新材料与工艺手册

复合材料轻量化汽车技术

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发表于 2017-3-3 11:35:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
轻量化方案筛选
汽车类别: 乘用车 
所属系统: 底盘 内外饰 
方案分类: 轻量化材料 
轻量化效果: 20-30% %
成本变化: -10%以上 
使用材料: 铝合金 镁合金 碳纤维及其复合材料 其他轻量化材料 
制造工艺: 挤压 注塑 其他工艺 
已应用企业: 美系品牌 

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 楼主| 发表于 2017-3-3 11:36:16 | 显示全部楼层
油价是全世界车主最头疼的问题之一。尽管当前油价处于近期最低水平,可问题依然存在——如何使汽车更省油?
  如果你驾驶的是机动车,你可能会想到开车时多加注意,例如掌控好刹车和加速时间,达到省油目的。如果你驾驶的是电动汽车,也许知道最多可将油耗控制到97 MPG(2.4 升/ 百公里)。
  然而,对省油最有帮助的其实是制造商对汽车的改进。随着对尾气排放和燃油经济性的监管逐步加强,汽车制造商为减轻不必要的车身负重,将不放过任何微小细节。

  复合材料轻量化概念车(MMLV)已成功面世
  由美国能源署汽车技术部资助,福特公司与麦格纳公司共同研发的复合材料轻量化概念车(MMLV)已成功面世,重量降低约25%,燃料效率提高15% 至20%。此等卓越表现得益于铝制结构以及碳纤维、镁和钛等材料的运用。
  圣戈班的两位专家——汽车底盘和传动系全球市场经理Chris Needes 与汽车外饰 NORGLIDE®轴承和RENCOL®精密定位圈全球市场经理Hans-Jürgen Jäger在前不久的采访中探讨了汽车制造商将 MMLV 技术运用到生产中所面临的挑战。
  复合材料
  “尽管我们承认复合材料汽车是汽车业的重要一部分,但将之变为现实仍需克服一些挑战,”Needes 说,“在狭小空间中使用复合材料,例如转向柱、门铰链或电动机转子内,会导致腐蚀速度加快,有可能会加速损坏其他高价部件,这样一来,轻量特性带来的优势很快就荡然无存。”
  “以门铰链为例,”Jäger说,“在狭小的空间里,钢和铝可能会发生反应。铰链条(铝制)作阴极,轴承和铰链轴(通常为钢制或含有钢)为阳极,再加上电解质,就形成了电池的构造,无疑会加速腐蚀。”
  因此,难点在于如何在结合两种不同金属的同时,防止腐蚀或生锈的加快。
  “我们已经对汽车组件使用复合材料以及材料间的相互反应进行了数年的研究,”Needes说,“在某些关键部位,如转向柱、门铰链或电动机定子支架处,使用小但重要的创新型配件可提升整体性能。”
  轻量
  “为了减轻汽车重量,减少汽车排放和油耗,我们首先要确认可‘牺牲的元素’,将一些较重的金属替换为其他轻质材料。”
  “例如可收缩的转向柱由多个锁杆组成,锁杆材质可由铝取代钢,以减轻重量。圣戈班专门为此设计了由碳钢与合金制成的精密定位圈,这种径向弹簧紧固件可以使转向柱杆间形成最佳结合,有利于使用复合材料,大大减轻汽车的重量。”
  此外,这一轻量设计还消除了制造商和客户的另一个担忧——噪音。“使用特别研制的精密定位圈可使转向轴间完美契合,减少震动,保证车内的安静环境。”
  精密定位圈常用来取代热压法或胶粘,例如,电动机定子支架使用定位圈来减轻重量,而且定子外壳可采用轻质的铝材制成,再次通过使用复合材料减轻了重量。只需用精密定位圈包裹住定子,再插入对应位置即可,组装流程也十分简易。
  “你知道吗?现在汽车上安装的电机最多已达到了25个。如果我们可以减轻每一个电机的重量,把这个数乘以25,就能极大减轻车身重量。”
  精密定位圈可承受一定胀差,如果使用钢、铝等多种材料,这一优势将大大降低组装过程中发生故障的几率。
  可见,只要能够减轻重量,制造商就会不遗余力。另一个可以减轻重量的关键部位是车门,特别是铰链部分。车上多处都装有铰链,如车门、后备箱、发动机罩和车顶天窗等处,因此总共可减轻的重量十分可观。
  “在汽车铰链方面,如果不单使用钢制品,汽车制造商和供应商可在车门上减轻多达40% 的重量,”Jäger 说道,“门铰链轴及外壳间的轴承可确保门自然平滑的开合。与传统轴承相比,复合轴承(如NORGLIDE®轴承)中使用了聚四氟乙烯(PTFE)衬垫,即使汽车门铰链轴和带子间出现角度偏差,也不受影响,可确保门始终平滑移动。”
  复合材质的轴承延长了门铰链的使用寿命,可防止油漆剥落和红锈的产生。此外,在行车过程中,PTFE 衬垫不受温度等公差变化影响,确保门铰链轴及外壳间完美契合。PTFE的特性也减少了车门在汽车报废前就嘎吱作响的可能。
  复合材料汽车是一个正确的研究方向。轻量车可以帮助消费者减少尾气排放,提高燃料效率。但如果制造商只关注在减重这一方面,可能也会出现其他问题,例如之前提到的腐蚀和生锈问题。所以,找到一个既了解全局又对复杂细节了如指掌的伙伴合作,这样才能事半功倍。

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