为制造轻量化汽车而开发大批量的生产工艺

【汽车轻量化在线】减轻汽车重量以提高燃油经济性并降低CO2排放，这是汽车OEMs面临的一项持久性挑战。在汽车制造中使用碳纤维复合材料，可以显著减轻部件和结构的重量，并确保高性能，这是汽车行业为达到CO2排放目标而优先考虑的一个关键的战略性领域。 　　 　　　　 　　2015年，福特与华威大学WMG学院以及Gestamp和GRM公司合作开展了复合材料轻量化汽车悬架系统（简称CLASS）项目的研究，该项目旨在减轻一种转向节（用于悬架系统的部件）示范件的重量。用于悬架系统的转向节部件 　　 　　这项研究，对采用钢嵌件的复合材料部件进行了优化设计，使其比原来的部件减轻了35%，同时还开发了一种大批量的生产工艺。 　　 　　在设计过程中，这种系杆叶片部件的形状发生了很大变化，因而需要在模压成型前增加预成型步骤，这改变了原项目的研究范围，从而开发了一种由人工操作的预成型工艺，以用于创造原型。 　　 　　CLASS项目让福特团队看到了在他们的车辆中使用多种材料制成的单一部件对减重带来的巨大潜力。 　　 　　相关负责人说：“CLASS项目取得的成果大大超出了我们的预期。随着该项目的结束，我们相信，碳纤维和多种材料的应用能够使我们的汽车更轻，但我们需要看看预成型在实践中是如何实现的，这就是我们要在后续的项目中希望解决的挑战性问题，这个项目就是“提高高产量汽车复合材料的预成型能力（简称EPOCH）” 。 　　 　　推进研究 　　 　　在成功完成CLASS项目之后，另外一个项目通过论证一种全自动化的解决方案，将这项开发成果进一步地引入到系杆叶片部件上，以实现该部件的大批量生产。 　　 　　利用目前安装在WMG材料工程中心（简称MEC）的新的预成型生产线，该团队生产了一种新的预成型模具，它集成了修边功能，这意味着他们能够一步完成部件的成形和切边，从而直接获得部件的最终形状。目前安装在WMG材料工程中心（MEC）的新的预成型生产线。 　　 　　相关研究人员说：“由于我们在CLASS 项目中通过尝试切割材料而积累了经验，所以我们确认，剪切过程会更加高效而精确。我们还开发了一种订制的夹持系统，它可以确保在成形过程中保持张力以防止起皱。” 　　 　　该夹持系统可以远程控制，以便让预成型件保持绷紧，并确保部件每一次都能正确生产。 　　 　　如果该部件要在福特投入生产，那么论证自动化的预成型过程是向前迈进的重要一步。 　　 　　相关人员表示：“我们在EPOCH项目中开发的原型拥有比CLASS原型更好的质量，它像钢一样坚硬。虽然由于采用多种材料而使其更加复杂，但却能够在300s的时间内交付，这是福特现在钢部件的节拍时间，这表明采用多种材料的解决方案是可以按行业正常的生产速度进行生产的。” 　　 　　论证生产储备就绪 　　 　　两个项目共同论证了大批量生产轻量化复合材料部件的可行性。 　　 　　相关负责人说：“我们现在懂得了如何开发和设计一种由多种材料制成的部件，唯一阻碍我们的是材料成本，因为目前碳纤维行业还没有做到大批量的生产。因此，我们必须向供应链传递信息，一旦碳纤维行业的产量上来，我们就能够将这种部件用到车上。我们不再惧怕使用碳纤维或多种材料。” 　　 　　基于这两个项目的成功，正在开展后续项目的研究，该项目名为“复合材料混合的汽车悬架系统创新结构（简称CHASSIS）”，目的是调查适用于全运输货车底盘的且处在福特目标价格范围内的混合材料。