多维度解析汽车轻量化 三条路为车子减重-汽车设计与制造资讯

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  如今  ,新车发布  ,“轻量化”成为绝对的焦点!产品介绍中总少不了“采用了轻量化的车身技术”、“整车减重10%”之类的描述  。要达致轻量化  ,除了优化结构与工艺设计之外  ,大多围绕在材料选取之上 。

  一般塑料的比重在0.9-1.6  ,玻纤增强复合材料的比重在2.0以内  ,而A3钢为7.6  ,黄铜为8.4 ,铝为2.7  。因此  ,虽然在强度上不如碳纤 维、金属材料 ,但是从比重上来说  ,塑料的轻量化效果最好  ,可谓汽车轻量化的首选材料  。使用塑料可以减轻零部件约40%的重量  ,汽车的动力、舒适性及安全性 却得以提升 。未来其创新应用有可能颠覆传统汽车 。

  三条路子让车子减重

  新修订的《乘用车燃料消耗量限值》国家强制性标准  ,将于2016年1月1日起执行 ,每年将设置油耗达标值  ,直至到2020乘用车平均油耗降至5.0升/100公里 。愈趋严格的油耗法规  ,促使所有汽车制造企业不遗余力地开发汽车轻量化技术 。

  汽车轻量化并不是单纯的减重  ,需要同时兼顾产品功能、成本及质量等要素  。就“以塑代钢”而言  ,主要有三个途径:优化材料质量;模块化与集成化;结构优化设计 。

  材料高性能最关键

  国外汽车品牌现在已经大规模使用高性能工程塑料和塑料复合材料  。未来汽车的车门、车顶、座椅部件、轮毂以及汽车周边结构件  ,甚至车身都有可能改用工程塑料  。采用纤维增强复合塑料材料制作的车身与钢制车身相比 ,可降重35%;如果采用碳纤增强复合材料  ,则可降重60%以上  。

  蜂窝夹层结构已广泛应用于汽车内饰  ,包括后备箱地板、车顶内衬和后窗台板  。新款奔驰smart fortwo在蜂窝夹层结构顶篷中使用了巴斯夫ElastoflexE聚氨酯泡沫塑料  ,其顶篷模块由蜂窝夹层和玻璃纤维衬垫组成  ,比普通顶篷减轻30%左 右  ,但依然保持较好的强度和抗弯刚度  。

  而朗盛子公司Bond-Laminates推出的一种基于聚丙烯的连续纤维增强复合材料Tepex dynalite  ,在轻量化汽车生产中也蕴含着重大机遇  ,尤其是在有高强度需求的大型组件中  ,比如:后备箱底板、电动车增程器外壳和座椅组件等  。

  模块化生产已成趋势

  在模块化、集成化方面  ,塑料有非常明显的优势 。目前很多部件及系统 ,如侧门系统、仪表台系统、发动机系统等已经实现模块化生产  。全塑框架、局部金属嵌件增强的集成化模块前端结构能够实现30%的减重效果 ,并可大大减少零件的数量  ,提升装配效率 。据悉  ,宝马、奔驰、通用、雷诺、标志等众多欧美企业已经成熟应用前端模块、门模块技术  。

  结构优化设计不可忽略

  结构优化设计也是轻量化的重要途径  ,在满足工艺要求的前提下进行结构形状和尺寸设计  。例如保险杠的薄壁化开发  ,常规的设计为3.0MM壁厚 ,采用普通的PP滑石粉材料  ,单件重量4-5kg  。据吉利汽车研究院总工程师熊飞介绍  ,吉利采用2.5mm壁厚设计  ,高刚性PP材料 ,单件减重10%-15%  。同时  ,他指出  ,要实现轻量化不能局限于材料 ,只有车厂的材料部门参与到整车设计中  ,才能有效地推动新材料、新工艺的应用  。换言之 ,性能与设计是汽车的根本 ,材料要为围绕这两点来开发  ,在此基础上实现轻量化  ,进而获得更好的燃油效率以及整车的性能属性  。

  创新工艺来护航

  长玻纤增强复合材料、碳纤维增强复合材料  ,以及改性的低密度、微发泡、薄壁化塑料材料等是目前车用材料研究的热点  。这些材料的开发和应用离不开创新工艺的支持  。

  长纤维注塑 ,就是轻量化结构件的一种创新工艺  。Arbug(阿博格)开发的长纤维直接注塑  ,通过伺服电机驱动的送料装置将纤维直接送入熔化的塑料  ,能够将连续的纤维切成15-50mm的长度  ,两级螺杆确保熔化塑料颗粒的同时送入纤维  ,保证均匀地混合 ,真正达到增加强度的目的  。以汽车气囊外壳的长纤维直接注塑为例  ,使用16mm玻纤直接注塑  ,50%的玻纤长度都可以大于2mm  ,大大优于长纤维粒料的注塑  。

  英格斯模具制造(中国)有限公司在CHINAPLAS 2015展会上曾经展出其全新FLEXflow伺服驱动阀浇口系统 ,尤其适用于汽车类大型塑件、高质光学件、高性能工程材料、窄工艺窗口的注塑应用 。在节约成本方面  ,可减小锁模力约20%  ,减轻塑件重量高达5%  。

  MuCell微发泡注塑成型技术在汽车制造中的使用日趋普及  。有媒体报道  ,路虎计划到2017年在所有车型上都采用MuCell技术  。微孔发泡是指 以热塑性材料为基体  ,通过特殊的加工工艺  ,使制品中间层密布尺寸从十到几十微米的封闭微孔 。MuCell工艺在减轻重量方面尤其具有优势 ,能够在基本保证 制件结构强度的前提下  ,重量减少可达10%;循环周期减少50%  ,平均成本降低16%-20%  。早在2000年 ,在与MIT合作的基础上 ,Trexel公 司首先利用这种技术实现了商业化应用  。包括Arbug、Demag、Engel、Husky、Dupont等在内的许多世界知名设备和原料厂商都购买了这 种技术的专利使用权  。为达到轻量化目标  ,未来MuCell仍将是业界竞相应用的技术 。