金件嵌件形式,如图7所示。由于气撑杆所在侧端部位较窄,乙型五金嵌件会影响物料流动性,因此改用螺栓通孔嵌件形式。如图8所示,金属嵌件刚性螺栓在干涉的条件下被强制装入塑料制品中,由内部挤压应力将其夹住。作用在螺栓外侧的周向拉伸应力产生了一个自内向外的压力,称其为环应力。内部嵌件干涉会产生这种应力,因此在选定合适的螺栓后,根据最大干涉量可计算出与螺栓配合的内径尺寸。最大干涉量为:Ds———轴直径,mmvb———塑料制品泊松比vs———嵌件泊松比Es———嵌件弹性模量,Pa选定Ds=12mm;vb=0.38;vs=0.31;Es=206800MPa。几何因子(G)用来降低计算复杂程度:I———塑料与嵌件配合外径内径差值,mmσ———嵌件的最大许用应力,MPa其中,I=2.54m;Im=1mm。根据公式算得G=12.89,从而D0=13.71mm,σ=Ds/G[(G+vb)/G+(1-vs)/Es]=17.24kPa,后备箱盖在开启关闭过程中受到气撑杆最大环向应力为17.24kPa。3汽车东南角旋塑成型嵌件结构(1)利用旋塑成型工艺成型汽车后备