轿车前保险杠逆向设计及制造工艺分析Word文件下载.docx
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前言
随着汽车工业的发展，保险杠作为一种重要的汽车安全装置，也在不断进行革新。
轿车的前后保险杠除了要保持原有的保护功能外，还要追求外观与车体造型的和谐统一，以及实现本身的轻量化。
汽车保险杠安装在汽车的最前端和最后端，在整车造型风格中起到至关重要的作用，它能够诠释出整车外装饰的艺术风格，好的保险杠能够使用户感到赏心、悦目，得到美的享受。
无论汽车的大、小改型设计，保险杠总是首当其冲成为造型师手中重点塑造的对象，造型美观是整车的亮点及卖点。
另外，发生碰撞时，大多数情况下都有保险杠的参与，保险杠作为安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分，它能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度。
随着汽车普及率迅速提高，减轻车身质量、节能降耗及降低成本已成为汽车工业发展的主要目标之一。
塑料因具有质轻、耐腐蚀、设计自由度大等特点在汽车上得到了广泛应用。
目前，轿车的前后保险杠均采用了塑料材料。
二十多年前，汽车的前、后保险杆都是采用金属制造并固定在车身上的。
近几年来多采用混合型的，重要原因是车身形状的要求、空气动力学方面的原因、以及保险杆正在变大，并要求与空气吸入护栏一体化。
但决定性的原因是车身尺寸和重量的增加，汽车制造商要求采用塑料制造，以降低成本。
1保险杠的产品特点
1.1保险杠的设计原则
在保险杠的开发过程中，应遵循以下几个原则：
1）.主动安全性，即必须最大限度地满足使用功能，保险杠的安装高度应符合法规（安全可靠、设计合理）；
2）.被动安全性，即发生碰撞时，保险杠要有良好的吸能特性；
3）.在外部造型、色彩和质感上要与整车造型协调一致，浑然一体。
1.2保险杠的材料选择
1.2.1选材原则
正确地选择材料，必须满足3个方面的要求：
1）.良好的使用性能的要求；
2）.优良的工艺性能的要求；
3）.合理的成本方面的要求。
1.3.2选择方法
全面了解制件的使用要求。
除应了解部件正常工作时应具备的性能指标，还应弄清部件的工作环境（如温度、湿度、介质）及其可能发生的变化等。
要正确选材，不能只对材料的性能作一般的了解，应对每一种材料找出1～2项比较突出的性能，作优先选用的对象。
有些塑料，其树脂的性能不能满足部件的性能要求，则可通过改性或加入适宜的填料之后，方能变成理想的材料。
保险杠的材料通常选用改性聚丙烯，即注射成型用热塑性塑料，它应满足如下的基本特征：
1）.耐热性在80～100cc；
2）.冲击强度在0．3～4J·
cm；
3）.拉伸强度在29～39MPa；
4）.成型性，耐候性良好。
1.3保险杠的结构特点
在整车外表面定型后，进行保险杠的结构设计，首先考虑保险杠与其他车身部件的搭接关系，进行安装结构设计；
其次进行保险杠的本体设计。
2逆向工程概述
2.1逆向工程概念
逆向工程（ReverseEngineering）也称为反求工程、反向工程等。
逆向工程起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。
产品的逆向工程是根据零件（或原型）生成图样，再制造产品。
它是一种以先进产品设备的实物、样件、模型、软件（包括图样、程序、技术文件等）或影像（图像、照片等）作为研究对象，应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识进行系统分析和研究、探索掌握其关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品的技术，是针对消化、吸收先进技术采取的一系列分析方法和应用技术的结合。
广义的逆向工程包括形状（几何）逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面，是一个复杂的系统工程。
通常所说的逆向工程即指对几何形状的逆向，称为实物逆向工程，是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。
这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已经成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用热点，并发展成为一个相对独立的领域。
2.2逆向工程系统
随着计算机技术的发展，逆向工程技术和先进制造技术的结合日趋紧密，如20世纪80年代初发展起来的快速原形技术、基于网络的异地设计及制造技术等，在产品设计和制造阶段都需要逆向工程技术的支持。
同时，逆向工程技术也和计算机辅助测量（CAT）、辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）以及计算机辅助工程分析（CAE）密切相关。
逆向工程成功应用的关键不仅在于各计算机辅助子模块能较好地独立完成各项工作，很大程度上还取决于各个子模块的计算机集成程度。
可以说，逆向工程是CAT/CAD/CAM/CAE等先进的计算机辅助技术集成应用的一个典型例子。
如何将这些技术组成一个整体，即集成逆向工程系统，是逆向工程技术应用研究的一个重要方向。
逆向工程系统主要由三部分组成：
产品实物几何外形的数字化子系统、三维CAD模型重建子系统、产品或模具的制造子系统等。
2.3逆向工程设计前的准备工作
做一个逆向设计的工作，可能比做一个正向设计更具挑战性。
在设计一个之前，首先必须尽量理解原有模型的设计思想，在此基础上还可能还可能要修复或克服原有模型上存在的缺陷。
从某种意义上看，逆向设计也是一个重新设计的过程。
在开始进行一个逆向设计前，应该对零件进行仔细分析，主要考虑以下一些方面。
确定设计的整体思路，对自己手中的设计模型进行系统地分析。
面对大批量、无序的点云数据，应该首先要考虑周全，步骤明确，做到心中有数，主要是将模型划分为几个特征区，得出整个设计思路，并找到设计的难点和疑点，从多方面考虑和解决问题。
确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定。
对于用肉眼就可以辨别的初等解析曲面件，如平面、圆柱面、圆锥面等则没必要因为有测量数据而用自由曲面去拟合一张，这样就能做到直接面对难点疑点，有针对性地解决问题，缩短工作时间。
3.4逆向工程应用的范围介绍
在产品造型日益多元化的今天，逆向工程已成为产品开发中不可或缺的一环，其应用范围包括：
（1）由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，经常要对已有的构件做局部修改的领域。
（2）当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法。
（3）在没有设计图纸或设计图纸不完整，以及没有CAD模型的情况下，通过对零件原型进行测量，形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码或快速原型加工所需的数据，复制一个相同的零件。
（4）逆向工程在新产品开发、创新设计上同样具有相当高的应用价值。
为了研究上的需求，许多大企业也会运用逆向工程协助产品研究。
（5）在快速原形制造（RPM）中通过逆向工程，可以方便地对快速原形制造的原形产品进行快速、准确的测量。
（6）借助于工业CT技术，逆向工程不仅可以产生物体的外形形状，而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷，从而成为工业产品无损探伤的主要手段。
3某车前保险杠初步制造工艺分析
3.1汽车前保险杠材料选取
在众多的塑料材料中，PP/EPDM共混料由于其价格低廉、易加工成型和优良的柔韧性而更受到汽车保险杠制造商的青睐。
EPDM是乙烯丙烯二烯三元共聚物。
PP中添加EPDM主要是改善材料柔韧性，提高冲击韧性，尤其是耐低温冲击性，同时对涂料的附着力也有改善。
EPDM一般用冷拼的方法加入，也可用接枝共聚的新方法。
EPDM添加量在10%~40%。
3.2保险杠成型方法及工艺
3.2.1注射成型
PP保险杠普遍采用注射成型工艺，其主要优点是可成型形状比较复杂的产品，生产效率较高，能赋予制品必要的刚性等。
其缺点是必须采用流动性较佳的原料，制品的坚固性较差，受冲撞时易断裂，小批量生产成本高。
中国PP保险杠均采用注射成型。
如上海桑塔纳轿车保险杠由江苏省江阴塑料有限公司用北京化工研究院的保险杠专用料注射成型。
一汽奥迪车保险杠由铁岭市橡胶制品厂以国产的PP/EPDM共混料为原料，引进日本模具和宇部兴产公司ST2500机，采用注射成型，机械手自动取件生产保险杠，产品性能超过德国同类产品。
其生产工艺过程如下：
将EPDM塑炼成薄片切成粒状（4~6mm）长*（2~3mm）厚。
在室温下往混合机中先加入粒状的EPDM，再加入粉末状光稳定剂UV-327和抗氧化剂1010，三者先充分搅拌分散均匀，因胶有黏性，能粘住粉末状紫外线吸收剂、抗氧剂，免得其落到混合器底影响分散，再加入PP和黑色色母粒，常温下混合分散均匀。
然后，用双螺杆混炼挤出，温度180~220℃，挤条冷却后切成粒状，同时烘干制成PP/EPDM共混热塑性弹性粒料。
干燥至水分含量不大于0.06%，灰分不大于0.4%。
在190~230℃的温度下用注塑机注射成型，再烘干待用。
3.2.2吹塑成型
随着吹塑成型设备和操作技术的不断改进，高相对分子质量PP共聚物聚合技术的开发，以及模具设计和制作技术的进步，目前国外已经能够采用吹塑成型技术来生产PP保险杠。
吹塑成型与注射成型相比具有以下优点：
（1）可采用重均相对分子质量高达35万以上的嵌段共聚PP作为基础树脂进行改进的PP/EPDM共混料进行加工，极大的提高产品的低温韧性和强度性能。
（2）保险杠可吹塑成双层壁的中空结构。
正面是光滑平整的，而背面则制成波纹结构，使其具有很高的刚性和弯曲强度。
（3）制品表面不存在料流熔接缝及加强筋所造成的塌坑等缺陷，故整体性能及平整性能均较好，外观质量大幅度改善。
（4）相对注射模具而言，吹塑模具不仅结构简单，制作容易，价格低廉，且易于更改产品的外形设计。
（5）由于是在低压下采用高相对分子质量的树脂吹塑而成的，故制品中残留的内应力很小，抗撞击韧性好。
（6）虽然双层结构使得制品的质量要比注塑成型时高出70%，但注塑成型的保险杠需要和钢制的保险杠组装在一起时才可使用。
而吹塑的保险杠则是和一个由回收的边角料吹塑成型的塑料支撑架组装在一起使用的。
故整个保险杠部件的质量及成本比注塑产品低。
吹塑模具保险杠的缺点是：
由于单件冷却，制品的成型周期较长；
难以制取形状复杂制品，表面粗糙度也较难以达到注塑制品那么漂亮。
目前吹塑模塑技术已成功的用于制造保险杠。
美国GE公司生产的PC/PBT合金材料吹塑保险杠已用于Ford汽车上。
Himont公司的TPO树脂已吹塑成卡车保险杠。
Borg-Warner公司采用CycolacLXB吹塑级ABS已成功吹塑外观漂亮、冲击性能良好的保险杠。
总结
逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到产品开发、旧零件的还原和产品检测等领域。
它不仅能够还原实物的CAD数据，并且能在此基础上进行创新设计。
随着计算机的发展，CATIA软件也在不断完善，CATIA中的逆向功能模块，包括创成式外形设计（GenerativeShapeDesign）、逆向点群编辑（DigitizedShapeEditor）、逆向曲面重建（QuickSurfaceReconstruction）等是逆向工程的专用模块，可以利用这些逆向模块进行逆向建模。
在利用这两个软件进行逆向设计的过程中遇到了很多问题，在与老师和同学的讨论中也得到了解决方法。
由于零件拆卸过程中导致的零件变形等问题
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