English
簡(jiǎn)體中文
輕量化結(jié)構(gòu)仍然是汽車行業(yè)重要的話題之一，高端汽車和跑車制造商也視減重為要?jiǎng)?wù)。創(chuàng)新材料和制造理念是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要條件，德國(guó)菲爾斯比堡的汽車供應(yīng)商Dr xlmaier集團(tuán)和奧地利維也納的聚烯烴生產(chǎn)商北歐化工公司在捷豹F型跑車儀表板開發(fā)領(lǐng)域的成功合作證實(shí)了這一點(diǎn)。
產(chǎn)品理念
在新捷豹F型跑車（X152）的項(xiàng)目開發(fā)過程中，Dr xlmaier集團(tuán)成為了座艙模塊的供應(yīng)商。該訂單包含儀表板、中控臺(tái)以及高級(jí)組件（HLA）的研發(fā)和生產(chǎn)。HLA指Dr xlmaier將儀表板的各個(gè)部分預(yù)組裝成一個(gè)完整的座艙，用于安裝在捷豹路虎（JLR）組裝生產(chǎn)線的車輛上。此處只需生產(chǎn)電氣連接裝置并用若干螺絲將橫梁安裝在車身上。在X152座艙模塊（包括儀表板和中控臺(tái)）的開發(fā)過程中，各種復(fù)雜的客戶需求都必須得到滿足，而這主要依賴全面的專業(yè)知識(shí)和成熟的模擬技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
其他要求則涉及制造工藝和材料的新發(fā)展。為此，Dr xlmaier聯(lián)合材料專家北歐化工公司為其定制高要求的技術(shù)聚丙烯產(chǎn)品。
該項(xiàng)目的一個(gè)特殊挑戰(zhàn)是副駕駛座一側(cè)獨(dú)特的握柄，其光線源于儀表板；車板末端位于中控臺(tái)上，朝向駕駛員。設(shè)計(jì)背后的理念是打造一個(gè)視覺上擴(kuò)大的駕駛空間，而不局限于中控臺(tái)（標(biāo)題圖）。握柄的強(qiáng)度和剛度要求以及統(tǒng)一的頭部撞擊標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)意味著中控臺(tái)必須得分成兩個(gè)分組件，從而將沖擊力從儀表板轉(zhuǎn)移至車體。所需的剛性通過（PC+ABS）共混物和氣體輔助注塑成型工藝獲得。因此，中控臺(tái)的前面三個(gè)是儀表板的組成部分。
產(chǎn)品說明
儀表板的核心——儀表板支架由聚丙烯（PP-LGF30）化合物（品級(jí)：Fibremod GB601HP和BE677AI，制造商：北歐化工聚烯烴有限公司）組成，通過30%的長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)并采用小型注塑成型工藝生產(chǎn)。這一特定材料的選擇基于安全相關(guān)規(guī)定（副駕駛座用安全氣囊的功能和頭部撞擊標(biāo)準(zhǔn)）以及客戶指定的氣味和排放標(biāo)準(zhǔn)。該支架由Fibremod GB601HP（PP-LGF60）制成，并用粘度和乙烯含量經(jīng)過調(diào)整的PP共聚物BE677AI稀釋。儀表板支架還裝有安全氣囊斜槽滑道，它由Fibremod GB303HP（PP-LGF30）制成并注入氣囊織物，外加一顆銷子用于以紅外焊接方法安裝安全氣囊組件（圖1）。同時(shí)，這一焊接操作還可用于將通風(fēng)管和儀表板支架連接起來，為其提供足夠的強(qiáng)度并引導(dǎo)空氣給擋風(fēng)玻璃和側(cè)窗除霜。支架的稀釋理念是為了結(jié)合佳的加工功能性和系統(tǒng)成本優(yōu)化的能耗。由于北歐化工公司在研發(fā)和技術(shù)方面的全面支持，稀釋工藝的終精確調(diào)整得以優(yōu)化，從而滿足了客戶對(duì)材料以及儀表板支架和安全氣囊斜槽連接技術(shù)的所有具體要求。此外，通過選擇現(xiàn)成的材料，安全氣囊滑道的佳安全性也得到了高度重視。該材料擁有北歐化工公司保證的性能，而不會(huì)影響加工過程中的混合差異。
高級(jí)層壓皮革表面由汽車供應(yīng)商Dr xlmaier提供。織物襯墊和高級(jí)汽車皮革的結(jié)合打造出的環(huán)境和愉悅的觸覺。Dr xlmaier集團(tuán)擁有皮革裂隙接縫設(shè)計(jì)，因此其厚度得以顯著減小，保障了完美的安全氣囊功能。更重要的是，它可在-30至107℃的車輛內(nèi)部溫度范圍內(nèi)工作，并在副駕駛座一側(cè)裝有不顯眼的安全氣囊氣瓣。座艙的內(nèi)飾還包括一個(gè)貯物箱和一個(gè)PVC發(fā)泡膜飾面的下部?jī)x表板部件。
從流程到法律規(guī)定
模擬制造工藝：Mold Flow軟件支持的注塑成型部件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以下數(shù)據(jù)的精確預(yù)測(cè)：
■ 充填時(shí)間——確定工藝的持續(xù)時(shí)間
■ 模內(nèi)壓力——用于模具設(shè)計(jì)
■ 每個(gè)注射針頭的壓力條件——確定針頭的數(shù)量和位置
■ 流動(dòng)前沿溫度曲線——確定針頭的數(shù)量和位置（圖2）
■ 流經(jīng)每個(gè)針頭的材料
■ 體積收縮率
■ 玻璃纖維的均等取向（圖3）——在安全氣囊區(qū)域大限度地利用材料性能的必要參數(shù)
■ 防止部件翹曲的必要變化
■ 避開安全氣囊區(qū)域的接縫——獲得理想的材料均一性。
模擬功能合規(guī)：此處包含一個(gè)對(duì)系統(tǒng)的材料和形狀都提出了較高要求的復(fù)雜任務(wù)。以下對(duì)應(yīng)的要求必須得到滿足，如：
■ 在-30至+107℃的溫度范圍內(nèi)正常發(fā)揮安全氣囊的功能要求系統(tǒng)具有一定剛性。
■ 頭部撞擊法規(guī)要求系統(tǒng)具有能量吸收能力，但不允許支架材料斷裂。
■ 表面硬度要求僅允許系統(tǒng)在模擬手指施加壓力后產(chǎn)生預(yù)定的變形值。
■ 質(zhì)量和壁厚之間的平衡要求系統(tǒng)能夠在車輛典型的頻率下防止座艙共振。
PP-LGF30滿足了所有這些要求。30%長(zhǎng)纖維含量提供了必要的剛度和能量吸收性能；PP基體則具有足夠的靈活性，可防止高動(dòng)態(tài)負(fù)荷下產(chǎn)生的斷裂。支架的材料組合和斜槽滑道的材料都表現(xiàn)出了優(yōu)異的流動(dòng)性和纖維浸漬效果。該材料采用北歐化工公司獨(dú)創(chuàng)的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)粒料拉擠工藝在其位于意大利蒙扎的特殊復(fù)合廠生產(chǎn)而成。該技術(shù)在保持部件的長(zhǎng)纖維長(zhǎng)度的同時(shí)還提供了廣泛的加工窗口。此外，系統(tǒng)所使用的塑料和添加劑均經(jīng)過排放優(yōu)化并滿足汽車內(nèi)飾應(yīng)用需求。
模擬安全氣囊功能：在Fibremod GB303HP斜槽滑道上，用于安全氣囊鉸鏈功能的織物和安裝模塊所需的八顆螺栓均由機(jī)器人在注塑成型過程中自動(dòng)嵌入。PET/PA織物網(wǎng)方案需要匹配注入點(diǎn)并預(yù)估流動(dòng)前沿溫度，防止高于240℃的溫度對(duì)織物造成熱損傷。料粒良好的流動(dòng)性有助于滿足這一要求。模擬的作用是設(shè)計(jì)和優(yōu)化斜槽滑道在安全氣囊彈出時(shí)的抗沖擊性。相應(yīng)的擋邊幾何尺寸在神經(jīng)痛點(diǎn)進(jìn)行了刪除或添加，擋邊末端和基本壁厚則在容許負(fù)荷和減重方面進(jìn)行了優(yōu)化。圖4所示為模擬安全氣囊在高溫下彈出時(shí)的材料負(fù)荷。與此同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)在安全氣囊模擬過程中（-30至+107℃的溫度范圍內(nèi)）的變形和應(yīng)力都經(jīng)過了分析和評(píng)估（圖5）。在測(cè)試過程中，開模運(yùn)動(dòng)學(xué)和開模時(shí)間也是關(guān)注重點(diǎn)之一，從而使整個(gè)系統(tǒng)滿足所有功能和法律要求。
模擬法律要求：關(guān)于車輛碰撞事故中的頭部撞擊法規(guī)基本上都出自歐洲ECE第21號(hào)法規(guī)和美國(guó)FMVSS標(biāo)準(zhǔn)。因此，在3毫秒的時(shí)間內(nèi)作用于人類頭部的負(fù)荷不得超過80倍減速度（克）。在模擬過程中，容許極限可以減至72克，從而為CAE模型和實(shí)際部件之間可能存在的不確定性提供安全余量（圖6）。北歐化工公司提供的PPLGF30能夠快速吸收能量，確保在規(guī)定時(shí)間內(nèi)提供大限度的耐沖擊性，并且不存在材料失效行為，因?yàn)殚_模斷裂不在上述法律法規(guī)準(zhǔn)許范圍之內(nèi)。
工藝保證
儀表板、斜槽滑道和空氣管均通過傳統(tǒng)的小型注塑成型工藝制造而成。因此，所有成型件必須在系列產(chǎn)品發(fā)布之前通過保證試驗(yàn)，如制造工藝的再現(xiàn)性，從而對(duì)部件的長(zhǎng)期強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估。工藝能力指數(shù)，即cpk值，是容許公差和公差范圍之比。因此，cpk值至少達(dá)到1.33，該工藝才能被評(píng)為“良好”。工藝能力由模制部件的特定功能價(jià)值或其重量決定。關(guān)乎安全的斜槽滑道和儀表板支架組件的工藝保證貫穿于整個(gè)加工環(huán)節(jié)。當(dāng)斜槽滑道尚在慕尼黑克勞斯瑪菲集團(tuán)提供的注塑機(jī)KM500 - 2700 C1里時(shí)，它已經(jīng)過了鉸鏈織物含量和位置以及雙頭螺栓數(shù)量檢查。完美模制并通過測(cè)試的部件將統(tǒng)一在注塑成型車間里刻上條形碼，這也是進(jìn)入下一個(gè)加工階段的必要先決條件。此外還有定期進(jìn)行的補(bǔ)充檢查，如尺寸精度和玻璃纖維含量檢查。
所有相關(guān)的注塑成型參數(shù)均存儲(chǔ)在Dr xlmaier集團(tuán)的制造與文檔軟件包（IPST）里。通過這一方式，部件的條形碼使制造工藝隨時(shí)可以追溯。這一原理同樣適用于儀表板支架。在批量生產(chǎn)過程中，補(bǔ)充質(zhì)量保證測(cè)試將定期進(jìn)行。以儀表板為例，安全氣囊的功能通過補(bǔ)充的“落塔試驗(yàn)”進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)控。因此，安全氣囊罩開口被內(nèi)含加速器的加速重量以類似于安全氣囊彈出的速度刺穿。通過測(cè)量加速質(zhì)量的減速情況，打開安全氣囊罩所需的能量可計(jì)算出來。優(yōu)勢(shì)：安全氣囊罩開口變得可測(cè)量，從而具有可比性。同時(shí)，這也對(duì)“正常”/“不正常”等評(píng)估的容許限制值定位做出了明確界定，并可在批量生產(chǎn)期間監(jiān)控和記錄公差窗口。
結(jié)語
通過整個(gè)增值鏈的密切合作，捷豹F型跑車的儀表板支架再次創(chuàng)造出了新型高性能高級(jí)材料和產(chǎn)品理念。這些成果和未來創(chuàng)新將有助于汽車行業(yè)生產(chǎn)出更輕的車輛并進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。
更多信息請(qǐng)關(guān)注復(fù)合材料信息網(wǎng)m.lzzz.net
