關(guān)于復(fù)合材料碰撞吸能盒的概念分析
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汽車行業(yè)的主要要求是低成本和較高的零件生產(chǎn)速度。目前的設(shè)計(jì)采用金屬碰撞吸能盒（crashbox） 和白車身（BIW）吸收所要求的能量，憑借局部屈曲產(chǎn)生的屈服性保護(hù)乘客的安全。這類設(shè)計(jì)的成本約為3 歐元/ 千克待生產(chǎn)的零件，并且由于沖壓和焊接等工藝， 每天可能生產(chǎn)數(shù)千個零件。
目前，業(yè)內(nèi)認(rèn)為降低成本比減輕重量更為重要。歐盟委員會在2020 年后將實(shí)施的一項(xiàng)法規(guī)是，一旦二氧化碳排放量超出監(jiān)管目標(biāo)，將處以95 歐元/ 克的罰款， 但相比這一處罰標(biāo)準(zhǔn)，9.5 歐元/ 千克的輕量化成本則是可以接受的，因?yàn)檐囕v重量每減輕10 千克（22-lb），可使二氧化碳排放量減少約1 克/ 公里。
關(guān)于加工時間，需要達(dá)到1,000 個零件/天的生產(chǎn)速度，以解決大規(guī)模市場需求。
1，一個前端模塊固定在碰撞吸能盒上，即使發(fā)生碰撞后，也必須與白車身保持連接在一起。
2，碰撞吸能盒必須在工廠總裝環(huán)節(jié)易于安裝和拆卸，并且在售后車間具有可修復(fù)性。
3，尺寸受到車輛緊湊性目標(biāo)的限制。
最后，性能必須在廣泛的測試參數(shù)方面保持一致，因?yàn)榕鲎睬樾慰赡苁歉鞑幌嗤?。特別是，必須檢查離軸破碎方面的性能。
所提出的設(shè)計(jì)和工藝解決方案
由于材料成本較高，特別是碳纖維（CF），從設(shè)計(jì)到成本的分析表明，碰撞吸能盒僅可采用非常簡單的形狀。必須將材料浪費(fèi)減少到最低限度；因此必須通過一個生產(chǎn)線工藝制造預(yù)成型體。此外， 還應(yīng)該選擇一步式工藝，包括觸發(fā)機(jī)制。
1，采用簡單的接口零件，在容易生產(chǎn)的形狀上進(jìn)行機(jī)械夾緊，并確保公差保持在制造分散范圍內(nèi)。
2，調(diào)整夾具長度，以滿足離軸彎曲強(qiáng)度要求。
3，規(guī)則或?qū)ΨQ形狀，以避免產(chǎn)生可能會改變碰撞行為的局部效應(yīng)。
我們已經(jīng)對一些針對此設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整后的工藝進(jìn)行了評估，以檢查可能達(dá)到的性能。由于測試參數(shù)眾多，并且存在制造限制，因此，目前還沒有制定完整的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。
目前已生產(chǎn)一種錐形形狀的碰撞吸能盒，長度為150 mm（5.9 in），厚度約為5 mm（0.2 in），較大端的外徑為100 mm（3.9 in），角度讀數(shù)為2°。錐形形狀具有多種好處，包括：在發(fā)生離軸壓碎的情況下，碰撞行為是漸進(jìn)的、穩(wěn)定的； 所提出的裝配概念更高效；便于脫模， 從而進(jìn)一步提高生產(chǎn)速度。
目前已經(jīng)采用三軸編織預(yù)成型件，并且對下面的參數(shù)進(jìn)行了測試：
1，碳絲束：24K（日本東麗-Toray T700S）或50K（德國西格里集團(tuán)-SGL Group Sigrafil）。
2，偏置纖維取向：預(yù)成型件采用50% 的軸向纖維和50% 的偏置纖維（取向±25°、30°或45°）制造而成。
3，基體：來自邁圖特種化學(xué)品公司的單組分環(huán)氧材料（樹脂傳遞模塑[RTM] 增韌航天級） 或雙組分環(huán)氧加工（ 高壓RTM[HP-RTM] EPIKOTE 樹脂05475/ EPIKURE 固化劑05443 和開發(fā)級）；或者單組分熱塑性塑料（PA6）。
所有配置均在相同的RTM 模具中生產(chǎn)。環(huán)氧RTM 系統(tǒng)已經(jīng)確立了良好的市場地位，而熱塑性RTM 仍需要進(jìn)一步的工藝開發(fā)。50K 碳絲束被選為低成本CF 產(chǎn)品選項(xiàng)。
RTM 航天系統(tǒng)是一種單組分（1K） 增韌系統(tǒng)，通常在180℃（356。F）下固化， 提供較低的加工粘度和較寬的加工窗口（多達(dá)10 h）。它提供設(shè)計(jì)復(fù)雜零件的能力。
新型熱- 潛快速固化EPIKOTE/ EPIKURE 環(huán)氧樹脂系統(tǒng)允許采用大批量制造方法，快速、可靠地加工結(jié)構(gòu)性復(fù)合材料組分。這些系統(tǒng)在120℃（248。F） 下的固化周期時間約為5 分鐘和2 分鐘， 可通過所有常見的RTM 方法進(jìn)行加工， 如多組分低壓力和高壓力RTM 機(jī)器。
新系統(tǒng)提供的好處包括非常低的粘度，在注射溫度下低于50 mPa?s，以及熱- 潛性能，在反應(yīng)之前，允許相對長（多達(dá)90s）的注射窗口。樹脂系統(tǒng)具有優(yōu)良的潤濕性和碳纖維附著力、卓越的熱性能和機(jī)械性能以及含量非常低的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），從而使它們在未來成為各種應(yīng)用的可行性解決方案。
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