新能源汽車全塑車身**制造技術(shù)

時間：2022-12-20作者：臺州市黃巖小霞模具有限公司瀏覽：111

1全塑車身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計

全塑車身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要涉及開發(fā)新的設(shè)計方法、創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對汽車車身的精簡、整體化、輕量化。設(shè)計主要采用／CAE／CAM一體化技術(shù)將離散拓撲優(yōu)化與結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化相結(jié)合，運用有限元分析技術(shù)進行結(jié)構(gòu)及工藝過程分析，結(jié)合參數(shù)反演技術(shù)、多目標全局優(yōu)化等現(xiàn)代汽車工業(yè)設(shè)計方法，對汽車總體結(jié)構(gòu)進行分析和優(yōu)化。

由于所選擇的對象是高分子材料全塑車身，因此整個設(shè)計思路擯棄了金屬車身的分塊拼裝、焊接方法；此外，旋塑成型工藝的優(yōu)勢是適合制備大型及**大型中空塑料制品，可以整體加工復(fù)雜曲面的塑料制品，滿足汽車外觀的線條流線型和圓滑曲面，如圖2所示為所設(shè)計的全塑車身整體一次成型結(jié)構(gòu)。因此在滿足設(shè)計性能要求的前提下，全塑車身輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計盡可能使整體車身薄壁化、中空化、小型化、復(fù)合化，用形狀優(yōu)化實現(xiàn)汽車車身的輕量化，以獲得較輕的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。




2全塑車身**輕纖維增強微分發(fā)泡技術(shù)

高分子材料在**輕汽車車身的加工中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是聚乙烯(PE)，因其加工成型溫度廣，在旋塑成型**輕汽車車身中越來越受重視。但是采用旋塑成型制備的純PE制品收縮率大、機械性能差，雖然通過加厚車身或在車身內(nèi)預(yù)埋龍骨的方法能起到一定作用，但是會加大車身的質(zhì)量，且增加加工難度，無法實現(xiàn)真正意義的**輕汽車車身。此外，如果單純通過添加纖維增強改性，無論是預(yù)先混合還是后混合都無法使纖維與原料均勻混合，所加工的旋塑汽車車身制品力學(xué)性能不穩(wěn)定。圖3所示為纖維增強微分發(fā)泡**輕汽車車身旋塑成型方法所加工的纖維增強微發(fā)泡復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。




該全塑車身**輕纖維增強微分發(fā)泡技術(shù)首先利用混合機對原料粉末顆粒和纖維進行混合，形成混合物，然后，利用高壓容器對上述得到的混合物進行微發(fā)泡，形成纖維增強微發(fā)泡復(fù)合材料；最后再利用旋塑成型機纖維增強微發(fā)泡復(fù)合材料進行加工，制備**輕汽車車身。

3全塑車身成型設(shè)備熱流分析與能效優(yōu)化

熱空氣對流，明火直燒和液體導(dǎo)熱是旋塑成型通常采用三種加熱方式。其中熱空氣對流加熱方式清潔、安全，且容易控制旋塑設(shè)備烘箱內(nèi)的溫度場，因此，熱空氣對流加熱方式被選作為全塑車身整體塑化一次成型的加工方法。但由于旋塑設(shè)備烘箱內(nèi)部的熱空氣時刻都處于運動變化的狀態(tài)，且由于車身結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜，有效地控制旋塑設(shè)備烘箱中車身模具工作區(qū)域的熱空氣溫度場便是保證全塑車身整體一次成型的關(guān)鍵。本文利用FLUENT流體力學(xué)軟件來模擬分析旋塑設(shè)備烘箱內(nèi)溫度場的分布，保證車身模具旋動的空間區(qū)域的溫度能快速達到工作溫度，并保證持續(xù)、均勻、穩(wěn)定。圖4所示為全塑車身旋塑成型有限元分析模型。




首先利用FLuENT軟件，對穿梭式旋塑成型機的烘箱圖4全塑車身旋塑成型有限元分析模型溫度場進行模擬分析。如圖5所示，首先針對溫度場不均勻l～烘箱壁：2一烘箱內(nèi)部區(qū)域；3一模具；4一進風(fēng)口；5一出風(fēng)口的現(xiàn)象，模擬分析烘箱內(nèi)部的溫度場和速度場分布；得出烘箱溫度場和速度場的分布情況以后，仿佛優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型，分析原因并提出改進方案，最后根據(jù)模擬分析的指導(dǎo)方案，如圖6所示。最后根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，改進旋塑成型機烘箱及風(fēng)道的結(jié)構(gòu)形式，并進行對比試驗，驗改進后的出風(fēng)El結(jié)構(gòu)是否能有效地控制烘箱內(nèi)溫度場的分布，縮短烘箱內(nèi)的升溫時間，提高全塑車身的質(zhì)量精度。







4全塑車身旋塑成型無線測溫技術(shù)

溫度是影響旋塑成型工藝的主要因素，在旋塑成型工藝控制參數(shù)中：設(shè)備結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)和聚合物原材料一定的情況下，旋塑成型的溫度參數(shù)對制品的質(zhì)量有直接的影響，尤其是加工大型復(fù)雜制品時，溫度參數(shù)的精確控制保證制品質(zhì)量精度的關(guān)鍵。目前的旋塑成型工藝主要應(yīng)用于加工大型塑料容器、戶外設(shè)施，對尺寸進度和機械性能的要求較低，因此，旋塑裝備大都沒有配備溫度實時監(jiān)測裝置，很難控制旋塑成型工藝過程中烘箱內(nèi)部各點的溫度。因此，為了保證全塑車身加工的精度，北京大學(xué)與溫嶺市聯(lián)合開發(fā)了多通道無線測溫裝置，可以對烘箱內(nèi)部多點的溫度、模具內(nèi)外壁的溫度和物料的溫度變化進行實時監(jiān)測。測溫原理圖如圖7所示。




該無線測溫儀設(shè)置四個通道，可以精確地監(jiān)測旋塑成型工藝過程中的溫度參數(shù)。該無線測溫裝置主要包括信息模塊、信息處理模塊、FSK射頻、內(nèi)部電源、FSK射頻接收器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖8所示為該無線測溫儀零件。其中，信息模塊包括4個K型熱電偶，用于測量不同點的溫度。一個K型熱電偶安裝在車身模具的內(nèi)部空間中，測量旋塑成型過程中物料的溫度變化；一個K型熱電偶安裝在車身模具的內(nèi)壁上，測量旋塑成型過程中車身模具的內(nèi)壁溫度變化；一個K型熱電偶安裝在車身模具的外壁上，測量滾塑成型過程中車身模具的外壁溫度變化；一個K型熱電偶均勻布置安裝在旋塑設(shè)備的模具架上，測量旋塑成型過程中烘箱內(nèi)部的溫度變化。如圖9所示為安裝在模具架上對工藝過程進行監(jiān)測的無線測溫儀，圖10為測溫儀對4個點的監(jiān)測曲線。










5大型車身模具單元分塊快速開合模技術(shù)

此外，一次加工成型全塑車身對模具的加工精度、開合模速度、制品統(tǒng)一性有較高的要求。目前旋塑模具普遍采用的制作方法主要有鋁合金鑄模、鋁合金焊接模和鋼板焊接模三種類型，模具的組裝方式基本都是考慮方便制品脫模而采用大量的螺栓連接固定。對于加工像全塑車身類形狀復(fù)雜的制品，模具體積和重量大、表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若采用不規(guī)則多個方向模具的分塊方式，安裝、拆卸模具時需要翻轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模具角度，造成開合模難度大、效率低，且當拆卸大塊局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分塊模具時，容易使其裝配精度降低，分塊模具之間的安裝配合錯位。鑒于此，我們采用大型復(fù)雜鋁合金模具單元分割組合成型的方法，對全塑車身模具進行三維單元分塊。如圖11所示。




該模具分塊方法主要針對模具型腔的形狀，直接把所制復(fù)雜制品的模具沿三維方向進行單元分割，然后利用鋁合金鑄造成型技術(shù)制造鋁合金微元，然后采用螺栓組件或快速夾具對微分單元進行組合安裝，拆模具時，根據(jù)制品形狀可任意選擇開模。如圖12所示為采用此方法加工制造的模具。通過這種單元分割組合成型結(jié)構(gòu)和方法，可以將形狀負責(zé)的全塑車身模具化整為零，降低了車身模具整體加工的難度，且安裝組合方便，提高了裝模與脫模的效率，維修方便，此外，此種結(jié)構(gòu)方法可防止拆卸大塊復(fù)雜模具時模具錯位和制品卡死現(xiàn)象的發(fā)生，提高了模具的使用壽命，并保證了制品的表觀質(zhì)量。


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