降低車輛油耗是當(dāng)代汽車工業(yè)關(guān)注的問題之一，車身輕量化技術(shù)能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。汽車翼子板是汽車的重要組成部分，采用碳纖維增強(qiáng)塑料作為原材料滋池，并對汽車翼子板進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸優(yōu)化，能夠獲得性能更優(yōu)的汽車翼子板咬恨。介紹了碳纖維增強(qiáng)塑料的特點(diǎn)及用作汽車翼子板原材料時的設(shè)計(jì)過程和性能優(yōu)勢茸暖。

汽車翼子板位于車輪外側(cè)，用于遮蓋輪轂邀漩，可防止行駛過程中車輪帶起的砂石畦瞒、泥漿等對輪轂和車廂底部的損壞，因?yàn)樾螤铑愃气B類的翅膀而得名绿踱；根據(jù)其所處位置篙萧，翼子板又分為前翼子板和后翼子板，汽車翼子板屬于一種車身覆蓋件陋住，對汽車的外形觀感漏设、性能等具有較大的影響。傳統(tǒng)的汽車翼子板采用金屬材料制成今妄，而隨著汽車車身輕量化的發(fā)展郑口，世界各國的汽車加工企業(yè)都開始用塑料取代金屬制作翼子板，塑料易于加工成型盾鳞，能夠使汽車的線條結(jié)構(gòu)更加圓潤犬性，增加汽車的外觀美感；同時塑料的來源廣泛腾仅、價格便宜乒裆，可降低汽車的生產(chǎn)成本，又能保證翼子板的機(jī)械強(qiáng)度推励，因此塑料翼子板已成為當(dāng)前的主流鹤耍。碳纖維增強(qiáng)塑料是用碳纖維作改性增強(qiáng)材料，與塑料基體通過一定的方法制得的一類具有較高力學(xué)性能的工程材料验辞，碳纖維增強(qiáng)材料的韌性和拉伸強(qiáng)度高于鋁合金稿黄，僅次于鋼材，而密度僅為鋼材的1/6～1/7跌造，對于普通家用轎車睡谒，碳纖維增強(qiáng)塑料制成的翼子板比鋼材翼子板減重了50％，有效降低了車輛的油耗尾丑。本文主要圍繞碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)勢展開論述榆墅。

1 塑料翼子板的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

可用作翼子板材料的塑料應(yīng)當(dāng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐熱性能，尼龍（PA）熔淘、聚苯醚（PPO）榨未、丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS）等是優(yōu)選的塑料品種，不同種類的塑料性能不同韧仓，常用這些塑料的復(fù)合材料鞭畜，有TPO－M30、PA＋PPO臊链、PA＋ABS楚瘾，復(fù)合塑料的具體性能如表1所示。

根據(jù)塑料原材料的性能侄掠，塑料翼子板的成型工藝主要有SMC模壓成型和注塑成型兩種碧农。其中SMC模壓成型得到的塑料翼子板表面粗糙度較高，且不能回收利用廢棄的塑料翼子板材料钻哩，因此目前已逐漸被取代屹堰；注塑成型工藝的過程為：首先制備塑料翼子板的模具，將塑料熔體注入模具的模腔內(nèi)街氢，冷卻固化后脫模而成扯键，制備過程簡單且可重復(fù)性強(qiáng)睦袖。注塑成型完畢后，要對塑料翼子板進(jìn)行表面涂裝荣刑，使其表面顏色與車身其他部位顏色匹配馅笙，涂裝工藝主要有Online、Inline（在線噴涂）和Offline（離線噴涂）等厉亏。其中Online是將塑料翼子板裝配上車身之后董习，對車身和塑料翼子板進(jìn)行整體涂裝；Inline是在涂裝車間對塑料翼子板首先進(jìn)行電泳燒烤爱只，再進(jìn)行單獨(dú)的涂裝皿淋；Offline是離線噴涂，無需考慮車身其他部位顏色恬试，因此色差較大窝趣。

塑料翼子板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中首先要考慮定位點(diǎn)的選擇，一般是將塑料翼子板的定位點(diǎn)設(shè)置在A立柱的附近墙滋，確保塑料翼子板有足夠的承力點(diǎn)掸昨，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行安裝孔的選擇，可使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定巍慧；塑料翼子板與前后保險杠的配合處也要考慮配合間隙绿壮，保險杠支架的卡槽和邊緣配合精度越高，安裝精度也越高并园；此外湃纸，塑料翼子板與車門間隙的配合對汽車的外觀影響較大，準(zhǔn)確定位可改善汽車外觀樊颁；塑料翼子板與車燈的間隙也要符合設(shè)計(jì)要求犀掸。對塑料翼子板進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，能夠增加裝配的精度澳银，降低工人勞動強(qiáng)度棒冠，采用模塊化的設(shè)計(jì)更能強(qiáng)化上述性能，使塑料翼子板的設(shè)計(jì)更加符合汽車的裝配原則慨即。

2 碳纖維增強(qiáng)塑料的性能特點(diǎn)

碳纖維增強(qiáng)塑料是一種各向異性材料型肥，碳纖維布的鋪設(shè)方式、結(jié)構(gòu)參數(shù)等對汽車塑料翼子板的性能均有較大影響蝠咆，碳纖維增強(qiáng)塑料的性能如表2所示踊东，與表1相比，可看出碳纖維增強(qiáng)塑料的密度更大刚操，但是各項(xiàng)性能也要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的塑料材料闸翅。常用的碳纖維增強(qiáng)塑料中，碳纖維是以聚丙烯腈纖維、粘膠纖維等為原材料坚冀，在高溫（300～1000℃）下經(jīng)過碳化過程制備而成的济赎，碳纖維的尺寸小但強(qiáng)度高；以塑料熔體為基材遗菠，用機(jī)械共混法使碳纖維在塑料基材中混合均勻隨后固化即得到了碳纖維增強(qiáng)塑料联喘。

3 汽車碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板的設(shè)計(jì)過程

結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，對碳纖維增強(qiáng)塑料在汽車翼子板中的應(yīng)用進(jìn)行仿真優(yōu)化分析辙纬，可得到最佳的設(shè)計(jì)方案，典型的仿真設(shè)計(jì)流程如圖1所示叭喜。

碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板設(shè)計(jì)過程中贺拣，首要考慮的是尺寸的優(yōu)化問題，汽車碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板相對于傳統(tǒng)的金屬汽車翼子板具有更高的熱膨脹系數(shù)和吸水率矗赔，而吸水性能的增加導(dǎo)致的材料膨脹極易造成產(chǎn)品外觀和尺寸缺陷贤丐，根據(jù)不同材料吸水性能的差異，結(jié)合汽車實(shí)際銷售地和使用地的環(huán)境條件坦浦，在注塑成型過程中應(yīng)當(dāng)預(yù)留尺寸膨脹余地辙求，防止安裝后尺寸缺陷的發(fā)生。

自由尺寸優(yōu)化法是汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最常用的方法之一怔赤，然而僅可用于概念設(shè)計(jì)階段弟诲，并未考慮實(shí)際的生產(chǎn)和成型加工工藝條件，在自由尺寸優(yōu)化法的基礎(chǔ)上分较，結(jié)合合理的采樣方法和算法徘伯，才能建立較為合理的初步汽車翼子板結(jié)構(gòu)模型，隨后結(jié)合CAE模擬分析技術(shù)南垦，對模型進(jìn)行校驗(yàn)就考，得到精確度更高的模型，再采用合理的驗(yàn)證手段對工藝過程進(jìn)行驗(yàn)證跛鸵，并對不合理之處進(jìn)行優(yōu)化贯卦，即可進(jìn)行模型的交付。

例如焙贷，楊金玉等采用Catia軟件撵割，首先創(chuàng)建汽車翼子板的結(jié)構(gòu)模型，對圓角處進(jìn)行去除凸緣設(shè)計(jì)盈厘、部分裝配點(diǎn)單獨(dú)成型后與翼子板主體膠接在一起睁枕，得到了初步的模型，并用有限元分析理論進(jìn)行了性能分析沸手；隨后用CAE對翼子板的注塑成型過程進(jìn)行模擬分析外遇，重點(diǎn)分析了翼子板的剛度和抗凹性，分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)沖擊載荷為220N時，最大變形量小于1mm跳仿；當(dāng)有150N的作用力持續(xù)作用在汽車翼子板表面時诡渴，最大的彈性形變量僅為0.6mm，也小于1mm菲语，并未見不可恢復(fù)的塑性形變產(chǎn)生妄辩。同時，在該方法的基礎(chǔ)上結(jié)合塑料增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)山上、厚度伟蕾、碳纖維的鋪設(shè)方式等，能夠在較短時間內(nèi)得到符合要求的設(shè)計(jì)方案畦肉，說明合理采用計(jì)算機(jī)技術(shù)對汽車翼子板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程的重要性配昼。又如，程章等[8]以碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板為研究主體礁姿，用拉丁超立方采樣和有限元方法如癌，建立了Kriging模型，并在分析過程中改進(jìn)模型精度菱区，最后用遺傳算法計(jì)算出合理的碳纖維鋪層順序顿墨，研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的翼子板相對于優(yōu)化前可減重43.1％绎瓣，剛度提高12.3％稼孤，進(jìn)一步強(qiáng)化了汽車翼子板的輕量化。

綜上所述耗憨，碳纖維增強(qiáng)塑料作為一種新型的低密度乘颖、高強(qiáng)度材料，因其自身的低密度眷篇、高強(qiáng)度性能可廣泛用作汽車翼子板材料萎河，實(shí)現(xiàn)汽車輕量化；而對汽車翼子板進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)蕉饼，可進(jìn)一步改善汽車翼子板的尺寸和裝配精度虐杯，并提高汽車翼子板的機(jī)械強(qiáng)度，為其實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供更有力的幫助昧港。

4 碳纖維增強(qiáng)塑料汽車翼子板設(shè)計(jì)過程的優(yōu)勢分析

汽車翼子板是汽車車身的重要組成部分擎椰，其設(shè)計(jì)方案是否合理也決定著汽車的整體性能，圖2為典型的家用轎車翼子板結(jié)構(gòu)创肥，可看出翼子板整體為圓滑曲線過渡形式达舒，有利于減小汽車行駛過程中的阻力，因此設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)關(guān)注過渡曲線部分叹侄。

碳纖維增強(qiáng)塑料汽車翼子板相對于傳統(tǒng)的汽車翼子板巩搏，主要有以下幾方面的優(yōu)勢：

第一昨登，車身輕量化效果顯著。與金屬材料相比贯底，采用碳纖維增強(qiáng)塑料可減重45％以上丰辣，節(jié)能減排的優(yōu)勢明顯。

第二挽后，產(chǎn)品生產(chǎn)加工工藝簡單滥港、成本低。對于同一車型镇盛，僅需要設(shè)計(jì)一套模具换蛔，使用一套注塑工藝參數(shù)，即可重復(fù)生產(chǎn)多套性能穩(wěn)定的汽車翼子板卜锡，適合大批量生產(chǎn)敦驼。

第三，產(chǎn)品的耐腐蝕性強(qiáng)翩腹、壽命長。碳纖維增強(qiáng)塑料物理化學(xué)性能穩(wěn)定誓豺，不會像鋼材那樣易氧化生銹刷裂；且彈性模量較大，受到輕微碰撞后形變量小吏恃，維修成本低米萝，壽命更長。

第四代虾，安全性更好进肯。碳纖維增強(qiáng)塑料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度高，車身受到撞擊后棉磨，能吸收大量的能量江掩，傳遞至駕駛室內(nèi)的能量極小，能夠充分降低對駕乘人員的傷害乘瓤。

除此之外环形，碳纖維增強(qiáng)塑料汽車翼子板還具有協(xié)調(diào)性好、對裝配精度要求低衙傀、高溫穩(wěn)定性能好抬吟、便于模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)裝配集成化等優(yōu)點(diǎn)，因此已成為目前應(yīng)用最廣泛的材料種類统抬，并具有廣闊的應(yīng)用前景火本。

5 結(jié)論

碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板在設(shè)計(jì)過程中要結(jié)合材料類型選擇合適的成型和涂裝工藝，還應(yīng)當(dāng)考慮與車身裝配時的安裝定位和精度問題聪建。汽車減重一直是車輛設(shè)計(jì)和材料選擇中的首要關(guān)注點(diǎn)钙畔，降低車身重量可從選擇輕質(zhì)材料、改善成型工藝、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面入手闲招。作為汽車車身重要組成部分的汽車翼子板精幌，選用低密度的碳纖維增強(qiáng)塑料、工藝路線較為成熟的注塑成型工藝蒿疲、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用自由尺寸優(yōu)化法并結(jié)合經(jīng)典算法和CAE模擬技術(shù)犯暮，能夠從各個方面解決降低車身自重，達(dá)到節(jié)能減排的目的棉玻。碳纖維增強(qiáng)塑料汽車翼子板與傳統(tǒng)的金屬材料翼子板和普通塑料汽車翼子板相比泣储，機(jī)械強(qiáng)度和安全性能優(yōu)勢更加明顯。然而坝亿，對于碳纖維增強(qiáng)塑料而言屋廓，碳纖維的成本較高且制備方法多種多樣，如何改進(jìn)現(xiàn)有的碳纖維生產(chǎn)工藝灰囤，降低碳纖維增強(qiáng)塑料的成本属诀，也是汽車碳纖維增強(qiáng)塑料翼子板設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化過程中應(yīng)當(dāng)考慮的因素之一。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展锐拟，相信這些問題也終會得到解決秉扑，并更好地助力汽車工業(yè)的發(fā)展。

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