5．保险杠在设计机构中应注意的问题

  汽车保险杠是汽车安全防护装置之一,是现代汽车结构的重要组成部分.保险杠的设计原则应遵循主动安全性、被动安全性、外部造型、色彩和质感的整体性.保险杠的材料通常选用改性聚丙烯,它满足良好的使用性能、优良的工艺性能及合理的成本等方面的要求.在保险杠的结构设计中,应充分考虑保险杠与其他车身部件的搭接关系,如前保险杠与散热器罩、前大灯、前翼子板及机舱总成等的装配关系,后保险杠与行李箱盖、后组合灯、后围总成及侧围总成等的装配关系.为了保证保险杠有良好的工艺性,设计过程中应考虑圆角、壁厚、脱模斜度、加强筋及安装孔等部位的设计.

  由于汽车的特殊功能，外饰件设计必须坚持标准化，系列化，通用化的“三化”设计原则，同时满足合理性，先进性，维修方便性，可靠性，经济性，制造工艺性“六性”要求。

5.1设计失效模式分析—DFMEA

5.1.1典型截面

 
5.1.2失效模式分析及对策

5．2结构的合理性

  保险杠系统的内外部制约的条件较多结构复杂，设计时应特别注意结构的合理性，除要保证各部位的连接、定位的可靠性，还应特别注意拆装的方便性，做到间隙合理，无干涉现象。

5.2.1 产品“三化”设计

  根据设计车型将要投放国家地区的不同，设计过程中必须全面贯彻执行当地的法规标准。在造型设计之初产品设计师须学习了解相关法规标准并以此为依据进行设计。这主要包括前保险杠上牌照安装孔间距尺寸规定，是否需欲留雾灯安装孔，外部突出物表面圆角及开口尺寸等相关要求。
  另外有关散热器面罩迎风面积是否满足发动机，空调制冷要求，需在设计发布前得到相关部门认可。充分考虑系列化产品的发展，零件安装固定尽量采用统一的螺栓螺母及卡扣等连接件，或通用其他车型的固定件，提高零件通用化程度，保证维修安装的方便性。

5.2.2 保险杠系统结构设计

  塑料件设计不仅要满足使用要求，而且要符合塑料的成型工艺特点，并且尽可能使模具结构简单。这样，可使成型工艺稳定，保证制品的质量，又可使生产成本降低。
保险杠系统的结构设计主要包括形状、壁厚、脱模角度、加强筋、支撑面、圆角、孔等。

5.2.3 零件的形状

  在造型师进行零件造型的同时，产品设计师更多考虑的则是零件的可制造性，可靠性等细节。

5.2.4 可制造性

  首先需分析确定零件的脱模方向，检查零件所有断面是否存在无法脱模的负角，尽量避免侧壁凹槽或与脱模方向垂直的孔，这样可简化模具结构。零件边缘设计的好坏直接影响模具结构和制件的质量。

5.2.5 可靠性

  尽量避免零件局部突出过大的悬臂结构，装配后零件易变形。设计之初最好考虑两安装点连成一体或加宽凸缘，或背面加筋等方法解决。
在与车身要求有配合的边界加凸缘可以减少零件的变形量，提高配合精度，保证质量。

5.2.6 零件的壁厚

  零件的壁厚一般力求均匀，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不均匀，产生内因力，导致零件产生翘曲变形或缩孔。
汽车外饰件一般壁厚取2.5+0.25mm，大型件如保险杠取3+0.25mm至3.5+0.25mm。为避免壁厚的变化影响零件表面质量，设计时特别强调料厚变化需保证足够的过渡区，如下图示。
                                                            

5.2.7脱模角度

  塑料件设计必须考虑脱模角度，避免脱模角度为零或负角。脱模角度越大，零件越容易脱模，但容易造成零件厚度不均，影响制造精度。一般脱模角度与零件深度有关，最小和最大脱模角度可参考下表。但皮纹件脱模角度相对非皮纹件需大些，具体与皮纹深度有关，一般每0.025皮纹深度需1°脱模角度，皮纹深度增加时脱模角度随之加大。
 

5.2.8加强筋

  塑料件特别是大型零件如果仅仅有一定的壁厚是无法保证制件的形状和尺寸的，更谈不上一定的强度。因此必须在一些如孔，大曲面或安装点处加筋，以提高强度和刚性。
外饰件主要表面（CLASSA）一般不宜加筋，次表面（CLASSB）加筋时根部壁厚也不可大于壁厚的3/4，对表面质量要求低或非可见表面（CLASS C&D）。
有时由于结构的限制，需在主要表面（CLASSA）背后布置安装点等，此时为防止表面缩印，安装点壁厚尽量薄或局部开口，由于安装时此部位应力集中，为防止断裂，常加一些小筋。

5.2.9 支撑面

  若用整个面作为零件的支撑面，稍有变形就会影响与车身的配合。因此实际常采用凸边或局部凸起的支角作为支撑面，而且对一些需紧密配合的零件设计时常采用如右图所示结构。

5.2.10圆角

  外饰件表面不可有尖锐的楞线，凸出车身的外饰件圆角必须按相关标准设计，如我国GB11566《轿车外部突出物》对其有严格规定。
一般零件最小圆角取R0.5，但零件分型面避免有圆角，否则将增加制造成本和难度。

5.2.11孔

  孔形状应尽量简单，孔与壁之间应保持一定距离，孔至边界最小至少是孔径的1.5倍。

5．3工艺合理性

  保险杠面罩与横梁都是大型薄壁注塑件，面罩同时又是外观件，要求材料应有较好的流动性，同时具备较高的制件精度和紫外线稳定性，一般采用改性聚丙烯（pp＋EPDM）材料。在结构设计中，应综合几何形状与成型方法进行设计，模具分型面应满足成型工艺为好，分模线尽可能放在非外观表面上。在设计塑料件时，为避免转角处的应力集中，应采用圆弧过渡，这对于模具制造使用寿命是很有利的，一般塑件各连接处应有0。5－1mm的圆角，而拐角处也应采用一些圆角，以减小应力并保证壁厚一致。

5.3.1保险杠系统零部件的安装

  保险杠系统一般均通过安装支架及螺栓卡扣等连接件与车身本体或相邻件诸如翼子板等相连。为保证汽车外型的美观和防盗，所有安装点设计尽量隐藏，但同时为方便维修拆卸，设计时更需考虑在更换零件时尽可能少拆或不拆周边零件。
  保险杠系统安装方式和安装点数量与保险杠形状、外形尺寸及其功能有直接关系。

5.3.2安装方式

  最简单的安装即用螺栓、螺母。大部分外饰件均用此方式。在设计安装面时应考虑安装工具所占空间，并尽量采用相同和常见的标准件，方便调整及维修。
保险杠系统安装时应考虑在车身上的定位问题（特别注意）。
  有些外饰件如散热器面罩，保险杠防擦条常无法用螺栓连接，又不宜采用胶粘接的形式，则常常利用零件自身结构与其他件相连，或通过卡扣直接装在车身上。如保险杠和散热器面罩的配合，两件可在分装线上先分装成一体或由供应商直接提供分总成。

5.3.3安装点数量

  安装点数量与零件的大小有直接关系，其安装点位置直接影响装配质量，主要是间隙和面差。其中前后保险杠又是外饰件中最主要也是最直接影响整车效果的零件。以前保险杠为例，上下左右安装点是支撑整个零件的核心，至少保证上部中间两点，左右各一点，下部不可少于四点。同时为防止零件下沉，中部及侧边需有支撑支架或托板。

5．4间隙、公差分析

5.4.1累积公差原理

5．4．2大灯同前保险杠间隙

  一般轿车:2-5mm；  SUV:5-10mm；具体根据造型需要，外观协调以及保险杠-大灯装配顺序来定。

5．4．3保险杠同翼子板间隙

  通常是0(决定因素是保险杠同翼子板的安装方式,例如:B11,采用螺栓\自攻螺钉连接方式,间隙0;A11采用滑槽的连接方式,间隙为5)    

5．4．4保险杠同前格栅的间隙

  通常与大灯的间隙呼应,一般2-6mm。

5．4．5保险杠本体同缓冲块

  缓冲块与本体不是粘接的形式时应留有2-5mm间隙，防止装配干涉。
 

5．5工艺分析方法

1. 确定拨摸方向
2. 确定分模线（设计时，分模线尽量放在非外观表面上）
3. 检查拨摸角度
4. 模具强度、可靠性（由模具供应商确认）等。

5．5．1工艺方法 

  本体注塑成型，横梁冲压成型，发泡式缓冲器发泡成型。

5.6解决干涉质量问题的一般方法

5.6.1 问题调查

1. 描述干涉（间隙过小）的部位、主要零件及相互关联的零件
2. 描述干涉（间隙过小）发生的时机，包括：静态、动态、运动极限状态、允许变形或磨损的极限状态等。

5.6.2原因分析

1. 产品定义

 1）对干涉（间隙过小）处有无明确的定义？是否有明确的间隙要求？（一般状态和极限状态下）
 2）定义是否考虑了极限状态（如：运动的极限位置、变形/磨损的极限位置、安装的极限位置、公差的极限偏差、相关件的极限位置和偏差等）
 3）对影响干涉的尺寸有无明确的规定（定义）？有无公差约束？
 4）有无约束定义（如：卡点、夹点及装配允许的变形）和防止干涉措施？以及抗干涉措施？
 5）以上定义是否符合规范、经验（已得到验证设计）

2．实物质量

 1）干涉件及相关件是否符合图纸定义？有无超差？
 2）干涉件及相关件是否经过检查（装车前、后和干涉发生后的拆装检查）？
 3）影响干涉的尺寸是否在制造过程中得到有效的控制？有无夹具？检具？

3．装配质量

  1）干涉件及相关件是否符合装配状态？装配是否错位？变形？
  2）装配过程中对“间隙要求”有无检查及控制方法或要求？

5.6.3整改方案的确定

  1当设计满足要求且得到验证时，主要进行整改实物质量及装配制造质量。
  2当设计要求不能满足时，重新进行方案设计，进行设计更改。

5.6.4设计更改流程进行

其中重点包括：

  1）设计方案确定（考虑产品定义要求）
  2）设计验证（可以通过计算等方法）
  3）设计确认（需一般样件支持）
  4）产品确认（OTS认可）
  5）P/B/D采用          

6．主要性能要求

6．1材料性能要求

6．1．1高温性能

  按DIN 53497进行，方法B，贮存时间（22±2）h，（100±1）℃/24h不变脆，不得有形状、颜色、表面上的变更；

6．1．2低温性能

  在（-40±2）℃，连续存放（22±2）h。低温下必须保证完全的功能，并且紧接着在加热至（23±2）℃温度中不应出现裂纹和其它的缺陷

6．1．3耐光照牢度

  按Q/SQR.04.095标准的要求进行实验，车身上光长期直接照射部分10周期，光直接照射部分5个周期，光间接照射区域3周期。评定等级按DIN 54001的规定分为5级。照射过的表面不得有诸如颜色变更，粉化和/或裂纹形成。灰度≥4

6．1．4耐老化

  持久存放在（150±2）℃的循环空气中，400小时后样条无裂纹（长条状样条，尺寸（100×10）mm）。

6．1．5落球实验

  按Q/SQR.04.094样品存放温度，（－40±1）℃，存放时间24h，球高度（40±0.5）cm没有断裂，无裂纹

6．1．6冲击韧性、缺口冲击强度

  按DIN 53453进行，标准小试棒，尺寸（50×6×4）mm（缺口深度为试样厚1/3），4J摆锤，缺口冲击强度≥14kJ/m²

6．2塑料件油漆涂层要求

6．2．1耐热性能   

     耐热性能按DIN53497进行试验，其尺寸变化≤0.5％。

6．2．2耐寒性能

    耐寒性能测试在-40℃/24h条件下进行，其形状、颜色和表面无变化。

6．2．3耐光性能

    耐光性能按Q/SQR·04·174进行试验，其形状、颜色和表面无变化。

6．2．4耐侯性能

    耐侯性能按Q/SQR·04·174进行试验，其形状、颜色和表面无变化。

6．2．5耐热氧老化性能

耐热氧老化性能测试在把样条放在150℃条件下，放置200小时，表面无龟裂。
 

7.道路试验要求

   在做保险杠系统零部件OTS认可之前，应严格执行新OTS认可流程中《道路实验规范》的要求。

8．相关法规

《汽车护轮板》（EEC 78/549, EEC 94/78, GB 7063）
《汽车保险杠的位置尺寸》（JB 788）
《汽车前后端保护装置》（ECE R42, GB17354）
《汽车外边凸出物》  （ECE R26,EEC 74/483,EEC 79/488,GB 11566）
《挂车号牌板》  （GB15741）
《欧洲行人保护》 EEVC Working Group 17 Pedestrian Safety
 
注：本节只收集了国标，欧标相关内容。

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