某車型全塑前端模塊骨架的研發

孟小斌

摘 要：模塊化生產是趨勢，前端模塊骨架又是整個前端模塊中很核心的一個零件。本文從方案選擇，材料比較入手，通過建立基準模型和模擬計算成功研發了某車型全塑前端模塊骨架。

關鍵詞：前端模塊;骨架;方案;材料

1 引言

前端模塊是模塊化生產的一個重大成果，由于它有很多的優點，目前已經基本推廣到所有的車型上去。而前端模塊骨架又是其中非常核心的零件，基本所有的零件都以它為基礎來固定的，比如冷凝器，水箱，風扇，前橫梁等等。當然前端模塊骨架有很多不同的方案，有很多不同的材料可以選擇。本文以某車型為例，論述了一個全塑骨架的研發。

2 前端模塊骨架大方向的確定

目前汽車上用的前端模塊骨架的方案各種各樣，每個公司有自己的愛好，但是歸納總結起來就4個大類：全鋼，鋼為主加塑料，塑料為主加鋼，全塑料。二十年來這4類方案在我們的車型上都有用過。

考慮到鋼材的價格在變化，塑料的價格也在變化，我們要根據最新的價格情況對4大類方案再做個比較分析，看看這個車型到底選用哪個方向做。首先全鋼板方案和鋼板為主的方案的優點是強度高，不像塑料容易被砸裂掉，缺點是需要做電泳，保護層厚度不夠或被碰掉會有銹蝕問題。塑料為主加鋼板加強的方案是目前的主流，方案比較均衡，小鋼板藏在里面，油漆也不太會被破壞。全塑料方案是現在比較新的方案，當然少了加強板，怎么解決強度問題是有些困難的。隨著塑料的國產化，價格相比以前有大幅的下降，后2個方案比前2個方案在價格上有優勢。綜合評估下來，只要我們能解決強度問題，那么全塑方案最有優勢。

3 骨架材料的選擇

在多年的項目開發過程中，不算鋼板，不算GMT（現在基本不用了），塑料基材有用過PP和PA6，再根據加玻纖的比例不同，玻纖的長度不同，排列組合用過至少6種材料。我們從單價，性能和可加工性等方面對材料進行了比較，PP-GF30和PP-GF50是前2名。

其中PP-GF30這個材料我們用了很多年，總體還是比較均衡，唯一的缺點就是在性能上（尤其是剛度方面）相對稍偏低一些，局部需要鋼板加強。PP-GF50這個材料這幾年開始慢慢顯露優勢，在性能上比PP-GF30高出很多，缺點是密度（1.32g/cm3）偏高，而PP-GF30的密度是1.12g/cm3），但是由于性能好可以通過減壁厚來彌補密度高的缺點。最終我們考慮嘗試全塑方案，所以PP-GF50勝出。

4 骨架數據主模型的建立和對比

雖然PP-GF50這個材料我們有使用，但是真正自己開發上還是第一次用。為了減少風險，我們準備先用PP-GF30材料加上2個小鋼板加強的方案設計一個基準對標模型，確保這個模型下是可行的，然后我們再在這個CAD模型的基礎上進行優化改進。

4.1 建立基準對標模型

PP-GF30材料加上小鋼板這種方案我們已經在許多開發車型上有使用，我們開發經驗豐富，開發起來相對也容易。塑料本體部分上表面因為前蓋鎖和前蓋下砸等因素加厚到3.0mm，其它區域2.5mm，材料PP-GF30，重量3375g。小鋼板材料HX260，凈重180gX2。總重量（塑料+鋼板）為3735g。初步剛度計算基本可行，見圖4。

4.2 更換材料，調整厚度

在基準模型的基礎上，取消小鋼板，材料改為PP-GF50，由于密度大了很多，在數據中量一下重量已經為3977g，比基準模型重不少，所以減重必須要做。

減重措施一：把下圖框中的材料厚度從2.5mm減到2.0mm，減掉重量350g。

減重措施二：把前墻往后移10～20mm，減重150g

減重措施三：把上表面的臺階割掉，減重50g

4.3 剛度CAE模擬計算

對上部中間，下部中間，4個角等都要進行剛度計算，見圖7

上部中間，前蓋鎖固定位置，剛度大于250N/mm，合格

上部2側，橡膠緩沖打擊位置，能經受800N的壓力，合格

下部中間，Z向剛度原來2.5N/mm，現在>6N/mm，合格

下部2側角上，X向剛度離要求差139N/mm，不合格。下圖2圈內加厚到3mm，再計算，合格。但重量加了90g。

4.4 最終主模型和基準模型的對比

最終的設計主模型確定以后，和基準模型做了一個對比，重量上減了224g，性能上總體達到基準模型，有些地方的剛度還遠超基本模型。所以設計主模型得到確認。

5 設計周邊零件的固定點和確定RPS定位點

前端模塊骨架看起來好像就一個方的框架，實際上周邊有無數的零件要往上固定，所以等主模型確認以后，也就是大方向確定以后，就可以給周邊零件設計固定點，還要討論確定定位方案。

5.1 給周邊零件設計固定點

我們給周邊零件設計了各自的固定點，確保強度，安裝空間等。

a.前蓋鎖固定點，局部加強

b.碰撞傳感器固定處，定位孔+螺栓

c.大燈支架固定，

d.大燈固定點，確保了調整空間

e.冷卻模塊上固定點

f.格柵固定點，用滑塊解決了強度問題

g.前保險杠橫梁固定點，局部加強

h.線束固定點

i.下導風件固定孔

j.冷卻模塊下固定孔

k.左右導風件固定孔

m.格柵上部4個螺釘固定孔

n.發動機撐桿固定用耳朵，需要往上抽芯

除了這些以外，還設計了發動機進風罩的固定方案，前蓋鎖拉索的固定，微動開關線束固定和鎖支架的固定等等。

5.2 RPS定位點

前端模塊骨架的尺寸測量，整個前端模塊預裝，以及整個前端模塊往車上安裝時都需要一套定位系統，這套定位系統基本以模塊骨架的RPS為基礎。模塊骨架的RPS按照321原則確定：3X，2Z，1Y。

6 結語

通過這次研發，在某車型上成功開發了一個全塑前端模塊骨架。這個全塑骨架采用了比較新的材料PP-GF50，通過局部減厚度的方法實現減重224g，而且沒有鋼板，也就沒有表面保護的問題，比較環保。另外性能上也完全達到甚至超過以往方案。

實際零件出來后，所有試驗都非常順利，也沒有出現任何問題，證明這個方案很成功，我們將把這個方案做進一步推廣。

參考文獻：

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