طراحی رو دری پلاستیکی در خودرو

طراحی و تحلیل ماژول درب پلاستیکی در بدنه خودرو

ماژول درب از اجزای مختلف پیش مونتاژ شده برروی یک صفحه حامل تشکیل شده است که می تواند به طور مستقیم بر روی درب نصب شود. پنل داخلی این ماژول‌ها در صورت انتقال مستقیم به OEM باعث صرفه جویی در زمان مونتاژ و هزینه تولید می‌شوند. از پلی پروپیلن ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف بلند (PP-LFT) با الیاف پرشده با شیشه در بخش‌های مختلف خودرو استفاده می‌شود زیرا خواص ساختاری و مواد آن درمقایسه با فولاد بهبودیافته تر است. ماژول‌های درب ساخته شده از PP-LFT با کمک روش قالب گیری تزریقی تولید می‌شوند. اگرچه برای طراحی و تحلیل ماژول های درب پلاستیکی تلاش می شود اما هیچ اطلاعاتی از نحوه طراحی نهایی آنها در دسترس نیست. در این مقاله از توپولوژی و بهینه سازی با هدف رسیدن به یک طرح مطلوب استفاده شده است. همچنین از ماژول‌های درب PP-LFT حاوی 30 درصد پرکننده شیشه STAMAX® برای جایگزینی صفحه ماژول درب فولادی موجود استفاده کردیم. تحلیل فشار و اسلم درب دینامیک نیز بر روی ماژول دربِ طراحی جدید به منظور ارزیابی عملکرد آن در بارهای مختلف انجام شد. درنهایت، شبیه سازی جریان قالب بر روی قسمت ماژول درب انجام شد تا قابلیت ساخت آن در تولید انبوه بررسی شود. طراحی نهایی ماژول درب پلاستیکی STAMAX®، 33 درصد سبک تر از ماژول درب فولادی موجود است و استحکام، سفتی و قابلیت ساخت را بهبود بخشیده است.

درب‌ها یکی از اجزای اصلی خودرو هستند که دسترسی آسان مسافران را به داخل خودرو فراهم می‌کنند. با تقاضای روزافزون فاکتورهای طراحی، راحتی، ایمنی و ادغام دیگر سیستم‌ها (تنظیم کننده پنجره، قفل، اسپیکر، موتور و الکترونیک) در تولید درب خودرو، طراحی این سیستم به چالش بزرگی برای مهندسان تبدیل شده است. سیستم درب عمدتا از شیشه پنجره، مونتاژ تنظیم کننده پنجره، قفل درب، آب بندی و قطعات ساختاری در مونتاژ درب می‌شود. این قطعات به طور سنتی طراحی و تولید شدند. ماژول درب مجموعه‌ای از قطعات عملکردی نصب شده بر روی یک صفحه حامل است. برخلاف سیستم‌های درب معمولی که در آنها مونتاژ تنظیم کننده پنجره مستقیما به پنل داخلی درب وصل می‌شود، ماژول درب شامل یک صفحه حامل با مونتاژ تنظیم کننده پنجره، موتور شیشه و اسپیکر است. تنظیم کننده پنجره از یک مجموعه موتور، یک یا دو ریل برای هدایت حرکت شیشه یا گیره‌های شیشه برای محافظت از شیشه و مکانیسم‌هایی برای بالا و پایین بردن شیشه تشکیل شده است. همچنین تنظیم کننده پنجره، اسپیکر و سایر مهارهای کابل روی صفحه حامل با استفاده از پیچ و مهره، پرچ و گیره نصب شده‌اند. در شکل زیر مونتاژ ماژول درب به تفصیل ارائه شده است.

شکل 1:

صفحه حامل به پنل داخلی پیچ می‌شود. این رویکرد ماژول به خودروسازان در کاهش زمان مونتاژ و هزینه تولید کمک می‌کند. بنابراین، طراحی و ساخت ماژول‌های درب بسیار مهم است. عملکرد یک ماژول درب بایستی طبق موارد زیر باشد:

-عملکرد تنظیم کننده پنجره

- عملکرد قفل

- عملکرد اسپیکر

- عملکرد آب بندی

یک ماژول درب مزایای زیادی نسبت به سیستم‌های درب معمولی دارد همچون:

-استحکام ساختاری بالاتر

- آب بندی بهتر در برابر بخار آب؛ از این رو "سیستم‌های حامل مهر و موم شده" نامیده می‌شوند.

- عایق صوتی عالی

- نصب جانبی خشک موتور و قطعات الکترونیک درب

- صرفه جویی در وزن و هزینه به دلیل کاهش استفاده از ورق فلز در پنل داخلی درب

- کاهش مونتاژ تجهیزات اصلی به عنوان ماژول که به طور مستقیم به پنل داخل درب پیچ شده است.

- در این مطالعه ماژول درب پلاستیکی ازلحاظ خواص کششی، توقف بالابر شیشه و بارهای ضربه درب با هدف بررسی عملکرد آن مورد ارزیابی قرار گرفت؛ به طوری که بتواند جایگزین صفحه ماژول درب فولادی موجود در بازار شود.

- در اینجا داده‌های حاصل از آنالیز خستگی STAMAX® 30YM240 ارائه شده است.

- از آنجایی که فقط طراحی صفحه ماژول درب در مدل سازی مونتاژ درب جلو تغییر کرد، تعاریف تماس و اتصال یا بارهای مشابه با خواص کششی ماژول درب، توقف بالابر شیشه و آنالیز ضربه درب باقی می ماند.

- همان طور که در شکل زیر آمده است، تحلیل جریان قالب روی صفحه ماژول درب پلاستیکی به منظور بررسی قابلیت ساخت با تعریف مواد قالب انجام شد.

شکل 2:

- به منظور آنالیز خواص کششی ماژول درب حداکثر جابجایی 3.8 میلیمتر با کشیدن درب مشاهده شد. این مقدار کمتر از 3.9 میلی متر مشاهده شده در ماژول درب فولادی است.

- در آنالیز توقف بالابر شیشه، حداکثر جابجایی برای ریل جلو و عقب در توقف ریل بالا مشاهده شد. حداکثر فشار فون میسز در توقف ریل بالای جلو و عقب در محفظه های پایین ریل ثبت شد.

- حداکثر فون میسز برای آنالیز برخورد درب 36.1 مگاپاسکال در نزدیکی ریل عقب مشاهده شد؛ در هنگام بازگشت درب پس از ضربه. حداکثر فشار فون میسز 22.91 مگاپاسکال در هنگام برخورد درب بود.

- حداکثر فون میسز روی ماژول درب برای آنالیز ضربه درب 36.1 مگاپاسکال بود که درمقایسه با حداکثر تنش فون میسز مشاهده شده در آنالیز ضربه درب با داده‌های حاصل از تحلیل خستگی STAMAX® 30YM240 که در جدول زیر ارائه شده‌اند مشخص شد که این ماده عمر خستگی بیشتری از 100.000 چرخه دارد.

جدول 1:

- باتوجه به نتایج حاصل از آنالیز جریان قالب مشاهده شد که زمان لازم برای پر کردن قسمت ماژول درب با STAMAX®، 3.4 ثانیه بود. بیشترین نیروی گیره 750 تن بود و حداکثر اعوجاج صفحه نیز در قسمت تمام شده 4.9 میلیمتر بود.

- در جدول زیر نتایج به دست آمده از کشش ماژول درب، توقف بالابر شیشه و تحلیل ضربه درب در طراحی ماژول درب پلاستیکی بیان شده است.

جدول 2:

جمع بندی و کلام آخر

1. این مطالعه به طراحی ماژول درب پلاستیکی برای تولید بدنه خودرو با استفاده از 30 درصد الیاف شیشه PP-LFT (STAMAX®)، تکنیک‌های توپولوژی و بهینه سازی شکل کمک کرد.

2. طراحی نهایی ماژول درب پلاستیکی با ساختار بهبود یافته 33 درصد سبک تر از ماژول درب فولادی موجود در بازار بود.

3. روش طراحی و تحلیل اتخاذ شده در اینجا به منظور طراحی صفحه ماژول درب پلاستیکی با هدف جایگزینی صفحه ماژول درب فولادی موجود را می‌توان حتی با هدف جایگزینی قطعات فولادی موجود با قطعات پلاستکی به کار برد.