保险杠的构造及材料

保 险 杠 的 构 造 及 材 料 Bumper System and lts M aterials 塑料保 险杠 是外 装 塑 料 化最 成 功 的 实例 。 随 着法规 的 健 奎 和 材料 成 彤技 术 的 进步．各 圉相建 出现 了各种各样的保险杠 ，以满足冲 撞安垒 和提高外观装 饰性 的要 求。 关键词，塑料 保险杠 60年代垮于美国的保 验杠的塑料化，随 着安全 标准的修订而不断扩大。欧洲、加： 大和沙特阿拉伯等国也相继制定了保险杠标 准。在 日本 ，虽然 没有法规的限制，但 各汽 车厂 也有 自行 的规定。此 外，保 险杠除了要 满足 冲撞条件外，还要不 断地改进彤状设计 以满足越 来越 高的装饰性要求。影响塑料保 陵杠推广使 用的主要因素是 安全标准的制定 ， 美国 联邦汽车安 全标准 》1 972年第 21 5 条的有关保 险杠的 规定 ，要求汽车必须安装 8 ．／h时速 下， 与其它 车冲擅时几乎能够 完全 复原的 “无损 伤保险拄 。之后，l 978 年又在第 581条中规定保 险桎标准、 l9 82 年 将冲撞速度降到 4 km／h。欧洲 联合国经济 委员会 (ECE)制定的标准第 42条 中规定冲 撞速度定为 4km／b。加拿 大在 《汽车安 全标 准 第 215条 中也规定 冲掩速度为 8 km／h， 沙特同拉伯与欧洲规定几乎相 同。 由于冲 撞条件的不 同，各地的开发目标 也不相 同，下面介绍各 国的像 麓杠方襄 。 一 、 保 险杠 的构造 i． 美国的保险杠方案 美国最初采用 了机 械缓冲式保险杠。 当 保 险杠受到 冲击时，机 械缓 冲件压缩变形吸 收能量 因此保险杠必 须从 车俸上突出出来， 其 突出量相当于缓冲器的压缩变形行程，这 l009 年 第 8期 就限制了设计的 自由度 。而且 还存在着 冲击 变形不 能恢复的问髓。解决这一河题 的最好 办 法是 采用聚氨酯类材料。通用公司采用了 聚氨酯保险扛，其典型实 例为 耐损伤性 保 险拄”，它是装人 了以防锈、粘连井进行了 底漆处理的钢制加强 筋，将 10—25mm 厚 的微 孔聚氢酯发泡材料整 体发泡，再喷橡聚 氯 脂漆。通用公 司在 68年 “旁蒂克 牌汽车 上采用 了这种保险杠系统。以后，开发了arM 成形 (反应注 塑成形 )珐眉，它成了保 陵杠 成形 法的 主流 Rl M 成形保 险扛具有：①低 速 (8 km／h) 冲撞时的复原性好 ，②幂生 ． 锈，③重量轻 '④成形性 极好，可与周围零 件制成一体而增加了设计的 自由度。 R!M成形保 险杠的结构夏吸收冲击的机 理 如下 (1) Hi— Flex方式 (加强筋弯曲方 式) 这种保 险杠的构造是在U型保险杠 正 面 (厚 6～ 8mm) 的 内侧，将数个加强 筋 沿截面方向整体 成形后再组装到加强件上 。 一 旦受到冲击，加强筋就在保险杠正面和加 强件之 间被压 缩，吸收能量。但为 了防止 强 筋面产生缺陷，需要 增加 保险杠的 表面 厚度，这在重量和成本上是 不利的，因此 目 前几 乎 不 采 用 (见图 i) 。 (2) Dayi sorb方式 (内装暇收蝉击 的泡沫材料的方式) 使用半硬质囊氯裔穗 一 47一 维普资讯 http://www.cqvip.com 重 8 cⅡid e— FI cx方式 的 保险 杠 系统 1一加 强 俘 l 2一蜂 窝软 柯 料 a一 保 险 杠 寰 面 沫材料 来吸 收冲击的 装置 ，是通过泡沫材料 的压 维变 形吸收 能量 这种方式结构简单， 重量轻，已被 广泛采用。但 聚氢酯材料对温 崖有依赖性 ，必须注 意使用 温度。另外，为 了降 成本，现 已开始采用 聚乙烯、聚丙烯 的泡沫材料 (见图 2)。 (8) Guide— F1 eI方式 (蜂窝状材料 方式) 这是由 Hi～ Fl ex方式 演变而 来的 ， 将保 险扛表面与加强 筋分离 ，由插入软表面 内舒的 聚烯烃类蜂 窝材料的压 缩变形吸收能 量。 由于 冲擅负荷较大，故必须对蜂窝状材 料的 形状设计认真考虑 另外，其变形复原 性，温 宦特性稍差。 此方式用于77FIP,~BIF,D 型车上 (图 8)。 (4) 缓冲器方式 用支撑 梁来支 撑软 I 袭厨，再由绥冲器将支撑粱与车体结台在一 i 起的方式。缓冲器采用机油等液体，或如硅 - 一 荫椽腔都样，当压力很大时能显示出液体性 能的材 料，利用其通过阻 尼孔时产生的粘性 { 阻力吸收冲击能量。此种方式吸收冲击的性 j 能 良好，对温度的依赖性小 ，冲撞后的反弹 j 也檬．但这套机构仅仅取代了板金制表面， j 作为整体来说重量有所增加，目前采用的不 图 2 Da i}o rb方 式 保 险 杠 碌 馥 杠 掏 造 多 。 进 入 80年代，为 了降低成本，开始将往 塑成形 法制 度的聚蟮烃弹性体用于保险扛表 面代营RIM聚氯壅。 日本出 口车主要采用这 荦聿方式。 福特公司在 84 ESCORT翔 LYNX稗i气 车上采用了工程塑辩 制的全 塑料保险杠。所 用材科是 PC(聚碳馥酯)一PBT (聚丁烯对 钛酸盐)混 合物，将保 险杠表面和支撑粱各 自注 塑成彤，荐进行振动熔敷制 成一体。这 种保险杠中无金羼加强件 ，可经受 8 km／h 的 冲撞 ，其构造如堡 4所示。因其重量轻而 被福待车 等广泛采用 2． 欧渊的保险杠 方案 由于欧洲规定豹 冲撞速度 鞍低，故材料 的选择 莲国 宽，采用的方案也多种 多样。 (1) 象丙烯保险杠 与美国最大的不 同是 欧洲 发展了聚丙烯保险杠。FIATl 26汽 车 采用了弹性聚丙烯以后，欧洲各国相继采 用，其构造大 多是用支板或支 撑粱将弹性 雅 丙烯的保 险缸表面安装在车体上。为 了追求 更高的佳能，88年菲亚特在 RITON0汽车上 用弹性 聚丙烯制成保险杠表面和支撑粱，采 I舟 ．^车 、 、 维普资讯 http://www.cqvip.com ： 妻 孽 泼瞎接的方法封闭断面，从而提高了 五十铃公司的P zz^汽车保险扛的大型化， 鄱J性 ，碑少了冲击时的变形量。最近由于喷 促进 高剧性、耐热，耐冲击性优良的聚碳 l ， 港技椭约进步，喷漆保险杠多了起来。此外， 酸醢 来用。 ；l 伟至格栅部分或车轮挡泥板拱形部分的大 ～ !l 得险扛鼬瘟用也在开发中。 二、保险杠用材料 嚣 ) SMC(薄板模压复合材料)保险扛 1．保险杠用材料的性能要末 l 【 竖^险杠塑料化开始到80年代初， 法 ④在较宽的温度范围内剐缝高、尉冲击 甲主 用菇种保险枉 · 由于 冲击 复原性 、 性好J 哼漆附 性疠面的问题现在几乎不采用。 圆尺寸稳定性好J l ! )RIM聚氨酯保险杠 欧洲也魏 ④尉溶剂性好， 橐 国一榉桌厨营R1M聚氢酯保险扛。西德的 不喷漆情况下耐侯性好， l POR lIE汽车采用这种保险杠已取得实际成 誊涂装性好， l 挚并有壮长历史。 大型件的威形有了可能。 l ： ‘ ’工程塑科保险杠 英国福特公司 现阶段尚未开发出能满足所有性娩要求 E}在 04 s萱ERR^汽车上安装了用聚爱睦醢一 的材料，只是在相互补嫠各自缺点的同时加 l 聚 丁烯 铁馥盐 混台物制成的封 断面结构 以利用。目前使用的塑料性能见裘1 可擞 l 自J保险 ·这种保险杠是 将保 险杠表面和支 不 同舱黑险杠方案 来选用 。 l 嚣 耋 譬方妻 台詈 ，^ 篓 表 保险杠用望料的性能 I 1 一 ． 莉 蝻 的 五 箱 ⋯ ⋯一“⋯⋯。 ＼习； ⋯ I武； 潦装恒 尊 丘 另 ．英国利兰公 司早在83 fAEsTR。 ’、 形 溶襞工序 加工的 盎 r末 卜 甯‘ 妊 猖T膳对外 卦坦 ～}r 辑＼尉热性 击{主 性 的舀由裴 难易蟹嗟 j： 为了实巍完垒的色彩选配，将保险杠与车身 鞋两兰立～。 @ △ 0 0 一 起喷杂 (烘烤温度185 cc)。为丁使用延 剐M △ 0△ 0 。 。 。 l 1 礴摩糍蠹柏生呈}南沸 蒜 }7 ± 聚氯啻 f l 底漆。J 瘴 ＆ ⋯m／ 毒。⋯ ～ · o △ 0 0 。 0 _ 8． 嘲 内 佶 用 的 海 察 阳 # 一 j 9 △ △； 0 A ：△一c 鏊 日‘； 制 ． 1 轩 的 蛔 魁 士 鞲 属 千 士 n j ．． ． 一 一 -^ R U 一 行 式样lg考虑而进行的。但是 ，向姜 、欧出 2 ． 聚 丙烯 (PP ) 口 的汽j；因受使用国冲摘条件的限制，丰田 虽 l然 PP 的耐冲击性不如聚氧酯 ， 但其 公 }司在 eELIc^ 汽 车上 采用 了RIM聚氢酯儇 物佳 、 蔽形性、成本的综台平衡较好 主要 殓 ：杠，之后 ，各公司均已采用，并在国内用 使 用屋 I有 日本 、 欧洲 (见圈 5)， 窿 级车上采用。 塌 ：验杠甩聚丙烯是在传统的哉段共象物 、 日本国内使用的汽车，主要采用成本低 中加 ^特殊成分使其改性为弹性体 ， 以满足 的 聚丙带 (PP)保险扛。继日产公司的BL- ，耐冲由 、耐摸性的要求 U lEBIR幸汽车之后用聚丙爝的车种迅遮增加 为 了使保险杠与车身嗣色．进行了喷漆 脑 着大塑-化、材料喷漆技术、配合、混制拄 方法的 I研究。因为聚丙烯本来是难以磺港的， 术 舶进步使保险杠在彩色化、剐性、耐冲击性 必须进 行材料的改性，改进滚料及喷滨方法 等 方强由进。一步改进使应用范围越来越广。 趣 ^各种添加剂，以提高材料的附着性。 } 、 { 1 。·l单‘螽a斯 i ； { 鼍4一 ● j { I ． 建；- I 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 般箍 韶妻加 以 EPR (乙丙橡胶 )为 主体的橡 胶，进而再加入无机填料 与材料着色用量 相 比，橡胶的加入量相当多。由于橡段的添 加，成形表面显示出凹凸 候向，从而提 高了 漆噗的附着性。这种凸凹程度随喷漆方法的 不 同而不同 (图 6)。另外，橡腔的加入对 其它物性也有影响。为了保持耐冲击性和提 高雕性，要台理选择填料 一般情况下，掾 腔 占 25—4O ，无机 填料 占l0 以下。 在 涂装方 j告上还不断改进。宾型的 PP 保 险杠的涂装方法见图 7。为使踉膜附着性 提 高的预处理方 法 (1．1．1．磷酸三氧乙烯的 蒸汽洗净)的开发，使等离子涂羡成为可能。 塑料材科着色限于灰色等颜色，但问世 以来，也推进了 汽车式样的多样化。 由千 材料改性技 术的进步，在不降低耐 冲击性的前提下提高了刚性。因此可减少保 险杠的 厚度、减轻了重量，降低了成本。 另 外，为 了适应 大型保险杠的要 求，不断改进 成形技术，从而 实现了汽车前端的多样化设 计。 另外，还开发了烯烃类弹性体取代RIM 聚氨酯材 料。这种热 可塑性树脂具有拢越 于 RIM聚氨酯的成形性。但是，低温耐冲击性 蓁 EPR 量 ( ) 圈 6 橡 胶 舍 量 和涂 嚷的附 着 性 差。采用车种正在增 多。今后，这种材料需 改进剐性。 3． 聚氯 酯 聚氨酯材科随着RIM成形技术的开发被 用于保 险杠。美国之 所 以选择Rl M聚氨酯 来 适应 8 km／h的保 险杠要求，其原因如下 ① 由于是低 温、低 压成形 ，其 成形机的 成本比相 同尺寸的 注塑 成形机要低得 多， ②可采用价格低的型材和模 具， ③能 自由的 设计 ，可 与局 围零件制成一 体 来降低成本。 但是，由于 聚氨酯 的附 着性好，成形后 不易脱模。需要足够 时间喷涂和清除脱模 剂， 因而 成形时间较长 ，线嘭胀系数大-晴 漆时， 按其 烘烤 温度的不 同，有时会引起材科受热 下 垂 。 为 了解决这 些问题，开发了耦 台剂中使 用氨络物 的技 术。其 特长如下： ① 由于反应速度 扶，故能缩短脱摸时间 ③ 由于 添加 了IMC(内部脱模剂)，故 图 7 PP保 险杠 的 涂 装工 艺 实 铡 增加了一次喷涂EMR (外部脱模剂)的连续 纤维的反应 注塑成形 (RRIM )技 术，从而 脱稹次数 提高 了耐热性，尺 寸稳 定性。通 用公司将氨 为了改进RIM聚氨酯 ，开发了添加玻璃 络物类 RRIM 用于 易变形的大型仪表 板中。 一 6 一 墨 ^ 车 维普资讯 http://www.cqvip.com 柔 性 加 工 技 术 的 发 展趋 势 Trends ： F|exih Je Maxtufae'axrlng Technology 柔性 生 产 自动化 (FA)是从 追 求现 场 设 奋 的 自动化 开始 ，避 秆 向 生产 信 息 的集 中汇 总、 生产 管理 和 销 售、 财 物 等以 整 个 企 业 活动 为着 艰 点 的 “网络 化 ” 转 移 。 高 度的 FA系统 包括机器 -5工作 智能化、光学收 木的应 用、 设备集 盏化 机 阀通讯 及诸 如专家系统的知识处理的应用等技术 它的进一步发展取决干信息 加工系统爱尺 的 自然 智 能 々 是 活 运 用 等 方面 的 发展 。 关链词：柔性加 工 柔 性 加工 技 术 (FA)包 括 整 个 工厂 自动 化 、彻 底进行 多品种化的 柔 ：自动化及信 息 与物 流自动 网络流通 自动化 日本机 械工业 l界在 世界上 率先提 出 FA概念 所谓黍性加 工技术 ，就是在这 种期流中睦开的 FA技 术 下面，阐述一 下该 FA 技术或柔性加 工 技 术 的 现 状 及 未 来 。 一 、 柔性 加 工 技 术 的 动 向 最近的 FA 技 术重点放在生产信息的 用于 RRIM 技 术的 填料一般是玻璃纤维 线 ，但为 了提 高外观装 饰佳、剐性 和耐 冲击 性，对纤维长度 和使用的 硅虢耦合剂也进行 了研究。 另外，也有采用 钍酸钾纤维等作 填 料的 。努力确保表面平滑性 {避 免因填料 jf 起原料粘度的 增加，使成彤 嗣难，进而在改 善低温耐冲击性 、缩小 线降 系数、各 向同 性及改善耐热性 、剐佳方面 断地进行开发。 三 、 今 后 的 发 展 方 向 保 险杠的发展方向是， l：满足 冲撞条件 的同时 力求小型化、简单化 、低成本。 在 结构方 面，使用封 闭断面结构将增加 。 吹塑成形技术已引人注 目。出于保险杠 表面 特性的 要求 ，有必要开发特辣的技 术，但利 用支撑粱的可能性很大。不仅聚乙烯、莱丙 烯，而且，工程塑料的 吹塑成形也有了可能， 今后将继 续开展这些材料 在保险杠上的 应用 研究 。 保护行 人安 全是今后保 险杠的必要功 能．美国已提出了可避免行人受到伤害的 保险杠方案， 日本也在试制。 在材料方面 ，价格低 廉的 聚丙烯将被 广琵 采用。今后为 实现大型化 、薄板化， 要努 力提高剐性 、改善 筑孔 状凹斑、熔台 绞等，这可由配合技 术加 以解决。 为了简化 喷漆工 序，要继续进行与钢 板同时喷漆的尝试。耐热性与耐 冲击性均 衡的工程塑料 正在开发，并向实用化方向 发 展 。 改善脱模性 、表面特性 成为 聚氨酯的 主要课题．为 了适应重量轻，构造简单的 保险杠方案 ，对材料的要求越来越 高，今 后将进一步开 发。 郭春霹 姜 洁 云 ( 本文埔辑 韭 供 稿 审 枝 前薯 ) 一 81 — 维普资讯 http://www.cqvip.com