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■  胡之天
摘要：汽车保险杠是保护汽车在轻
度撞击中保持结构完整、降低被撞行人受伤几率的必要车辆配件，车辆保险杠一般为塑料制品，在不同使用环境下，对保险杠的质量要求不尽相同，为此需要设计人员明确汽车保险杠的设计要点及设计方向。文章对保险杠设计过程中的使用材料、模具类型、注塑工艺及方法进行分析，并简要阐述上述内容与保险杠质量间的关系。以期为相关研究人员提供参考。
关键词：保险杠；设计；开发保险杠是为汽车提供保护的一种附加装置，也起到维护汽车整体设计完整与整体美观的作用。伴随国内人民生活水平提升，汽车逐渐进入寻常百姓家，民众在选购汽车时，不仅考察车辆的各项性能参数，其整体美观度及安全系数都是选购汽车的重要影响因素。保险杠是维护汽车及驾乘人员安全的重要基础部件，深入研究汽车保险杠的设计与开发十分重要。
一、保险杠设计与开发的主要依据
保险杠的主要作用是避免车辆在轻微碰撞过程中出现结构性损坏，通过缓冲、吸收动能等方式，保护车辆结构完整及人体安全；在设计过程中，保险杠的大小、颜要符合汽车的设计风格，与汽车整体设计保持统一；在结构及外形方面，设计人员要考虑到保险杠的气动外形，确保其符合基本的空气动力学理论，以提升车辆的使用性能、降低油耗。
二、设计选材
多数车辆的保险杠为塑料制品，少数高端车辆采用碳纤维制品，以兼顾实用与美观为设计理念。在结构强度方面，
塑料制保险杠可以显著提升车辆对轻微撞击的防护效果，常见的保险杠分别由面板、框架以及填充材料三部分构成，其中面板材料多为ABS 工程塑料或PBT 塑料，框架多为合金或碳纤维，填充材料则为PP 发泡材料。近些年，为实现环境的可持续发展，国际上出现了一类一体化设计选材的保险杠设计方案，其核心内容是以相同或类似的材料制作保险杠的各个组成部分，以实现材料的循环利用或合理回收目的。但此类设计方案未注重材料的使用特性，使得材料在注塑过程中出现过度膨胀或收缩问题，进而影响整体观感。因此，在保险杠的设计与选材中，要考虑到材料的收缩性。
（一）材料选择标准
用于汽车保险杠的塑料多为热塑性塑料，其特点是加热或加压后整体膨胀，冷却后整体收缩。在注塑过程中，需将熔融塑料注入模具内部，待整体熔融塑料冷却后取出，在冷却的过程中，不同类型的塑料所表现出的收缩率不同，因此，最后成型部件的大小及尺寸也会出现略微变化，一种情况是在成型后继续收缩，此类现象被称为后收缩，另外一种情况是成型收缩。目前各类材质的塑料的收缩率测定一般以环境温度为23℃熔融塑料定型超过24小时后测出的塑料构件与模具之差进行计算。
收缩率计算公式如下：汽车前保险杠多少钱
（1）
式中收缩率以S 表示；模具尺寸以D 表示；塑件尺寸以M 表示。
在保险杠塑料选材过程中，需确保塑料材料的收缩率符合预定设计标准，以保证保险杠的整体质量及使用效果。材料收缩率的数值并非一个确定的数值，
而是在某个数值浮动区间内波动。不同材质或不同生产批次的塑料，其收缩率差距较大。因此，在收缩率测定时需对同类产品进行多次测试并取均值。另外，塑料的收缩率还受到其他外部条件的影响。
（二）外形对收缩率的影响
在塑件成型后，较厚处的冷却时间较长，因此收缩率也较高。在通常情况下，熔融塑料的收缩率与L 尺寸垂直于W 尺寸流动方向的差呈正相关。以流动距离为观察对象，则在浇口远端处的压力较小，因而此处的收缩率要高于浇口部位。在塑件表面添加各类加强筋、孔或雕刻即可显著提升收缩抗力，使得此处部位的收缩率降低。
（三）模具对收缩率的影响
不同类型模具的浇口会不同程度地影响材料的收缩率。若浇口较小时，在保压过程中即出现浇口固化进而增加塑件的收缩率。另外，模具的冷却回路也是影响材料收缩率的主要因素之一。在模具设计过程中，若冷回路存在设计问题，必然会导致塑件结构内部热量分布不均，从而产生收缩差，使得材料内部出现形变，此类问题在薄壁部分尤为突出。
三、保险杠厚度设计
保险杠的厚度设计指标通常要参考部件的承力环境，与其他部件的相互作用以及突出部位的长度等数据。常见的热塑性保险杠壁厚为4毫米。在某些经济型车辆上，厂商对保险杠的厚度要求作出限制，以降低产品的物料成本，提升产品的生产效率；在设计过程中，合适的厚度对于提升产品整体强度及刚性
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具有重要作用。在生产及设计过程中，理想情况下的保险杠厚度分布是保险杠各个位置的厚度保持一致，但在实际设计过程中，为满足视觉效果及使用需求，保险杠的厚度变化无法避免。由此可知，在保险杠设计过程中，应保证不同区域厚度间的过度平滑，以避免出现因材料冷却时间差异而导致的保险杠变形或缩水等问题。另外，在设计模具过程中，要确保流道、浇口处的熔融塑料自行从厚料处流向薄料处，避免出现保险杠缩水或模具空腔问题。
壁厚均匀的要求同样适用于保险杠的弯角处，由于弯角处较厚，因此冷却时间较长，必然会出现收缩现行，甚至产生形变或挠曲。另外，某些接近直角的弯角处时常出现部件缺陷或应力集中问题，在电镀过程中甚至出现涂料堆积情况。由于弯角处的应力较为集中，在撞击后可能会出现破裂问题，对于此类问题一般通过增大弯角度数解决，同时避免了应力集中问题，使涂料长久地附着于保险杠表面。由于保险杠的结构较为复杂需与其他配件共同装配，因此其表面通常会设计出大量的加强筋或孔洞结构，这些结构虽然维持着保险杠的整体结构强度，但影响到保险杠的外观整洁度，若缺少妥善的处理方式，必然会影响到产品的销量。
四、保险杠模具设计
模具是保险杠制造过程的必备工具，模具的精度尺寸以及质量关系到成型保险杠能否通过质量验收。
在模具的设计过程中，尺寸及精度对注塑过程的影响较大，关系到产品的收缩率。在设计过程中，模具的尺寸一般由注塑件尺寸以及产品的收缩率计算得到，由于收缩率是范围值，其影响因素涉及模具的浇口样式、大小、位置，同时，塑料的结晶取向性以及产品的形状、尺寸都是影响收缩率的因素之一。因此，在设计过程中，
需要综合多方影响因素以及注塑条件限制，如填充速度、压力、熔融塑料的温度、模具结构、浇口形式，以及浇口截面积、保险杠的整体厚度、成型过程中的补料多少、不同熔融塑料的洁净度与取向性等条件皆影响材料的收缩率变化。由于各类材料的特点及性质不同，上述影响因素也随着材料变化、环境变化、工艺变化而产生改变，影响着材料的整体质量。
模具的温度是影响产品收缩率的主要因素之一，同时影响成品的空气动力学特征，若收缩率精度控制存在问题，保险杠的表面则会出现微小的细纹，影响整体观感。因此，在注塑过程中，必须确保模具处于规定的温度范围内，并保持长久的恒温状态。为实现上述目标，设计人员在设计过程中，需确保模具处于加热或冷却的恒温环境中。
在保险杠外观方面，某些产品的设计方案要求保险杠的调与车身保持统一，若保险杠外观存在缺陷，在上后可能会进一步凸显出保险杠的缺陷问题，因此，在模具设计过程中，设计师应尽量保证模具内部的光滑与平整，提升模具的抛光标准。抛光不仅消除模具内部各种微小的突起或凹陷，还可
提升保险杠成品的外观整洁度，提升其防腐性与耐磨性，使塑件在成型后顺利脱模，提升整体生产效率。
模具抛光是模具制造过程中的重要工序之一，在模具的抛光过程中，影响抛光效果的因素种类较多，例如，抛光精度、工作人员水平等。目前，模具抛光仍以手工方式完成，某些国际顶尖跑车制造商甚至采用全手工抛光方式，因此，模具抛光精度主要受到工作人员的水平影响。
在模具选材过程中，为保证抛光效果，模具钢材应具备易加工、质量高等特点，若钢材表面硬度不均或整体特性
不适于模具制造，在模具抛光时可能会损坏模具，影响整体工作进度。
五、结束语
由于汽车领域的竞争逐渐加剧，国内车企不断寻求技术创新，基础零部件制造及模具制造的质量关系到车企在整个行业的生存。因此，提升产品质量、加强品控成为多数车企的发展目标。在保险杠的设计与开发领域中，车企设计人员应注重保险杠选材的整体质量、塑件的注塑工艺以及整体产品结构，深入研究产品工艺流程对产品质量的影响及各类潜在风险问题，提升产品质量的同时，降低各类研发成本投入，避免出现成本浪费问题，帮助企业实现经济效益最大化。Z
参考文献
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（作者单位：四川一汽丰田汽车有限公司长春丰越公司）
作者简介：胡之天，生于1982年，硕士研究生，中级工程师，研究方向：汽车保险杠和仪表板的树脂成型工艺流程。