吉利汽车保险杠“薄壁”结构设计实战案例
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2015年非金属材料年度报告会上，吉利汽车研究院总工程师——熊飞博士通过以吉利汽车保险杠设计的案例，讲解了如何进行“薄壁结构轻量化设计”。
本文包括5大部分：
一、“薄壁”结构轻量化设计
二、材料的优化设计
三、设计方案的验证
四、非金属材料在汽车轻量化中应用案例
五、薄壁化设计推广应用情况
一、“薄壁”结构轻量化设计
1.常规的设计：
常规的设计为3.0MM壁厚；
采用普通的PP滑石粉材料；
单件重量4~5kg*;
其他汽车保险杠的壁厚
2.吉利汽车保险杠问题描述：
吉利汽车前后保险杠均采用3-3.2mm等壁厚设计，重量3.5kg-5.5kg。
比国际上同类车型车型重0.3-0.5kg；
自重大带来形变量增大；
节能减排压力下，不符合轻量化设计原则；
采购成本压力
3.原因分析
材料模量低：吉利在用材料模量1258-1400MP，而丰田、日产、大众在用材料弯曲模量达2000-2400MP；日系车采用变壁厚，吉利是等壁厚；
4.薄壁化设计要解决的技术难点：
成型问题 ---充不满、注射压力大、成型温度高
刚性不足 ---产品疲软、变形
强度不够 ----行驶中抖动、产生风噪
5.解决方案的技术路线：
提高材料熔体指数，增加流动性。将目前材料的融指由19g/10min提高到30-33g/10min；
提高材料弯曲模量，改善刚性。将材料的弯曲模量由1300MP提高到2000-2200MP；
变壁厚设计解决可能因减薄带来的强度下降问题。
二、材料的优化设计
调整配方提高材料自身刚性、熔融指数，改善配方保证材料冲击性能不降低。
三、设计方案的验证
物料分布比较均匀
填充压力分布均匀
产品表面的温度分布波动在3℃以内，表观成型质量好
分析最大剪切速率为51537/s，小于100000/s，在允许范围内
产品注射时最大锁模力为1554.7T，在合理范围
产品表面熔接痕不明显，熔融温度较高，熔接质量较好
1.成形分析
2.熔接痕分析
3.自重变形分析
分析结果：2.5mm料厚的后保，自重形变均比2.8mm料厚小
4.采用高流动、高刚性材料按变壁厚设计的保险杠通过模流分析结果：
注射压力50MP左右，比原来小；
成型时料流分布均匀、无充不满熔接痕问题；
锁模力明显比原来低由2000吨下降到1500吨左右；
自重状态下形变前保由1.584mm下降到1.17mm，后保由0.489mm下降到0.449mm；
材料本身刚度和韧性提高，低速碰撞好；
减重0.5kg。
四、非金属材料在汽车轻量化中应用案例
高刚材料在KC-1和FE-5前后保上做生产验证，产品的刚性、表面光洁度、虎皮纹等质量均优于原方案。
工艺参数 | 薄壁化前 | 薄壁化后 |
填充时间(s) | 6.191 | 6.139 |
流动前沿温度(℃) | 170.6~211.1 | 193.4~220.4 |
注射压力(mp) | 68.87 | 48.76 |
锁模力(T) | 2069.6 | 1554.7 |
变形量（mm) | 1.638~10.96 | 1.724~6.183 |
注塑压力更低、锁模力更小，更节能
五、薄壁化设计推广应用情况：
类别 | 薄壁化前 | 薄壁化后 | 效果 |
重量(kg) | 9.481 | 8.533 | -0.948kg |
材料成本(元） | 142.2 | 128 | -14.2 |
应用车型 | 吉利所有车型 | KC-2、FE-5/7、NL-4等新车型 | 年节省2000万元 |
通过保险杠的薄壁化设计，仅前后保险杠一项就能实现减重约1kg，降低材料成本10元，带来较明显的减重效果，同时还能节省采购成本。
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文章出自吉利汽车研究院总工程师熊飞，艾邦高分子整理
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