孟小斌
摘 要：模块化生产是趋势，前端模块骨架又是整个前端模块中很核心的一个零件。本文从方案选择，材料比较入手，通过建立基准模型和模拟计算成功研发了某车型全塑前端模块骨架。
关键词：前端模块;骨架;方案;材料
1 引言
前端模块是模块化生产的一个重大成果，由于它有很多的优点，目前已经基本推广到所有的车型上去。而前端模块骨架又是其中非常核心的零件，基本所有的零件都以它为基础来固定的，比如冷凝器，水箱，风扇，前横梁等等。当然前端模块骨架有很多不同的方案，有很多不同的材料可以选择。本文以某车型为例，论述了一个全塑骨架的研发。
2 前端模块骨架大方向的确定
目前汽车上用的前端模块骨架的方案各种各样，每个公司有自己的爱好，但是归纳总结起来就4个大类：全钢，钢为主加塑料，塑料为主加钢，全塑料。二十年来这4类方案在我们的车型上都有用过。
考虑到钢材的价格在变化，塑料的价格也在变化，我们要根据最新的价格情况对4大类方案再做个比较分析，看看这个车型到底选用哪个方向做。首先全钢板方案和钢板为主的方案的优点是强度高，不像塑料容易被砸裂掉，缺點是需要做电泳，保护层厚度不够或被碰掉会有锈蚀问题。塑料为主加钢板加强的方案是目前的主流，方案比较均衡，小钢板藏在里面，油漆也不太会被破坏。全塑料方案是现在比较新的方案，当然少了加强板，怎么解决强度问题是有些困难的。随着塑料的国产化，价格相比以前有大幅的下降，后2个方案比前2个方案在价格上有优势。综合评估下来，只要我们能解决强度问题，那么全塑方案最有优势。
3 骨架材料的选择
在多年的项目开发过程中，不算钢板，不算GMT（现在基本不用了），塑料基材有用过PP和PA6，再根据加玻纤的比例不同，玻纤的长度不同，排列组合用过至少6种材料。我们从单价，性能和可加工性等方面对材料进行了比较，PP-GF30和PP-GF50是前2名。
其中PP-GF30这个材料我们用了很多年，总体还是比较均衡，唯一的缺点就是在性能上（尤其是刚度方面）相对稍偏低一些，局部需要钢板加强。PP-GF50这个材料这几年开始慢慢显露优势，在性能上比PP-GF30高出很多，缺点是密度（1.32g/cm3）偏高，而PP-GF30的密度是1.12g/cm3），但是由于性能好可以通过减壁厚来弥补密度高的缺点。最终我们考虑尝试全塑方案，所以PP-GF50胜出。
4 骨架数据主模型的建立和对比
虽然PP-GF50这个材料我们有使用，但是真正自己开发上还是第一次用。为了减少风险，我们准备先用PP-GF30材料加上2个小钢板加强的方案设计一个基准对标模型，确保这个模型下是可行的，然后我们再在这个CAD模型的基础上进行优化改进。
4.1 建立基准对标模型
PP-GF30材料加上小钢板这种方案我们已经在许多开发车型上有使用，我们开发经验丰富，开发起来相对也容易。塑料本体部分上表面因为前盖锁和前盖下砸等因素加厚到3.0mm，其它区域2.5mm，材料PP-GF30，重量3375g。小钢板材料HX260，净重180gX2。总重量（塑料+钢板）为3735g。初步刚度计算基本可行，见图4。
4.2 更换材料，调整厚度
在基准模型的基础上，取消小钢板，材料改为PP-GF50，由于密度大了很多，在数据中量一下重量已经为3977g，比基准模型重不少，所以减重必须要做。
减重措施一：把下图框中的材料厚度从2.5mm减到2.0mm，减掉重量350g。
减重措施二：把前墙往后移10～20mm，减重150g
减重措施三：把上表面的台阶割掉，减重50g
4.3 刚度CAE模拟计算
对上部中间，下部中间，4个角等都要进行刚度计算，见图7
上部中间，前盖锁固定位置，刚度大于250N/mm，合格
上部2侧，橡胶缓冲打击位置，能经受800N的压力，合格
下部中间，Z向刚度原来2.5N/mm，现在>6N/mm，合格
下部2侧角上，X向刚度离要求差139N/mm，不合格。下图2圈内加厚到3mm，再计算，合格。但重量加了90g。
4.4 最终主模型和基准模型的对比
最终的设计主模型确定以后，和基准模型做了一个对比，重量上减了224g，性能上总体达到基准模型，有些地方的刚度还远超基本模型。所以设计主模型得到确认。
5 设计周边零件的固定点和确定RPS定位点
前端模块骨架看起来好像就一个方的框架，实际上周边有无数的零件要往上固定，所以等主模型确认以后，也就是大方向确定以后，就可以给周边零件设计固定点，还要讨论确定定位方案。
5.1 给周边零件设计固定点
我们给周边零件设计了各自的固定点，确保强度，安装空间等。
a.前盖锁固定点，局部加强
b.碰撞传感器固定处，定位孔+螺栓
c.大灯支架固定，
d.大灯固定点，确保了调整空间
e.冷却模块上固定点
f.格栅固定点，用滑块解决了强度问题
g.前保险杠横梁固定点，局部加强
h.线束固定点
i.下导风件固定孔
j.冷却模块下固定孔
k.左右导风件固定孔
m.格栅上部4个螺钉固定孔
n.发动机撑杆固定用耳朵，需要往上抽芯
除了这些以外，还设计了发动机进风罩的固定方案，前盖锁拉索的固定，微动开关线束固定和锁支架的固定等等。
5.2 RPS定位点
前端模块骨架的尺寸测量，整个前端模块预装，以及整个前端模块往车上安装时都需要一套定位系统，这套定位系统基本以模块骨架的RPS为基础。模块骨架的RPS按照321原则确定：3X，2Z，1Y。
6 结语
通过这次研发，在某车型上成功开发了一个全塑前端模块骨架。这个全塑骨架采用了比较新的材料PP-GF50，通过局部减厚度的方法实现减重224g，而且没有钢板，也就没有表面保护的问题，比较环保。另外性能上也完全达到甚至超过以往方案。
实际零件出来后，所有试验都非常顺利，也没有出现任何问题，证明这个方案很成功，我们将把这个方案做进一步推广。
参考文献：
[1]丁志勇，刘倩倩，万朝华等.汽车前端模块的设计[J] 汽车零部件，2018（05）：029-032.
[2]费文铮，朱彬.一种汽车前端模块定位方式探讨[J]. 汽车零部件，2017（11）：047-049.
[3]邱晨曦，胡琦.材料创新对前端模块降本减重的可行性分析[J].汽车零部件，2015（04）：044-046.
