新材料与工艺手册

[车身轻量化] 让车身更加轻量化

4
回复
2912
查看
[复制链接]

微信扫一扫 分享朋友圈

发表于 2014-10-19 17:10:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

注册后就可以查看哦!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x

让车身更加轻量化

让车身更加轻量化

        未来的轿车应该明显地更加轻巧一些。在减轻汽车重量的过程中,很多人寄希望于碳纤维增强材料的应用发挥关键性的作用,从而开辟一个全新的应用领域。但是,在实践中并非如此。
        汽车工业发展到今天,汽车设计师应该更多关注未来汽车强劲的动力将来源于最新的白车架生产方案。
        碳纤维与铝合金之争
        在电动汽车的发展中,人们认为碳纤维材料的大范围应用将会极大地减轻车身重量,从而为电动汽车带来更远的行驶距离。宝马公司的Megacity Vehicle超级城市轿车MCV的轻结构设计使用的是碳纤维材料。但是,奥迪公司走的是另外一条减重道路,他们坚持研究铝合金的车架设计方案。
        1.高贵的碳纤维零件
        碳纤维零件是如何制造的?首先把一层层预浸渍坯料放入凹模中,在计算机控制的激光切割机下以毫米级精确度裁剪成坯料。高素质的专业工人用裁刀和地毯刀把浸满树脂的片状坯料放入最终成形的模具中。整个生产过程都是在21℃恒温的超净室中完成的。与这一生产制造过程同样费时费力的还有储藏,大卷的碳纤维坯料都保存在室温零下20℃的冷库中,以避免碳纤维材料提前老化。
        下一个步骤是:进入热压釜之前要在50Pa的低压真空环境中包裹到芯轴类模具上;由于碳纤维材料零部件固化后气泡是无法排除的,因此工程师们每一个密封套只用一次;在0.6MPa压力下,135℃的热压釜中烘干3~5h后,现在尚且柔软的坯料就变成了坚固的车顶骨架。无需任何后续加工就可以满足A级轿车表面质量的要求了。
        如此复杂的制造过程,对于每年1000辆的产量这一生产工艺技术是合适的,在大批量生产过程中则不能采用这样的生产组织方式。
        2.普通的铝合金车架
        为什么奥迪公司没有采用CFK碳纤维材料制造零部件,奥迪公司没有人解释原因。碳纤维材料在最大抗拉强度相同时只比钢材轻一半,比铝合金轻30%,但其生产成本大约是钢材的50倍。这也许可以解释了:过高的价格源于零部件研发过程中的不确定因素。因为碳纤维材料承载性能的模拟试验还不像钢材或者铝合金材料那样多,不能提供那样丰富的数据和信息。因此,奥迪公司的专家们对使用CFK碳纤维材料制作的R8样车的倾翻事故测试的损毁情况解释中给出了明确的注释。
        可见,碳纤维材料的高成本决定了其应用的局限性。但是,为了能利用这一优秀的材料,工程师们希望通过提高碳纤维材料零部件生产制造自动化程度来缩短生产制造周期。兰博基尼公司的专家开发了所谓的“复合锻造”技术。这一技术中所使用的碳纤维材料与传统工艺技术不同,是长度在2.5~5cm之间的短纤维。每一平方英寸中多达500万根碳纤维交织在一起。在1000t压力机的压力下,这些短纤维在150℃的温度下“熔接”在一起,120s后即可成为一个完整的汽车部件。
        功能集成
        更好地利用各种材料的特性,将其功能集成在一起,一些OEM汽车生产厂结成了紧密的合作伙伴:奥迪公司与设备制造厂Voith公司合作,戴姆勒跟合成纤维材料技术方面全球领先的日本Toray公司合作,而宝马公司与SGL公司接上了关系。
        其他降低生产成本的可能性在于零部件和功能的集成。根据碳纤维汽车零部件的研发、生产和制造,OEM汽车生产厂也考虑将零部件的产量提高到“几万件”,从而降低成本。宝马公司把这一产量称之为“新的标准”,戴姆勒公司也根据自己的实践经验认可了这一数字。确切地说,碳纤维合成材料仅仅是承上启下、把车架安装到车轮上的一个工具。汽车重要的抗碰撞零部件将像以前一样采用钢材或者铝合金材料制造。
        因此,奥迪公司在空间框架结构车架的二次研发中采用了MSF复合材料。新型奥迪A6的车架就代表了这一发展方向。整个车架是由钢材和铝合金材料制造的,其重量比全部使用钢材的车架轻15%。而且,在空间框架的某些部位用铝合金材料保持了“车架空间框架结构刚性原则”。从中期发展的角度看,这种车架结构设计中将会采用钢制空心管材。这种倾向呈明显的上升趋势。同时,大批量生产中所使用的半成品材料数量也在不断地增加。原来在车架生产过程中占主导地位的是钢材和铝合金材料,将来则会是塑料镁合金的材料复合。这里的主旋律是:最合适强度和最合适质量等级的最合适材料用在最合适的地方。
        当然,对于钢材和铝合金材料的研发依然不能止步,奥迪公司的工程师们就与他们的材料供应商一起开发新的材料质量等级:抗拉强度高达500MPa的铝合金材料,比传统的铝合金材料提高了60%。
        结语
        仅仅是复合材料空间框架结构车架一项措施是不能胜任轿车的减重任务的。对于高档轿车生产厂家来讲,这也许是一种正确的战略,但对于高档轿车市场来讲则不一定。宝马公司的MCV项目原则上是一条正确的途径,只是所使用的材料是一种不适合于大批量生产的原材料。
        未来,汽车的驱动模块可能使用的是三缸柴油发动机,驾驶室是钢材或者铝合金材料制造的。车辆的其他零部件都将是利用碳纤维增强材料制造的。无论是车辆的驾驶舒适性还是性能都十分优异。这里的难点在于:世界各地的汽车生产设备还没有转移到这样的生产方式之中。因此,大工业化生产的轻结构设计汽车仍将在低谷中徘徊。
发表于 2017-4-25 10:56:47 | 显示全部楼层
很好,很有借鉴意义,学习学习
回复 支持 反对

使用道具 举报

华阳碳纤维
发表于 2017-5-5 14:24:26 来自手机 | 显示全部楼层
学习学习 ,非常到位
回复 支持 反对

使用道具 举报

华阳碳纤维
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

关注汽车轻量化最新动态

官方微信

汽车材料网

全国服务热线:

0551-63857995

地址:安徽省合肥市庐阳区四里河鼎鑫中心

邮编:230001 Email:service@qichecailiao.com

Powered by 汽车轻量化在线  皖ICP备10204426号-2

小黑屋-手机版- 汽车轻量化在线