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CN111222264B - 一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法 - Google Patents

一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法 Download PDF

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    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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Abstract

本发明涉及一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法，属于前端模块的制造方法。包括前端框架3D数据制作，划分网格，输入材料参数值，在有限元分析软件中，计算产品性能，使用连续玻纤板局部增强各强度较弱区域，采用注塑加热压的工艺方式制造。优点是：比传统全塑前端模块在重量上更轻，使用连续玻纤板结构上可以应用于汽车冷却系统布置较为紧凑的空间，零件要求能达到金属包塑零件性能要求，同时也得满足产品的结构布置，降低重量10％左右，性能上要远高于全塑前端模块，节约成本，随着汽车工业的快速发展，连续玻纤板材料具有良好拉伸强度及成型工艺优势，也越来越多的应用与汽车的结构件中。

Description

一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法
技术领域
本发明涉及一种前端模块的制造方法，尤其涉及一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法。
背景技术
随着科技的发展进步，汽车已经越来越多的走进人们的生活中，燃油汽车的普及给人们带来的是大气污染、气候变暖，空气质量下降等，这对人类的生活造成很对负面影响。作为快速发展的汽车行业，新能源车电池的续航及传统车节能减排，使轻量化和模块化设计成为汽车研发的趋势。非金属材料替代金属材料也是汽车研发的发展方向，近些年非金属材料在汽车结构件上应用也很多，但有些受整车布置影响，有些全塑产品是无法到达其性能要求，近期复合材料连续玻纤板的发展，可以增强局部结构，到达相应性能要求。
目前，汽车前端模块集成冷却模块总成、前机盖锁、大灯横梁、水箱立柱、前大灯、前保格栅、导风板、喇叭等结构。现有前端模块大多数为全塑、金属包塑结构，全塑前端模块为保证其性能，在空间布置结构上，占用空间较大。金属包塑前端模块虽可以在空间布置结构上较全塑前端模块结构上占用空间小，但其总量重，还需开发冲压模具，成本升高。
发明内容
本发明提供一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法，其目的在于应用有限元拓扑优化，分析出结构较弱的位置，并将复合连续玻纤板在较弱位置局部增强，增加薄弱位置刚度、强度，使其满足性能要求，重量减轻，使用寿命长。
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
(1)将前端框架3D数据是用软件CATIA制作完成，完成后，把3D数据导出STP格式文件；
(2)把导出的3D数据STP格式的文件，导入到有限元分析软件中，然后在有限元分析软件对导入的3D数据进行网格划分，网格大小为5mm，完成网格划分后，输入材料参数值，包括弹性模量、密度；
(3)材料相关信息输入完成后，根据各主机厂标准要求，在有限元分析软件中，计算产品性能，经过分析对产品聚丙烯PP注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置等进行拓扑优化，包括尺寸优化和形貌优化；对前端框架相应区域加载不同的力值，该相应区域包括机盖锁安装孔区域、前防撞梁安装孔区域、前大灯安装孔区域、中冷器安装孔区域、前大灯支架安装孔区域、格栅安装孔区域、冷却系统总成安装孔区域；加载后，用有限元分析软件计算出应力不得大于材料屈服强度，有限元分析软件进行计算，结果会计算出应力及位移，证明上述相应区域位置强度较弱，无法通过结果优化满足要求，故此区域使用连续玻纤板局部增强上述各区域，使其满足主机厂标准要求应力不大于材料屈服强度，输入相关物性，进行计算，计算出的结果可以满足相关主机厂要求；
(4)复合连续玻璃纤维增强前端模块采用注塑加热压的工艺方式，主体采用PP+LGF长玻璃纤维粒子材料，在强度要求较高的位置，采用连续玻纤板局部加强，将连续纤维板先用热压模具进行预成型后再放在注塑模具中进行产品注塑成型，由于连续纤维板的基材是PP，注塑后与PP+LGF30熔合在一体，厚度在2.0-3.0mm之间。
所述连续玻璃纤维板，密度1700kg/m3，弹性模量18000MPa,拉伸强度270MPa，具有较高的刚度和强度。
本发明优点是：比传统全塑前端模块在重量上更轻，使用连续玻纤板结构上可以应用于汽车冷却系统布置较为紧凑的空间，零件要求能达到金属包塑零件性能要求，同时也得满足产品的结构布置，目前市场是较为普遍的全塑前端模块为满足性能的同时，重量均4.0-5.5kg左右，采用本发明降低重量10％左右，性能上要远高于全塑前端模块，节约成本，随着汽车工业的快速发展，连续玻纤板材料具有良好拉伸强度及成型工艺优势，也越来越多的应用与汽车的结构件中，这样保证轻量化的同时，降低成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的后视图；
图中：机盖锁安装孔1、前防撞梁安装孔2、前大灯安装孔3、中冷器安装孔4、前大灯支架安装孔5、格栅安装孔6、冷却系统总成安装孔7。
具体实施方式
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
(1)将前端框架3D数据是用软件CATIA制作完成，完成后，把3D数据导出STP格式文件；
(2)把导出的3D数据STP格式的文件，导入到有限元分析软件中，然后在有限元分析软件对导入的3D数据进行网格划分，网格大小为5mm，完成网格划分后，输入材料参数值，包括弹性模量、密度；
(3)材料相关信息输入完成后，根据各主机厂标准要求，在有限元分析软件中，计算产品性能，经过分析对产品聚丙烯PP注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置等进行拓扑优化，包括尺寸优化和形貌优化；对前端框架相应区域加载不同的力值，该相应区域包括机盖锁安装孔区域1、前防撞梁安装孔区域2、前大灯安装孔区域3、中冷器安装孔区域4、前大灯支架安装孔区域5、格栅安装孔区域6、冷却系统总成安装孔区域7；用有限元分析软件计算出应力不得大于材料屈服强度，结果会计算出应力及位移，如前端框架通过有限元分析软件计算出机盖锁安装孔位置应力大于材料的屈服强度(80MPa)，证明机盖锁安装孔位置强度较弱(见图1中机盖锁安装孔区域1附近阴影部分区域)，无法通过结果优化满足要求。故此区域使用连续玻纤板局部增强机盖锁安装孔位置，使其满足主机厂标准要求应力不大于材料屈服强度，由于连续玻纤板材料为相应材料物性较高(连续玻纤板材料牌号为：MDS_104-RG600)，将前端框架机盖锁安装孔附近区域(图1中机盖锁安装孔区域1处附近阴影部分区域)从原始PP+LGF30替换成连续玻纤板材料，输入相关物性，进行计算，计算出的结果可以满足相关主机厂要求；
(4)复合连续玻璃纤维增强前端模块采用注塑加热压的工艺方式，主体采用PP+LGF长玻璃纤维粒子材料，在强度要求较高的位置，采用连续玻纤板局部加强，将连续纤维板先用热压模具进行预成型后再放在注塑模具中进行产品注塑成型，由于连续纤维板的基材是PP，注塑后与PP+LGF30熔合在一体，厚度在2.0-3.0mm之间。
续玻璃纤维板，弹性模量达到18000MPa,拉伸强度270MPa，具有较高的刚度和强度；
本实施例提供了一种汽车前端模块框架，包括上横梁、下横梁、左右横梁上下端均与上下横梁连接，形成一个框架，主体材料均为PP+LGF30，其中，机盖锁安装孔区域1、前防撞梁安装孔区域2、前大灯安装孔区域3、中冷器安装孔区域4、前大灯支架安装孔区域5、格栅安装孔区域6、冷却系统总成安装孔区域7等位置均是前端模块框架在性能上要求较高位置，如采用PA6+GF30加金属包塑前端模块框架，其整体重量高、成本高。基于轻量化理念，采用连续玻纤板加强局部结构强度，整体性能大于金属包塑件。连续玻纤板加强前端框架结构包括连续玻纤板部分和塑料部分，其特性是：连续玻纤板部分和塑料部分通过注塑成型结合形成一体，由于其两种材料基材相同，也能熔合为一体，可提高产品整体强度，在保证同等强度前提下，减轻重量、降低成本。

Claims (2)

1.一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）将前端框架3D数据用软件CATIA制作完成，完成后，把3D数据导出STP格式文件；
（2）把导出的3D数据STP格式的文件，导入到有限元分析软件中，然后在有限元分析软件对导入的3D数据进行网格划分，网格大小为5mm，完成网格划分后，输入材料参数值，包括弹性模量、密度；
（3）材料相关信息输入完成后，根据各主机厂标准要求，在有限元分析软件中，计算产品性能，经过分析对产品聚丙烯PP注塑部分的料厚、加强筋数量、加强筋位置进行拓扑优化，包括尺寸优化和形貌优化；对前端框架相应区域加载不同的力值，该相应区域包括机盖锁安装孔区域、前防撞梁安装孔区域、前大灯安装孔区域、中冷器安装孔区域、前大灯支架安装孔区域、格栅安装孔区域、冷却系统总成安装孔区域；加载后，用有限元分析软件计算出应力不得大于材料屈服强度，有限元分析软件进行计算，结果会计算出应力及位移，证明上述相应区域位置强度较弱，无法通过结果优化满足要求，故此区域使用连续玻纤板局部增强上述各区域，使其满足主机厂标准要求应力不大于材料屈服强度，输入相关物性，进行计算，计算出的结果可以满足相关主机厂要求；
（4）复合连续玻璃纤维增强前端模块采用注塑加热压的工艺方式，主体采用PP+LGF长玻璃纤维粒子材料，在强度要求较高的位置，采用连续玻纤板局部加强，将连续纤维板先用热压模具进行预成型后再放在注塑模具中进行产品注塑成型，由于连续纤维板的基材是PP，注塑后与PP+LGF30熔合在一体，厚度在2.0-3.0mm之间。
2.根据权利要求1所述的一种复合连续玻璃纤维增强前端模块的制造方法，其特征在于，所述连续玻璃纤维板，密度1700kg/m3，弹性模量18000MPa,拉伸强度270MPa，具有较高的刚度和强度。
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