一、保險杠簡介

保險杠是汽車外飾中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜，零部件數(shù)量最多的總成部件。保險杠的外觀質(zhì)量和風(fēng)格決定了客戶對整車外飾的評價，它包括了許多功能性的零件，如吸能裝置、牌照安裝、各種燈具安裝、防撞報警器等零件，所以保險杠的設(shè)計有著較高的設(shè)計難度。

汽車保險杠是吸收緩和外界沖擊力，防護車身前后部的安全裝置。二十年前，轎車前后保險杠是以金屬材料為主，用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U型槽鋼，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，好象是一件附加上去的部件。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保險杠做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杠除了保持原有的保護功能外，還要追求與車體造型和諧與統(tǒng)一，追求本身的輕量化。為了達到這種目的，目前轎車的前后保險杠采用了塑料，人們稱為塑料保險杠。

塑料保險杠是由面罩、骨架和橫梁等三部分組成（如下圖所示）。其中面罩用塑料制成，橫梁用厚度為1．5毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U型槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯(lián)接，可以隨時拆卸下來。這種塑料保險杠使用的塑料，大體上使用聚脂系和聚丙烯系兩種材料，采用注射成型法制成。例如標(biāo)致405轎車的保險杠，采用了聚脂系材料并用反注射模成型法做成；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

塑料保險杠具有強度、剛性和裝飾性，從安全上看，汽車發(fā)生碰撞事故時能起到緩沖作用，保護前后車體，從外觀上看，可以很自然地與車體結(jié)合在一塊，渾然成一體，具有很好的裝飾性，成為裝飾轎車外型的重要部件。

二、 汽車保險杠功能

1、一定車速下碰撞時對車輛的保護。

安全性是現(xiàn)代轎車設(shè)計中首先要考慮的問題。在汽車發(fā)生縱向碰撞時，保險杠應(yīng)能吸收部分能量，以保護車身，使之損壞較小，同時通過緩沖使人的傷害程度也大大減小。一般要求可吸收相當(dāng)于8km／h速度下的沖擊能量，有的法規(guī)放寬到4km／h，沖擊后對車身及車身功能件的保護和保險杠的永久變形量都有規(guī)定。

2、碰撞時對行人的保護。

保險杠的防護結(jié)構(gòu)應(yīng)由減輕行人受傷的軟表層，主要由彈性較大的泡沫塑料制成；不應(yīng)制造得尖銳而堅硬，最好是平整光滑而富有彈性。某些轎車包括保險杠在內(nèi)的整個正面都用大塊聚胺酯泡沫塑料制成并將發(fā)動機罩的頂面用軟材料包墊，使安全性大大提高。

3、車身外觀裝飾性。

保險杠與翼子板、大燈燈體、輪罩護板搭配，使車輛外形更美觀。為保證保險杠的側(cè)面連接，保證保險杠與翼子板之間的間隙，還有與輪罩護板的連接，保險杠和周圍相關(guān)件之間還有些輔助定位點。

4、承載功能。

在保險杠上有的要裝燈具、牌照架和牌照等附件，可以采用安裝腳支架或安裝平臺通過螺栓安裝燈體，或設(shè)計燈板安裝燈具，在設(shè)計時要在保險杠上留與燈體合適的間隙，以方便燈體的安裝，同時還要考慮燈體的可互換性。在設(shè)計牌照安裝時應(yīng)參考GB 15742－1995《汽車與掛車號牌板（架）及位置》的法規(guī)要求。

5、滿足車身空氣動力性要求。

三、保險杠的使用材料及制造工序

1、保險杠使用材料

1）傳統(tǒng)材料：①以鋼板作為保險杠材料。早期一般取厚度為3mm的板料，其斷面是單一的剛性元件，以沖壓、輥壓成型為主要手段。當(dāng)保險杠成為車身前后覆蓋件的一部分時，其斷面形狀日趨復(fù)雜，以沖壓拉伸為主要制造手段，拉伸工藝的使用，為提高制件的剛性和輕量化創(chuàng)造了有利條件，現(xiàn)一般使用2mm左右的鋼板。②鋁合金保險杠具有質(zhì)量輕、耐腐蝕性強等優(yōu)點；較低的彈性模量使鋁合金具有有利的物理特性；鋁制件有受到永久變形前，允許承載較大的彎矩。保險杠鋁制件一般采用擠壓成形的制造手段。

2）樹脂保險杠的材料：①聚氨酯（PU）具有良好的成形性，制品受外力后復(fù)原性好。但PU保險杠在制造過程中產(chǎn)生的不合格品、車輛報廢后的廢舊保險杠，可回收性較差。②二甲氨基：材料成本太高，日益被其它塑料材料所取代。③合成橡膠材料：可以采用注射成形工藝，作為PU的代替材料。④PP材料：由于其材料成本低，得到越來越廣泛的應(yīng)用，在PP材料中加入滑石粉和橡膠來提高材料性能，以適應(yīng)保險杠的剛度和耐碰撞性要求。

2、樹脂保險杠的制造工序

3）、RIM成形工序

注射成形與RIM成形的比較情況如下表所示：

四、保險杠設(shè)計應(yīng)遵循的原則：

（1）滿足國家各項強制性法規(guī)要求。

（2）滿足造型設(shè)計師的設(shè)計風(fēng)格。

（3）滿足客戶的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

（4）在滿足撞擊條件下，力求小型化、簡單化和低成本。

（5）滿足撞擊條件下，提高其裝飾性，采用一體化設(shè)計方法。

（6）保險杠結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的使用應(yīng)充分體現(xiàn)輕量化設(shè)計要求。

（7）塑料吸能式保險杠是保險杠設(shè)計的主流。

（8）保險杠罩面柔軟化以及形狀設(shè)計應(yīng)充分考慮對行人的安全保護。

五、保險杠的設(shè)計流程

六、保險杠設(shè)計流程介紹

（1）市場調(diào)查、客戶需求研：在此階段，要分析需要設(shè)計的車型的市場定位及所有競爭車型的情況，同時了解客戶對設(shè)計的總體要求，并且分解到具體零件的設(shè)計要求上。

（2）設(shè)計風(fēng)格定位：設(shè)計風(fēng)格可以有運動型、家庭型、舒適型、豪華型、親和型等等，在確定風(fēng)格后，就可以決定保險杠上的特征。

（3）造型方案初始效果圖：通常設(shè)計師要繪制很多張設(shè)計效果圖，通過評審，提煉后完成5 張效果圖提供給客戶選擇。最終完善效果圖：在參考了客戶的選擇之后，完成一到兩張能夠達到照片效果的效果圖。需要應(yīng)用一些電腦軟件來完成。

（4）最終完善效果圖：在這一階段， 需要有工程設(shè)計的信息輸入，完成初始曲面后可以 用 于加工初始油泥模型。有了11個主斷面的信息，可以決定油泥加工原料的尺寸。

（5）TAPEDRAWING：用粘貼膠帶在1：1的圖紙上繪制保險杠的外形和特征，將效果圖的信息轉(zhuǎn)換到車身空間上。

（6）完成roughsurface：在這一階段，需要有工程設(shè)計的信息輸入，完成初始曲面后可以用于加工初始油泥模型。有了5個主斷面的信息，可以決定油泥加工原料的尺寸。

（7）制作sittingbuck ＆ clay ：SITTING BUCK是根據(jù)汽車車身的尺寸，用木材、FOAM BLOCK、POLYWOOD等材料制作與車身一致的框架用于放置油泥模型。油泥模型的制作需要很高的技巧和創(chuàng)造性的工作。一般油泥完成后需要進行評審，評審時通常需求對保險杠進行一些裝飾，如在表面裹縛表皮或噴涂油漆，使得其外觀接近實際產(chǎn)品。在制作油泥模型時，需要有保險杠布置、制造工藝、裝配工藝等多方面的信息輸入。油泥模型的精度一般可達到±2mm，德國大眾公司往往將模型的精度控制在1毫米，但需要時間和費用。

（8）掃描clay模型：可以用多種方法掃描油泥模型，如接觸式的三坐標(biāo)掃描，激光掃描和高 精度光學(xué)照相機拍照等，可以采集到反映油泥模型形狀的數(shù)學(xué)點云。

（9）Asurface造型：高質(zhì)量的A 表面是產(chǎn)品具有高質(zhì)量外觀和配合的基礎(chǔ)。對CLASS A SURFACE的要求不同主機廠有不同的要求，不同的CAD軟件能夠達到不同的精度。ALLIAS和ICEAM SUF是主要的CAD軟件，相比較CEAM SUF更專業(yè)一些。CLASSA曲面質(zhì)量 可以用CAD軟件的高光、反射線、高斯曲率等工具檢查曲面是否有波紋，面片之間是否有縫隙和是否曲率連續(xù)。CLASS A曲面的精度要達到0．01毫米，相切的面片的角度偏 差不超過1．4 分（0．02 度 ）。通常也可以將所有面片連成一個SKIN，然后偏一個厚度，生成一個殼體，如果能夠成功，說明曲面的縫隙和連續(xù)性是可以接受的。在這個階段必須注意的是，CLASS A 曲面必須完全按照結(jié)構(gòu)設(shè)計提供的斷面，并且完成所有可 見面上的圓角和第一個翻邊，定義所有的間隙大小，這樣可以保證工程師在以后的造型中完全按照造型師的設(shè)計。

（10）Asurface發(fā)布：在CLASS A 曲面發(fā)布之前，一般需要用數(shù)控加工一個模型，與油泥模型比較。只是因為在做CLASS A 表面時，往往都根據(jù)掃描點云作一些微調(diào)， 需要在發(fā)布前在作一次檢查。

（11）設(shè)計必須滿足相關(guān)法規(guī)：   QC／T487－1999      汽車保險杠的位置尺寸

GB17354－1998      汽車前、后端保護裝置

GB 15741－1995     汽車和掛車號牌板（架）及其位置

GB17354－1998      汽車前、后端保護裝置

GB11566－1995      汽車外部凸出物

GB／T12537－1990    汽車牽引性能試驗方法

（12）保險杠結(jié)構(gòu)布置：塑料保險杠是由外板、緩沖材料和橫梁等三部分組成。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型槽；外板和緩沖材料附著在橫梁上，橫梁與車架縱梁螺絲聯(lián)接，可以隨時拆卸下來。這種塑料保險杠使用的塑料，大體上使用聚脂系和聚丙烯系兩種材料，采用注射成型法制成。

（13）斷面設(shè)計：（以某MPV為例子） A） Y＝0斷面，表達保險杠上下主要安裝點和保險杠與格柵的關(guān)系。B）為保險杠輔助安裝點斷面。C）為保險杠主要測下安裝點斷面。D）為保險杠輔助安裝點，該MPV用來安裝擋泥板。E）為保險杠定位點。F）為保險杠主要側(cè)上安裝點。G） 該為保險杠和保險杠骨架側(cè)連接點。H）為保險杠與防擦條連接點。I）為保險杠和保險杠骨架連接點。J）為保險杠左上主要安裝點。K）為保險杠主要上安裝點。

有以上11原理斷面， 保險杠的基本設(shè)計概念就完成了，這些斷面要提供給油泥制 作， 決定初始油泥的尺寸。

（14）檢查A面是否滿足相關(guān)結(jié)構(gòu)要求：檢查保險杠A面的光順性；檢查A面是否能夠加滿足保險杠設(shè)計所需的料厚；在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，可能發(fā)現(xiàn)一些造型的錯誤可以輸出給外表面造型。

（15）產(chǎn)品建模：這個階段是設(shè)計的關(guān)鍵階段，將在后文詳細介紹一些斷面的設(shè)計方法。完成產(chǎn)品建模設(shè)計可以說保險杠的設(shè)計的80％已經(jīng)完成，它包括所有零部件的工作方式，安裝方式，空間布置等。

（16）支架及附件建模：根據(jù)斷面要求及空間布置形式，以及保險杠的整體結(jié)構(gòu)進行支架和附件等的三維數(shù)模建立，最終完成保險杠整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

（17）產(chǎn)品工程圖紙：產(chǎn)品工程圖紙的作用隨著CAD技術(shù)的提高而不斷的減弱，工程圖 紙上可以只包括一些技術(shù)信息、關(guān)鍵裝配尺寸公差信息、GD＆T信息，所有的產(chǎn)品尺寸可以在3維模型上得到。現(xiàn)在有些軟件甚至可以在3維模型上標(biāo)注GD＆T信息。這些信息主要是為了檢驗產(chǎn)品，制作產(chǎn)品檢具提出要求。

七、斷面介紹（以某MPV保險杠為例）

A） 保險杠應(yīng)避免尖銳的特征線過渡到翼子板上， 特征的最小園角為2mm．，保險杠上下主要安裝點也是保險杠中間定位點，一般先裝該孔螺栓，但是必須要有幾個主要螺栓連接安裝點的前提下，也可采用卡扣連接。

B） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠輔助安裝點，一般采用M8～12螺栓連接，也可采用卡扣連接。

C） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠主要安裝點，一般采用M8～12螺栓連接。

D） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠輔助安裝點，該MPV用來安裝擋泥板。一般采用卡扣或者自攻螺栓連接。

E） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠定位點。保險杠翻邊和表面連接部位應(yīng)局部減薄到料厚的1／3～2／3防止表面縮痕。

F） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠輔助安裝點，一般采用M8～12螺栓連接，也可采用自攻螺栓連接。保險杠與翼子板的間隙為1MM。

G） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠和保險杠骨架連接點，一般采用M8～12螺栓連接，也可采用卡扣和鉚釘連接。

H） 該位置卡接相對于Y＝0對稱布置，為保險杠與防擦條連接方式，也可采用卡扣連接。防撞條表面高于保險杠表面5MM。

I） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠和保險杠骨架連接點，一般采用M8～12螺栓連接，也可采用卡扣和鉚釘連接。

J） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠主要安裝點，一般采用M8～12螺栓連接。

K） 該位置安裝點為相對于Y＝0對稱布置，為保險杠主要安裝點，一般采用M8～12螺栓連接，也可采用卡扣連接。

八、轎車保險杠

一、反復(fù)拆裝參考洋車，吃透洋車安裝結(jié)構(gòu)，能參照洋車設(shè)計盡量參照。掌握在關(guān)鍵位置的尺寸關(guān)系，不給實際裝車留下隱患。進行主斷面的設(shè)計，請專家參與討論，確定保險杠的安裝結(jié)構(gòu)及周邊各件的關(guān)系

二、收集各個周邊零件的最新設(shè)計數(shù)模，分別放到不同的層中，并將各個層用零件名稱來命名，以便設(shè)計過程中快速的調(diào)用。

三、根據(jù)外形造型特征，確定前保險杠的主脫模方向，一般情況下都為X方向。有些保險杠要求雙色噴涂，雙色噴涂的分界線就會有一條溝槽，這樣的保險杠的脫模方向要根據(jù)溝槽方向而定。

四、確定保險杠的厚度，把外表面增厚成實體。

五、根據(jù)校核過的外表面的分縫線進行周圈翻邊的設(shè)計，綜合考慮與周邊零件的配合關(guān)系的情況下，給翻邊加適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ倍龋瑑蓚?cè)與擋泥板配合的翻邊不宜過高，滿足與擋泥板的安裝空間就可以，盡量減少模具兩側(cè)的滑塊行程。

六、進風(fēng)格柵的設(shè)計，根據(jù)造型要求，可以是整體式的，也可以單獨設(shè)計成一個件，然后用卡接的方式連接到保險杠本體上，注意卡接時，裝配方向為X方向，周圈裝配間隙為0．5－1mm

七、探測雷達的安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計。探測雷達的軸線可按保險杠外面法向布置，通過一彈性簧片卡在保險杠內(nèi)面來固定。

八、設(shè)計霧燈安裝結(jié)構(gòu)。根據(jù)裝配形式的不同，對應(yīng)的安裝結(jié)構(gòu)也不同，從前往里裝的方式（霧燈預(yù)埋有螺栓），安裝結(jié)構(gòu)比較簡單，模具不需要抽芯，但很多時候要在外面加一塊裝飾蓋板；從內(nèi)往外裝的霧燈，安裝結(jié)構(gòu)需要在保險杠本體上預(yù)埋螺栓或螺母增加模具難度，否則就需要側(cè)抽芯。

九、緩沖塊或者是蜂窩裝緩沖梁的設(shè)計。設(shè)計前先先確定零件的脫模方向，然后在保險杠上增加相應(yīng)的安裝點即可。

十、裝飾條的設(shè)計。裝飾條有分段注塑成型的，也有整體變形安裝的，根據(jù)不同的造型效果，采用不同形式的裝飾條。分段注塑成型的裝飾條主要有螺頂連接和卡接兩種。

十一、防撞梁的設(shè)計，以參考洋車為主，一般都為螺栓連接到車身上。

十二、與周邊零件的設(shè)計者協(xié)調(diào)，確定安裝點，保證各部位連接、定位的可靠，特別注意拆裝的方便性。

十三、根據(jù)明細表的層級關(guān)系進行零件的裝配，裝入標(biāo)準(zhǔn)件、卡扣及周邊零件，進行詳細的檢查。

九、結(jié)束語

作為一位設(shè)計公司的技術(shù)工程師，對保險杠的設(shè)計，最先做的就是檢查a面是否滿足我做數(shù)模的要求，在建模之前一定要考慮好安裝方法，基本所要考慮的是保險杠安裝可靠，能保證和周邊零件的間隙，就是安裝點的分布方式，前后保險杠的差別不是很大，原理都是一樣的，基本上安裝點的間距不超過200mm，轎車保險杠的安裝，在中部上下都比較簡單，差別也不會很大，差別大的地方在側(cè)面，由于造型分塊及板金成型工藝等的影響，一般都要增加輔助安裝支架，很多時候都在側(cè)面加有一個方向自由度的連接方式，具體怎么連接可以不拘泥于形式，完全可以憑空設(shè)計，比若奧迪A6的保險杠側(cè)面安裝支架就比較復(fù)雜，可換來的就是翼子板間隙趨近于0，另外就是安裝方式的選擇，連接方式多種多樣，就是在保證質(zhì)量的情況下讓安裝更為方便簡捷，一般情況下要在五分鐘之內(nèi)裝完。這對提高裝配效率和效果很重要，大家要到現(xiàn)場體驗一下才能深刻體會。另外需要加深的是對一些復(fù)雜曲面實體的建模工作，包括復(fù)雜的多個曲面加厚的工作。國外的工程師有他們的一套獨特的方法，可惜基本上都沒有參數(shù)，所以在很多等料厚和不等料厚，表面帶銳角邊緣和不帶銳角邊緣的實體建模對于我們來說是很難的。