汽車塑料保險杠的制造工藝

1、重慶XXXXXXX學院畢業(yè)設(shè)計（論文）課 題 名 稱：汽車塑料保險杠的制造工藝 專 業(yè) 班 級： 學 生 姓 名： 指 導 教 師： 二O 年 月目錄一、前言3二、保險桿的簡介3（一）保險杠的發(fā)展演變3（二）保險杠的結(jié)構(gòu)組成3（三）保險杠的作用4三、常見的汽車保險杠材料5四、塑料保險杠噴涂工藝6（一）工藝流程6（二）保險杠噴涂工藝6（1）前處理6（2）水分烘干6（3）表面噴涂6五、塑料保險杠的主要作用及優(yōu)點8（一）可以控制制造成本8（二）保險杠轉(zhuǎn)型保護行8（三）輕微碰撞的自我修復(fù)能力9（四）塑料保險杠防腐蝕效果更好9六、塑料保險杠的缺點9七、總結(jié)10八、致謝10一、前言  隨著汽車工

2、業(yè)的和工程塑料在汽車工業(yè)的大量應(yīng)用，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。目前汽車前后保險杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。轎車的前后保險杠都是塑料制成的，人們稱為塑料保險杠。  保險杠具有安全保護、裝飾車輛以及改善車輛的空氣動力學特性等作用。從安全上看，汽車發(fā)生低速碰撞事故時能起到緩沖作用，保護前后車體；在與行人發(fā)生事故時可以起到一定的保護行人的作用。從外觀上看，具有裝飾性，成為裝飾轎車外型的重要部件；同時，汽車保險杠還有一定的空氣動力學作用。2009-2014年中國保險杠及其零件（87081000）進出口表年份出口（千克、

3、千美元）進口（千克、千美元）數(shù)量金額數(shù)量金額2009年37352958179017133051931309362010年53647326209638174668691898812011年45027678228,63219697704254,5162012年49127638256189216161473005292013年54220806300432261721443827072014年*數(shù)據(jù)來源：中國海關(guān)  由上表格可以看出，汽車保險杠在汽車領(lǐng)域中，也是非常重要的一部分。是保障生命安全的一個基礎(chǔ)，值得注意。二、保險桿的簡介（一）保險杠的發(fā)展演變許多年以前，汽車前后保險杠是以金屬材料為

4、主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U形槽鋼，表面處理鍍鉻，與車架縱梁鉚接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件看上去十分不美觀。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和工程塑料在汽車工業(yè)的大量應(yīng)用，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。目前汽車前后保險杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。轎車的前后保險杠都是塑料制成的，人們稱為塑料保險杠。（二）保險杠的結(jié)構(gòu)組成其中外板和緩沖材料用塑料制成，橫梁用厚度為1.5毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U形槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲連接，可以隨時拆卸下來。這種塑料保險杠使用的塑料，

5、大體上使用聚酯系和聚丙烯系兩種材料，采用注射成型法制成。例如標致405轎車的保險杠，采用了聚酯系材料并用反應(yīng)注射模成型法做成。而大眾的奧迪100、高爾夫、上海的桑塔納、天津的夏利等型號轎車的保險杠，采用了聚丙烯系材料用注射成型法制成。國外還有一種稱為聚碳酯系的塑料，滲進合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出來的保險杠不但具有高強度的剛性，還具有可以焊接的優(yōu)點，而且涂裝性能好，在轎車上的用量越來越多。如圖2所示：圖2 塑料保險杠保險杠的幾何形狀既要考慮其與整車造型的一致，保證美觀，也要符合力學特性和吸能特性，確保撞擊時的吸振與緩，如圖3所示。圖3 汽車前保險杠斷面（三）保險杠的作用保險杠具有安

6、全保護、裝飾車輛以及改善車輛的空氣動力學特性等作用。從安全上看，汽車發(fā)生低速碰撞事故時能起到緩沖作用，保護前后車體；在與行人發(fā)生事故時可以起到一定的保護行人的作用。從外觀上看，具有裝飾性，成為裝飾轎車外型的重要部件；同時，汽車保險杠還有一定的空氣動力學作用。同時，為了減少轎車在發(fā)生側(cè)撞事故時對乘員的傷害，在轎車上通常安裝有車門保險杠，以增強車門的防撞沖擊力。這種方法實用、簡單，對車身結(jié)構(gòu)的改動不大，已經(jīng)普遍推廣使用。早在1993年深圳國際汽車展覽會上，參展的本田雅閣將一扇車門剖開一部分，專門露出車門保險杠給觀眾看，以示其良好的安全性能。安裝車門保險杠就是在每扇車門的門板內(nèi)橫置或斜置數(shù)條高強度的

7、鋼梁，起到車前車后保險杠的作用，做到整部轎車前后左右都有保險杠“護駕”，形成一個“銅墻鐵壁”，使得轎車乘員有一個最大限度的安全區(qū)域。當然，安裝這種車門保險杠對于汽車制造商來講，無疑會增加一些成本，但對于轎車的乘員來講，安全性和安全感都會增加了許多。三、常見的汽車保險杠材料很多年前轎車前后保險杠還是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U形槽鋼，表面處理鍍鉻，與車架縱梁鉚接或焊接在一起，與車身有一段較大的間隙，好像是一件附加上去的部件。目前國內(nèi)汽車前后保險杠一般都采用增韌（改性）聚丙烯（PP）材料作為原料注塑成形-聚丙烯Poly(propylene)塑料（俗稱PP料），具有熔點高（可達1

8、67），耐熱，密度（0.90g/cm3），是目前通用塑料里最輕的一種，有較高的耐腐蝕性（抗張強度30MPa），其制品的強度、剛性和透明度都相對較好的特點，缺點是耐低溫性能差（由抗沖PP共聚物、苯乙烯類彈性體和聚烯烴類橡膠3種組成共混改性材料，具有高剛性、抗沖擊、耐劃傷和可涂裝性，注塑成型保險杠裝車后，受8 km/h的沖撞不碎裂，并具有復(fù)原的彈性，性能與PU差不多，成本則降低10%20%）。1991年，豐田汽車公司將納米PP復(fù)合材料用于汽車前、后保險杠，使原來保險杠的厚度由4 mm降至3mm，制品質(zhì)量減輕約1/3。目前，北美洲90%以上的保險杠系統(tǒng)都用聚烯烴基材料生產(chǎn)。北美汽車工業(yè)熱塑性彈性體(

9、TPO)使用量的年增長率超過10%。2005年，TPO在北美塑料保險杠市場所占份額達75%，而使用RIM和PC/PBT材質(zhì)的保險杠的用量則下降到20%和1%。還有些保險杠是有其他材料制作的（如玻璃鋼、碳素纖維等材料），因其環(huán)保性能（可回收）較差或成本較高等因素，均不如改性PP材料制成的保險杠（可塑性和剛性并重、質(zhì)量輕和薄、成本低一直是制作保險杠首要的追求目標）、，而普通PP料本身的尺寸穩(wěn)定和耐低溫性較差，故今后幾年里的制作汽車保險杠的材料還會以改性的PP材料和日漸成熟的熱塑性彈性體(TPO)制作為主導。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路上。今天的轎車前后保險

10、杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型的和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。為了達到這種目的，轎車的前后保險杠采用了塑料，人們稱為塑料保險杠四、塑料保險杠噴涂工藝 （一）工藝流程 工件上線前處理（預(yù)脫脂脫脂水洗水洗純水洗吹水）水分烘干冷卻轉(zhuǎn)掛擦凈、打磨火焰處理靜電除塵噴底漆流平噴面漆流平噴罩光漆流平固化烘干檢查、拋光、檢驗工件下線。（二）保險杠噴涂工藝（1）前處理前處理直接關(guān)系到保險杠的噴涂質(zhì)量。前處理一方面能提高涂膜的防腐性能、延長工件的使用壽命，另一方面能提高涂膜對基體的附著力，還能使保險杠涂膜具有均一的性能。（2）水分烘干 水分烘干的目的是使經(jīng)過前處理的保險杠表面充分脫水，獲得最佳基體

11、以進行表面噴涂作業(yè)。但烘干溫度不應(yīng)過高，因為過度脫水會導致涂層性能大幅下降。（3）表面噴涂 通常保險杠表面涂層由多道作用不同的涂膜組成。現(xiàn)多采用濕噴濕的噴涂方式，這樣既可節(jié)省能源、簡化工藝，又能適應(yīng)大批量流水線生產(chǎn)的需要。 目前比較先進的涂裝線由噴漆機器人、雙組分供漆、自動換色、工件識別、同步、總控等子系統(tǒng)組成，具有自動換色、自動識別、同步運動、離線仿真等功能。多臺機器人依次運動，一次完成打磨擦凈、火焰處理、靜電除塵、底漆、面漆和罩光漆噴涂等工序。當然，完全用機器人這種全自動作業(yè)方式進行各工序作業(yè)，投資和運行成本相對較大；當前在國內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)中還沒有應(yīng)用。·打磨擦凈 保險杠經(jīng)前處

12、理后進入下一道打磨擦凈工序。這道工序可根據(jù)工件表面的實際情況決定是否省用，但工件表面凹凸不平或有其他損壞現(xiàn)象時必須經(jīng)過這道工序。 ·火焰處理 火焰處理是利用高溫（3000#以上）氣體火焰使塑料的表面氧化。一般用表面張力或表面能來衡量基材吸附液體的能力，若基材的表面能處于高水平，則液體在其表面將變得更加潤濕，具有很好的延展性，這是基材吸附液體的基礎(chǔ)。火焰處理可以提高基材的表面張力，使基材與涂層的結(jié)合強度趨于更大，更易于噴涂作業(yè)。 火焰處理包含一系列復(fù)雜的物理、化學反應(yīng)。一方面，高溫火焰將能量傳遞給附著在基材表面的油污和雜質(zhì)，使其受熱蒸發(fā)，起到清潔基材表面的作用。另一方面，火焰中含有大量

13、具有很強氧化性的離子這些離子在高溫狀態(tài)下與被處理物表面發(fā)生氧化反應(yīng)，使被處理物表面形成一層帶電的極性功能團，提高了基材的表面能，從而也提高了其吸附液體的能力。 保持一定的火焰溫度和距離，在適當?shù)囊苿铀俣认聦ぜ砻孢M行這種噴涂前的處理，可降低工件表面應(yīng)力、提高工件表面附著力，提高噴涂質(zhì)量。 ·靜電除塵 可去除工件表面由于靜電吸附的毛刺，保證工件在噴涂前的潔凈度，有利于提高噴涂良品率。主要設(shè)備可以用靜電除塵槍、靜電除塵離子風機、靜電除塵離子除塵風棒等。 ·涂底漆 涂底漆的目的在于提高涂層的抗?jié)B透能力、增強對基材的保護作用、掩飾基體表面的細微缺陷、加強面漆與工件表面的附著力、保

14、證面漆涂層顏色的均勻性。底漆層厚度通常為58m。 ·涂面漆保險杠經(jīng)涂底漆、底漆流平后涂 裝面漆，這是完成涂裝工藝過程的關(guān)鍵階段。面漆的作角在于提供所需的裝飾顏色，使外觀達到設(shè)計要求，并且保護工件不受大氣、酸雨的侵蝕，防止紫外光穿透，大大增加基材的抗老化能力。在多層噴涂中面漆涂層最厚通常為3035m。 ·涂罩光漆 罩光漆的作用在于增強面漆涂層的抗外界侵蝕能力，保護面漆涂層不被氧化，增加面漆的金屬光澤使產(chǎn)品外觀更加鮮艷。漆層厚度通常為1015m。 ·流平晾干 流平晾干是涂層中溶劑或水分蒸發(fā)的過程，從而達到涂膜可觸摸或可再噴涂的狀態(tài)。流平效果取決于稀釋劑的揮發(fā)速度，快干

15、稀釋劑可減慢漆膜的運動和流動，導致涂膜產(chǎn)生桔皮、干噴、濕化不好等缺陷；慢干稀釋劑留在濕膜內(nèi)的時間較長，可使漆膜光滑，但會產(chǎn)生流掛、花斑和顏色不一致。所以應(yīng)隨時觀察流平效果，控制好溶劑揮發(fā)速度，確保漆膜流平最佳。流平區(qū)必須保持干凈、無塵。 ·烘烤固化 噴涂好的保險杠經(jīng)流平后，需進入固化爐進行固化處理。涂料的烘烤固化是一個熔融和化學反應(yīng)過程，它使涂膜變硬、耐摩擦，是涂裝工藝中重要的一個環(huán)節(jié)。烘烤的時間和溫度將決定涂膜的性能和特性，烘烤不足可導致涂膜厚度不均勻、附著力差、耐候性差、強度和硬度下降；烘烤過度，輕則涂膜失色，重則涂膜焦化，機械強度嚴重下降。 ·工件運輸 根據(jù)現(xiàn)有工程實

16、例和大多數(shù)用戶的要求，一般前、后處理都采用滑撬地面鏈輸送，滑撬上擺設(shè)雙工位，連續(xù)運行。也有前處理采用吊掛形式、后處理采用地面鏈的運輸方式。 ·質(zhì)量檢驗 目前主要以美國汽車安全技術(shù)法規(guī)第15篇第38章國家交通及機動車安全法為準則，嚴格的質(zhì)量檢查才能保證噴涂產(chǎn)品高質(zhì)里。五、塑料保險杠的主要作用及優(yōu)點（一）可以控制制造成本不可否認，汽車保險杠采用塑料材質(zhì)的初衷確實是要節(jié)約成本?，F(xiàn)代汽車生產(chǎn)已模具化，除了應(yīng)對必要安全的需求情況下，比如車身會采用高強度的材料外，很多部件都會盡可能采用工程塑料或者其他材料，汽車前后保險杠就是比較典型的代表。塑料保險杠不僅可以節(jié)省制造成本，而且比較易于生產(chǎn)。而造車

17、成本得以控制后，最終產(chǎn)品到消費者手中的價格也會更合理，這一定是相對應(yīng)的。當然除塑料保險杠外，一些車還會大量采用碳纖維材質(zhì)甚至鋁合金材質(zhì)，其目的很簡單，主要是為了打造輕量化車身，從而提升車輛的加速和制動以及降低燃油消耗。（二）保險杠轉(zhuǎn)型保護行車輛安全絕對不是依靠保險杠一個部件來承擔的，主要還是要看車身框架結(jié)構(gòu)。所以拋開它的制造成本外，保護行人的作用也是它采用塑料材質(zhì)的因素之一，畢竟車輛不能僅僅保證自己的安全，作為強者，保護行人也是車輛安全要考慮的因素之一。 塑料保險杠由于材質(zhì)原因，比金屬更具有彈性以及更好吸收撞擊能力所以，假如車輛與行人發(fā)生碰撞時，對于人的緩沖和彈性保護顯得十分重要。仔細想想如果

18、保險杠換成金屬的話，那么悲劇的很可能就是行人了。在汽車誕生之初，既沒有那么多的汽車，車速開到30-40公里/小時也就到頭了，所以汽車與行人之間發(fā)生事故的幾率也就很低。我們把時間拉回到現(xiàn)在，汽車數(shù)量的激增，造成車輛與行人發(fā)生事故的幾率顯著增加。作為弱勢群體的行人，在與汽車的事故中，往往是最直接的受害者。所以，在現(xiàn)在的車輛設(shè)計中，把對行人的保護提高到了一個很高的位置。塑料保險杠的出現(xiàn)，對行人的保護是相當明顯的(前提是在一定的車速下)。如圖4所示： 圖4汽車保險杠起到對行人的保護作用（三）輕微碰撞的自我修復(fù)能力如果發(fā)生輕微碰撞的話，塑料保險杠擁有很好的彈性，并具備一定的抗沖擊性能，也就是說如果在小磕

19、小碰的情況下，塑料保險杠都能自動回彈自動修復(fù)。記得早年間，有些日系車型甚至還會拿這些功能當做銷售賣點。比如：保險杠處碰撞后沒有傷及車漆，但是有小的凹陷，經(jīng)過太陽高溫照射一定時間后，有些保險杠是可以自己修復(fù)還原的。即使發(fā)生小刮小蹭掉漆了，塑料材質(zhì)的保險杠噴漆成本也會比鈑金修復(fù)的金屬材質(zhì)保險杠便宜多了?。ㄋ模┧芰媳ｋU杠防腐蝕效果更好我們都知道金屬遇水與空氣結(jié)合后很容易生銹，這樣不僅影響外觀，而且存在一定的安全隱患。汽車保險杠是比較容易發(fā)生磕碰的部件，假如采用了金屬材質(zhì)的保險杠，一旦發(fā)生碰撞磕掉了車漆，那么就要馬上處理傷處，如果時間久了就會產(chǎn)生氧化反應(yīng)，危及臨近車漆以及保險杠的金屬材質(zhì)，而塑料材質(zhì)的

20、保險杠則不同，由于其具有很好的防腐蝕性，我們不需要為此而擔心?，F(xiàn)代汽車的安全已經(jīng)不再是單純的保護車內(nèi)人員安全，而是對于車內(nèi)車外的安全都要顧及到。我們也沒有必要將保險杠采用塑料材質(zhì)是否主要考慮是降低成本問題，只要企業(yè)在車身結(jié)構(gòu)安全和電子輔助安全的設(shè)計上更加投入和負責，我想保險杠采用什么材質(zhì)也就不那么重要了！六、塑料保險杠的缺點大多數(shù)汽車原裝保險杠是使用的ABS塑料的，這種材料成本低廉，韌性彈性好。而且緩沖性能好。能在汽車發(fā)生碰撞時有效吸能。也能更好的保護行人安全。還有就是碳纖維和玻璃鋼的，這兩種材料基本加工工藝都一樣，就是加入的纖維不一樣。都是多種材料的混合物。它們質(zhì)量輕、硬度高。但人性不及AB

21、S塑料。有一下幾點：（一）回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經(jīng)濟上不合算。（二）塑料容易燃燒，燃燒時產(chǎn)生有毒氣體。例如聚苯乙烯燃燒時產(chǎn)生甲苯，這種物質(zhì)少量會導致失明，吸入有嘔吐等癥狀，PVC燃燒也會產(chǎn)生氯化氫有毒氣體，除了燃燒，就是高溫環(huán)境，會導致塑料分解出有毒成分，例如苯等。（三）塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。（四）塑料埋在地底下幾百年、幾千年甚至幾萬年也不會腐爛。（五）塑料的耐熱性能等較差，易于老化。（六）由于塑料的無法自然降解性，它已成為人類的第一號敵人，也已經(jīng)導致許多動物死亡的悲劇。比如動物園的猴子，鵜鶘，海豚等動物，都會誤吞游客隨手丟的1號塑料瓶，最后由于不消化而痛苦地死去；望去美麗純凈的海面上，走近了看，其實飄滿了各種各樣的無法為海洋所容納的塑料垃圾，在多只死去海鳥樣本的腸子里，發(fā)現(xiàn)了各種各樣的無法被消化的塑料。七、總結(jié)通過這次課程設(shè)計，我對工