使用注塑成型制造保险杠的 5 个主要考虑因素

卡尔-本茨于 1885 年获得专利的第一辆汽车没有保险杠 ^[1]. .它基本上是一种带有内燃机和大轮子的三轮车。1897 年，乔治-阿尔伯特-里昂（George Albert Lyon）在汽车上安装了由金属条制成的保险杠。当时的保险杠制造主要以装饰为主。.

1905 年，弗雷德里克-理查德-西姆斯（Frederick Richard Simms）为第一款以吸收冲击力为目的的保险杠申请了专利。这一次，保险杠使用的是抗冲击橡胶。铸铁最终取代了橡胶。到 1920 年，钢因其成本低、强度高而成为制作保险杠的标准材料。.

1930 年至 1960 年间，汽车制造商开始围绕保险杠生产进行创新。这包括在保险杠制造所用的钢材上镀铬。汽车制造商还开始在保险杠上增加复杂的形状和车灯。.

保险杠注塑成型的兴起

从 20 世纪 70 年代起，人们开始越来越关注汽车的安全问题。汽车 美国国家公路交通安全管理局 (美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）于 1971 年公布了新的安全标准（联邦机动车安全标准 215），要求保险杠能够承受低速撞击（2.5 英里/小时）。.

美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）的指导方针开创了具有减震性能的橡胶保险杠的新时代。通用汽车公司是首批符合这一新保险杠准则的汽车制造商之一，特别是他们在 1968 年庞蒂亚克 GTO 上安装的 Endura 保险杠。现代汽车保险杠生产主要采用 注塑 具体如下

1.材料选择和制备

汽车保险杠模具中最常用的塑料托盘形式是 聚丙烯. .然而、, 聚碳酸酯, 聚氨酯和丁二烯苯乙烯因其设计灵活、抗冲击性强和重量轻的完美平衡而经常被使用。颗粒被送入料斗。.

2.颗粒熔化和注射

料斗将颗粒送入料筒，在那里熔化并混合（如果添加了其他材料）成熔融状。熔融塑料被注入钢制保险杠模具。在注塑过程中，要施加适当的压力，使熔融塑料能够正确地填充模腔。.

3.冷却成型部件

熔融塑料在模具中冷却凝固。在此过程中，塑料将形成模具的精密加工形状。严格控制冷却时间可确保材料达到所需的机械性能和尺寸精度。. 水槽痕迹, 翘曲, 有了适当的冷却机制，就可以避免出现上述问题和其他常见缺陷。.

4.拆卸模制保险杠

在部件充分冷却和凝固后，成型部件被顶出。成功的顶出是通过板和销系统实现的。.

5.完成跳线

模制零件在安装到汽车上之前，通常还要经过其他几个步骤。精加工包括修边和喷漆，以达到理想的外观效果。.

保险杠注塑成型的五个注意事项

多年来，汽车制造商围绕汽车保险杠成型不断进行创新。例如，一些汽车品牌的保险杠由铝或钢制成，并带有塑料盖。还有一些汽车的保险杠采用了特殊设计，集成了用于碰撞预警、泊车和其他高级安全功能的传感器。.

现代保险杠采用塑料制造，除了安全原因外，还有其他原因。这包括 轻量化, 安全、耐用和设计灵活性。设计意图通常会指导保险杠制造过程中的注意事项。以下是需要考虑的重要因素。.

1.为安全而设计保险杠

尽管保险杠的生产需要考虑很多因素，但安全仍然是重中之重。每个保险杠的设计都必须符合国家法规，如果制造商计划将车辆运往国外，还必须符合国际法规。.

包括美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）和大多数欧洲法规在内的大多数国际汽车安全监管机构都要求保险杠能够承受来自前方或后方时速高达 2.5 英里的撞击，并将损坏程度降到最低。这意味着制造保险杠的材料必须满足特定的强度和韧性要求。.

公路安全保险协会通常有更严格的要求。该独立机构通常以每小时 5 英里的速度进行测试，以评估维修成本。.

2.轻量化材料的选择

虽然保险杠使用金属条是实用的，但它增加了汽车的重量，从而增加了油耗。改用塑料保险杠有助于减轻汽车重量，从而直接降低了油耗。.

汽车正朝着使用可持续能源的方向发展，如电池电动汽车和氢燃料汽车 ^[2]. .因此，制造商面临着越来越大的压力，要求他们使用更可持续、更轻的材料进行生产，以提高续航能力。此外，环保人士呼吁减少塑料污染，迫使制造商探索使用可回收材料。.

因此，在保险杠注塑成型中越来越多地使用注塑成型的复合材料和消费后回收树脂 (PCR) ^[3]. .这些材料因其强度重量比高而受到青睐。.

复合材料和 PCR 树脂的加工难题

当使用这两种材料时，汽车保险杠成型系统必须进行修改。例如，与原生塑料相比，复合材料的熔化温度更高，需要更高的注塑压力，以确保流动均匀而不损坏材料。消费后再生树脂的加工参数也需要严格控制，以避免材料降解。.

因此，在使用复合材料或消费后回收树脂时，应确保与了解其特殊性的保险杠模具制造商合作。在使用 PCR 时，制造商可能会对保险杠注塑系统进行一些修改，其中包括

• 该机器将受益于先进的过滤和分拣系统，以去除污染物。.
• PCR 的含水量可能高于原始塑料，因此需要优化干燥系统以防止出现缺陷。.
• 改进螺杆设计，以加工不同熔体流量的材料。.
• 可能需要在机筒中引入通风挤压机，以清除熔化过程中材料中的水分和残留挥发物。.
• 可能需要调整温度、压力和速度。.
• 需要对冷却系统进行改造，以补偿不同的收缩率。.

3.轻量化保险杠设计

有一种误解认为，汽车保险杠成型的轻量化可以通过简单地更换材料来实现。事实并非如此！设计优化是 轻量化. .虽然从钢制保险杠到塑料保险杠的转变有助于降低汽车的整体重量，但以下的设计优化技术有助于制造商制造轻质保险杠。.

• 薄壁结构 生产薄壁保险杠有助于制造商进一步减少材料的使用，从而进一步降低零件的重量和成本。在不影响功能的前提下制造薄壁部件、, 肋骨 通常加在薄壁保险杠上，以增强稳定性和重新分配冲击力。.
• 生成设计和拓扑优化 高级计算建模通常用于去除非关键区域的材料或优化结构形式，例如使用晶格或蜂窝结构 ^[4]. .这些结构能更有效地承受载荷和冲击。计算建模还可用于寻找最佳肋条配置和密度，以获得最佳效果。.
• 混合制造技术： 传统的保险杠制造只使用一种生产技术，而现代保险杠则不同，它可以结合不同的技术。例如, 三维打印 用于创建包含体素腔的外层。然后使用类似注塑的技术填充空隙。.
• 部分整合： 将多个部件组合在一个保险杠模具中，就不需要使用紧固件和其他会增加汽车重量的连接技术。.

4.功能性保险杠模具设计

大多数类型汽车（尤其是跑车）的现代保险杠都是为了提高空气动力性能和燃油效率而设计的。保险杠的设计旨在管理气流，特别是对于使用风扇冷却电池的电动汽车。.

前保险杠是车辆最先与迎面而来的空气接触的部分。因此，保险杠通常具有轮廓形状，有助于空气在汽车周围轻松流动。这样可以防止产生空气阻力，增加燃料或电池消耗。.

有些保险杠注塑工艺还加入了侧通风口或气帘等特殊功能。这些功能的目的是引导空气流向轮井和制动器。迎面而来的冷空气可冷却制动系统，并有助于控制车轮转动产生的空气乱流。这种效果还有助于降低阻力，提高加速度和燃油效率。.

5.根据汽车公司规范设计保险杠模具

保险杠设计并非放之四海而皆准。每家汽车制造商对保险杠都有独特的美学或性能要求，而且不同车型的要求也会大相径庭。汽车保险杠成型工艺必须符合汽车制造商的内部期望。.

对于一家汽车制造商来说，这可能是保险杠在低速碰撞中防止损坏前大灯或集成传感器和摄像头的能力。另一家汽车制造商可能会优先考虑空气动力学和冷却效果。第三家汽车制造商可能会优先考虑美观性，要求保险杠防刮且易于喷漆。汽车制造商用来验证保险杠性能的标准测试包括：

• 压力测试 有限元分析等仿真软件可用于评估保险杠在不同条件下的性能。.
• 屏障和摆锤试验 保险杠以不同的高度和速度撞向移动障碍物（和静止障碍物），以预测撞击行为。.
• 车辆试装： 用于在最终安装前确定保险杠与车辆的匹配程度。.

模块化和多腔模具通常与创新的保形冷却通道搭配使用，以提高保险杠注塑成型效率，缩短周期时间，并确保产品质量的统一性和一致性。汽车制造商应确保与模具制造商明确沟通其意图和要求，以获得最佳结果。.

参考资料

[1] 梅赛德斯-奔驰集团。(n.d.). 奔驰专利汽车：第一辆汽车（1885-1886 年）。. 梅赛德斯-奔驰集团。. https://group.mercedes-benz.com/company/tradition/company-history/1885-1886.html

[2] 美国能源部。(n.d.). 燃料电池电动汽车如何工作？ 替代燃料数据中心。. https://afdc.energy.gov/vehicles/how-do-fuel-cell-electric-cars-work

[3] 毛瑟包装解决方案。(n.d.). 消费后树脂（PCR）：什么是消费后树脂？ 毛瑟包装解决方案。. https://mauserpackaging.com/mauser_news/post-consumer-resin-pcr-what-is-it-and-what-are-the-benefits/

[4] 3Dnatives.(2025年4月11日）。. 关于 3D 打印中的晶格结构的全部内容。. 3Dnatives. https://www.3dnatives.com/en/all-about-lattice-structures-in-3d-printing-04112025/