捷豹F型跑車的座艙模塊
輕量化結構仍然是汽車行業重要的話題之一，高端汽車和跑車制造商也視減重為要務。創新材料和制造理念是實現這一目標的重要條件，德國菲爾斯比堡的汽車供應商Dr xlmaier集團和奧地利維也納的聚烯烴生產商北歐化工公司在捷豹F型跑車儀表板開發領域的成功合作證實了這一點。
產品理念
在新捷豹F型跑車（X152）的項目開發過程中，Dr xlmaier集團成為了座艙模塊的供應商。該訂單包含儀表板、中控臺以及高級組件（HLA）的研發和生產。HLA指Dr xlmaier將儀表板的各個部分預組裝成一個完整的座艙，用于安裝在捷豹路虎（JLR）組裝生產線的車輛上。此處只需生產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）的開發過程中，各種復雜的客戶需求都必須得到滿足，而這主要依賴全面的專業知識和成熟的模擬技術來實現。
其他要求則涉及制造工藝和材料的新發展。為此，Dr xlmaier聯合材料專家北歐化工公司為其定制高要求的技術聚丙烯產品。
該項目的一個特殊挑戰是副駕駛座一側獨特的握柄，其光線源于儀表板；車板末端位于中控臺上，朝向駕駛員。設計背后的理念是打造一個視覺上擴大的駕駛空間，而不局限于中控臺（標題圖）。握柄的強度和剛度要求以及統一的頭部撞擊標準合規意味著中控臺必須得分成兩個分組件，從而將沖擊力從儀表板轉移至車體。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，中控臺的前面三個是儀表板的組成部分。
產品說明
儀表板的核心——儀表板支架由聚丙烯（PP-LGF30）化合物（品級：Fibremod GB601HP和BE677AI，制造商：北歐化工聚烯烴有限公司）組成，通過30%的長玻璃纖維增強并采用小型注塑成型工藝生產。這一特定材料的選擇基于安全相關規定（副駕駛座用安全氣囊的功能和頭部撞擊標準）以及客戶指定的氣味和排放標準。該支架由Fibremod GB601HP（PP-LGF60）制成，并用粘度和乙烯含量經過調整的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，這一焊接操作還可用于將通風管和儀表板支架連接起來，為其提供足夠的強度并引導空氣給擋風玻璃和側窗除霜。支架的稀釋理念是為了結合佳的加工功能性和系統成本優化的能耗。由于北歐化工公司在研發和技術方面的全面支持，稀釋工藝的終精確調整得以優化，從而滿足了客戶對材料以及儀表板支架和安全氣囊斜槽連接技術的所有具體要求。此外，通過選擇現成的材料，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，而不會影響加工過程中的混合差異。
高級層壓皮革表面由汽車供應商Dr xlmaier提供?？椢镆r墊和高級汽車皮革的結合打造出的環境和愉悅的觸覺。Dr xlmaier集團擁有皮革裂隙接縫設計，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℃的車輛內部溫度范圍內工作，并在副駕駛座一側裝有不顯眼的安全氣囊氣瓣。座艙的內飾還包括一個貯物箱和一個PVC發泡膜飾面的下部儀表板部件。
從流程到法律規定
模擬制造工藝：Mold Flow軟件支持的注塑成型部件設計實現了以下數據的精確預測：
■ 充填時間——確定工藝的持續時間
■ 模內壓力——用于模具設計
■ 每個注射針頭的壓力條件——確定針頭的數量和位置
■ 流動前沿溫度曲線——確定針頭的數量和位置（圖2）
■ 流經每個針頭的材料
■ 體積收縮率
■ 玻璃纖維的均等取向（圖3）——在安全氣囊區域大限度地利用材料性能的必要參數
■ 防止部件翹曲的必要變化
■ 避開安全氣囊區域的接縫——獲得理想的材料均一性。
模擬功能合規：此處包含一個對系統的材料和形狀都提出了較高要求的復雜任務。以下對應的要求必須得到滿足，如：
■ 在-30至+107℃的溫度范圍內正常發揮安全氣囊的功能要求系統具有一定剛性。
■ 頭部撞擊法規要求系統具有能量吸收能力，但不允許支架材料斷裂。
■ 表面硬度要求僅允許系統在模擬手指施加壓力后產生預定的變形值。
■ 質量和壁厚之間的平衡要求系統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，可防止高動態負荷下產生的斷裂。支架的材料組合和斜槽滑道的材料都表現出了優異的流動性和纖維浸漬效果。該材料采用北歐化工公司獨創的長纖維增強粒料拉擠工藝在其位于意大利蒙扎的特殊復合廠生產而成。該技術在保持部件的長纖維長度的同時還提供了廣泛的加工窗口。此外，系統所使用的塑料和添加劑均經過排放優化并滿足汽車內飾應用需求。
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器人在注塑成型過程中自動嵌入。PET/PA織物網方案需要匹配注入點并預估流動前沿溫度，防止高于240℃的溫度對織物造成熱損傷。料粒良好的流動性有助于滿足這一要求。模擬的作用是設計和優化斜槽滑道在安全氣囊彈出時的抗沖擊性。相應的擋邊幾何尺寸在神經痛點進行了刪除或添加，擋邊末端和基本壁厚則在容許負荷和減重方面進行了優化。圖4所示為模擬安全氣囊在高溫下彈出時的材料負荷。與此同時，整個系統在安全氣囊模擬過程中（-30至+107℃的溫度范圍內）的變形和應力都經過了分析和評估（圖5）。在測試過程中，開模運動學和開模時間也是關注重點之一，從而使整個系統滿足所有功能和法律要求。
模擬法律要求：關于車輛碰撞事故中的頭部撞擊法規基本上都出自歐洲ECE第21號法規和美國FMVSS標準。因此，在3毫秒的時間內作用于人類頭部的負荷不得超過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，確保在規定時間內提供大限度的耐沖擊性，并且不存在材料失效行為，因為開模斷裂不在上述法律法規準許范圍之內。
工藝保證
儀表板、斜槽滑道和空氣管均通過傳統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品發布之前通過保證試驗，如制造工藝的再現性，從而對部件的長期強度進行評估。工藝能力指數，即cpk值，是容許公差和公差范圍之比。因此，cpk值至少達到1.33，該工藝才能被評為“良好”。工藝能力由模制部件的特定功能價值或其重量決定。關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加工環節。當斜槽滑道尚在慕尼黑克勞斯瑪菲集團提供的注塑機KM500 - 2700 C1里時，它已經過了鉸鏈織物含量和位置以及雙頭螺栓數量檢查。完美模制并通過測試的部件將統一在注塑成型車間里刻上條形碼，這也是進入下一個加工階段的必要先決條件。此外還有定期進行的補充檢查，如尺寸精度和玻璃纖維含量檢查。
所有相關的注塑成型參數均存儲在Dr xlmaier集團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可以追溯。這一原理同樣適用于儀表板支架。在批量生產過程中，補充質量保證測試將定期進行。以儀表板為例，安全氣囊的功能通過補充的“落塔試驗”進行測試和監控。因此，安全氣囊罩開口被內含加速器的加速重量以類似于安全氣囊彈出的速度刺穿。通過測量加速質量的減速情況，打開安全氣囊罩所需的能量可計算出來。優勢：安全氣囊罩開口變得可測量，從而具有可比性。同時，這也對“正常”/“不正常”等評估的容許限制值定位做出了明確界定，并可在批量生產期間監控和記錄公差窗口。
結語
通過整個增值鏈的密切合作，捷豹F型跑車的儀表板支架再次創造出了新型高性能高級材料和產品理念。這些成果和未來創新將有助于汽車行業生產出更輕的車輛并進一步降低系統成本。
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產品理念
在新捷豹F型跑車（X152）的項目開發過程中，Dr xlmaier集團成為了座艙模塊的供應商。該訂單包含儀表板、中控臺以及高級組件（HLA）的研發和生產。HLA指Dr xlmaier將儀表板的各個部分預組裝成一個完整的座艙，用于安裝在捷豹路虎（JLR）組裝生產線的車輛上。此處只需生產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）的開發過程中，各種復雜的客戶需求都必須得到滿足，而這主要依賴全面的專業知識和成熟的模擬技術來實現。
其他要求則涉及制造工藝和材料的新發展。為此，Dr xlmaier聯合材料專家北歐化工公司為其定制高要求的技術聚丙烯產品。
該項目的一個特殊挑戰是副駕駛座一側獨特的握柄，其光線源于儀表板；車板末端位于中控臺上，朝向駕駛員。設計背后的理念是打造一個視覺上擴大的駕駛空間，而不局限于中控臺（標題圖）。握柄的強度和剛度要求以及統一的頭部撞擊標準合規意味著中控臺必須得分成兩個分組件，從而將沖擊力從儀表板轉移至車體。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，中控臺的前面三個是儀表板的組成部分。
產品說明
儀表板的核心——儀表板支架由聚丙烯（PP-LGF30）化合物（品級：Fibremod GB601HP和BE677AI，制造商：北歐化工聚烯烴有限公司）組成，通過30%的長玻璃纖維增強并采用小型注塑成型工藝生產。這一特定材料的選擇基于安全相關規定（副駕駛座用安全氣囊的功能和頭部撞擊標準）以及客戶指定的氣味和排放標準。該支架由Fibremod GB601HP（PP-LGF60）制成，并用粘度和乙烯含量經過調整的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，這一焊接操作還可用于將通風管和儀表板支架連接起來，為其提供足夠的強度并引導空氣給擋風玻璃和側窗除霜。支架的稀釋理念是為了結合佳的加工功能性和系統成本優化的能耗。由于北歐化工公司在研發和技術方面的全面支持，稀釋工藝的終精確調整得以優化，從而滿足了客戶對材料以及儀表板支架和安全氣囊斜槽連接技術的所有具體要求。此外，通過選擇現成的材料，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，而不會影響加工過程中的混合差異。
高級層壓皮革表面由汽車供應商Dr xlmaier提供?？椢镆r墊和高級汽車皮革的結合打造出的環境和愉悅的觸覺。Dr xlmaier集團擁有皮革裂隙接縫設計，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℃的車輛內部溫度范圍內工作，并在副駕駛座一側裝有不顯眼的安全氣囊氣瓣。座艙的內飾還包括一個貯物箱和一個PVC發泡膜飾面的下部儀表板部件。
從流程到法律規定
模擬制造工藝：Mold Flow軟件支持的注塑成型部件設計實現了以下數據的精確預測：
■ 充填時間——確定工藝的持續時間
■ 模內壓力——用于模具設計
■ 每個注射針頭的壓力條件——確定針頭的數量和位置
■ 流動前沿溫度曲線——確定針頭的數量和位置（圖2）
■ 流經每個針頭的材料
■ 體積收縮率
■ 玻璃纖維的均等取向（圖3）——在安全氣囊區域大限度地利用材料性能的必要參數
■ 防止部件翹曲的必要變化
■ 避開安全氣囊區域的接縫——獲得理想的材料均一性。
模擬功能合規：此處包含一個對系統的材料和形狀都提出了較高要求的復雜任務。以下對應的要求必須得到滿足，如：
■ 在-30至+107℃的溫度范圍內正常發揮安全氣囊的功能要求系統具有一定剛性。
■ 頭部撞擊法規要求系統具有能量吸收能力，但不允許支架材料斷裂。
■ 表面硬度要求僅允許系統在模擬手指施加壓力后產生預定的變形值。
■ 質量和壁厚之間的平衡要求系統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，可防止高動態負荷下產生的斷裂。支架的材料組合和斜槽滑道的材料都表現出了優異的流動性和纖維浸漬效果。該材料采用北歐化工公司獨創的長纖維增強粒料拉擠工藝在其位于意大利蒙扎的特殊復合廠生產而成。該技術在保持部件的長纖維長度的同時還提供了廣泛的加工窗口。此外，系統所使用的塑料和添加劑均經過排放優化并滿足汽車內飾應用需求。
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器人在注塑成型過程中自動嵌入。PET/PA織物網方案需要匹配注入點并預估流動前沿溫度，防止高于240℃的溫度對織物造成熱損傷。料粒良好的流動性有助于滿足這一要求。模擬的作用是設計和優化斜槽滑道在安全氣囊彈出時的抗沖擊性。相應的擋邊幾何尺寸在神經痛點進行了刪除或添加，擋邊末端和基本壁厚則在容許負荷和減重方面進行了優化。圖4所示為模擬安全氣囊在高溫下彈出時的材料負荷。與此同時，整個系統在安全氣囊模擬過程中（-30至+107℃的溫度范圍內）的變形和應力都經過了分析和評估（圖5）。在測試過程中，開模運動學和開模時間也是關注重點之一，從而使整個系統滿足所有功能和法律要求。
模擬法律要求：關于車輛碰撞事故中的頭部撞擊法規基本上都出自歐洲ECE第21號法規和美國FMVSS標準。因此，在3毫秒的時間內作用于人類頭部的負荷不得超過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，確保在規定時間內提供大限度的耐沖擊性，并且不存在材料失效行為，因為開模斷裂不在上述法律法規準許范圍之內。
工藝保證
儀表板、斜槽滑道和空氣管均通過傳統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品發布之前通過保證試驗，如制造工藝的再現性，從而對部件的長期強度進行評估。工藝能力指數，即cpk值，是容許公差和公差范圍之比。因此，cpk值至少達到1.33，該工藝才能被評為“良好”。工藝能力由模制部件的特定功能價值或其重量決定。關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加工環節。當斜槽滑道尚在慕尼黑克勞斯瑪菲集團提供的注塑機KM500 - 2700 C1里時，它已經過了鉸鏈織物含量和位置以及雙頭螺栓數量檢查。完美模制并通過測試的部件將統一在注塑成型車間里刻上條形碼，這也是進入下一個加工階段的必要先決條件。此外還有定期進行的補充檢查，如尺寸精度和玻璃纖維含量檢查。
所有相關的注塑成型參數均存儲在Dr xlmaier集團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可以追溯。這一原理同樣適用于儀表板支架。在批量生產過程中，補充質量保證測試將定期進行。以儀表板為例，安全氣囊的功能通過補充的“落塔試驗”進行測試和監控。因此，安全氣囊罩開口被內含加速器的加速重量以類似于安全氣囊彈出的速度刺穿。通過測量加速質量的減速情況，打開安全氣囊罩所需的能量可計算出來。優勢：安全氣囊罩開口變得可測量，從而具有可比性。同時，這也對“正常”/“不正常”等評估的容許限制值定位做出了明確界定，并可在批量生產期間監控和記錄公差窗口。
結語
通過整個增值鏈的密切合作，捷豹F型跑車的儀表板支架再次創造出了新型高性能高級材料和產品理念。這些成果和未來創新將有助于汽車行業生產出更輕的車輛并進一步降低系統成本。
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