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2015年非金屬材料年度報告會上，吉利汽車研究院總工程師——熊飛博士通過以吉利汽車保險杠設計的案例，講解了如何進行“薄壁結構輕量化設計”。
本文包括5大部分：
一、“薄壁”結構輕量化設計
二、材料的優化設計
三、設計方案的驗證
四、非金屬材料在汽車輕量化中應用案例
五、薄壁化設計推廣應用情況
一、“薄壁”結構輕量化設計
1.常規的設計：
常規的設計為3.0MM壁厚；
采用普通的PP滑石粉材料；
單件重量4~5kg*;
其他汽車保險杠的壁厚
2.吉利汽車保險杠問題描述：
吉利汽車前后保險杠均采用3-3.2mm等壁厚設計，重量3.5kg-5.5kg。
比國際上同類車型車型重0.3-0.5kg；
自重大帶來形變量增大；
節能減排壓力下，不符合輕量化設計原則；
采購成本壓力
3.原因分析
材料模量低：吉利在用材料模量1258-1400MP，而豐田、日產、大眾在用材料彎曲模量達2000-2400MP；日系車采用變壁厚，吉利是等壁厚；
4.薄壁化設計要解決的技術難點：
成型問題 ---充不滿、注射壓力大、成型溫度高
剛性不足 ---產品疲軟、變形
強度不夠 ----行駛中抖動、產生風噪
5.解決方案的技術路線：
提高材料熔體指數，增加流動性。將目前材料的融指由19g/10min提高到30-33g/10min；
提高材料彎曲模量，改善剛性。將材料的彎曲模量由1300MP提高到2000-2200MP；
變壁厚設計解決可能因減薄帶來的強度下降問題。
二、材料的優化設計
調整配方提高材料自身剛性、熔融指數，改善配方保證材料沖擊性能不降低。
三、設計方案的驗證
物料分布比較均勻
填充壓力分布均勻
產品表面的溫度分布波動在3℃以內，表觀成型質量好
分析最大剪切速率為51537/s，小于100000/s，在允許范圍內
產品注射時最大鎖模力為1554.7T，在合理范圍
產品表面熔接痕不明顯，熔融溫度較高，熔接質量較好
1.成形分析
上述參數結果均滿足設計要求
2.熔接痕分析
兩種結構的熔接痕模擬結果相差不大
3.自重變形分析
分析結果：2.5mm料厚的后保，自重形變均比2.8mm料厚小
4.采用高流動、高剛性材料按變壁厚設計的保險杠通過模流分析結果：
注射壓力50MP左右，比原來??；
成型時料流分布均勻、無充不滿熔接痕問題；
鎖模力明顯比原來低由2000噸下降到1500噸左右；
自重狀態下形變前保由1.584mm下降到1.17mm，后保由0.489mm下降到0.449mm；
材料本身剛度和韌性提高，低速碰撞好；
減重0.5kg。
四、非金屬材料在汽車輕量化中應用案例
高剛材料在KC-1和FE-5前后保上做生產驗證，產品的剛性、表面光潔度、虎皮紋等質量均優于原方案。
工藝參數 | 薄壁化前 | 薄壁化后 |
填充時間(s) | 6.191 | 6.139 |
流動前沿溫度(℃) | 170.6~211.1 | 193.4~220.4 |
注射壓力(mp) | 68.87 | 48.76 |
鎖模力(T) | 2069.6 | 1554.7 |
變形量（mm) | 1.638~10.96 | 1.724~6.183 |
注塑壓力更低、鎖模力更小，更節能
五、薄壁化設計推廣應用情況：
類別 | 薄壁化前 | 薄壁化后 | 效果 |
重量(kg) | 9.481 | 8.533 | -0.948kg |
材料成本(元） | 142.2 | 128 | -14.2 |
應用車型 | 吉利所有車型 | KC-2、FE-5/7、NL-4等新車型 | 年節省2000萬元 |
通過保險杠的薄壁化設計，僅前后保險杠一項就能實現減重約1kg，降低材料成本10元，帶來較明顯的減重效果，同時還能節省采購成本。
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文章出自吉利汽車研究院總工程師熊飛，艾邦高分子整理
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