新材料与工艺手册

可持续发展的汽车轻量化技术

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发表于 2013-8-2 00:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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可持续发展的汽车轻量化技术

可持续发展的汽车轻量化技术

        大连理工大学校长申长雨院士
        2013年6月17日,在中国国际模具技术和设备展览会召开前夕,中国模具工业协会在上海举办了“汽车制造装备与模具发展论坛”。论坛上,大连理工大学校长申长雨院士做了题为《对我国汽车用塑料制品及模具技术发展的一些思考》的演讲,针对轻量化与高分子及其复合材料的应用、轻量化与塑料成型工艺以及最新模具技术的特点和发展情况进行了深入浅出的讲解。
        “轻量化是可持续发展的重要手段,其不仅仅是一个绿色制造的话题,也是一个经济话题,同时也是塑料与金属或其他材料如玻璃等材料竞争的前端,更是成型技术发展的一个主要推动力。”申院士首先强调了轻量化技术在汽车行业发展中的重要地位。
        申院士指出,汽车行业是运用高性能塑料替代金属的主要行业,可以预见的是未来几十年各种增强性和功能性塑料将会呈现出迅猛的发展势头。据了解,塑料在汽车上的每一种应用都包含着要解决结构设计、制造工艺与装备、材料选择与改性等方面的问题。除此之外,还必须解决制品的表面或涂装、联接、试验评价等问题。目前,我国大部分的车用塑料零部件设计仍以“替代设计”为主。尚未采用先进科学的设计、分析、试验、验证规范,造成塑料零部件制造业的发展缺乏科学的指导和牵引。
        为了解决这些问题,申院士表示:“希望汽车制造企业、零部件供应商、模具制造企业和材料供应商能够合作起来,成立一些联合技术开发中心,以塑料制品的数字化分析与实验验证相结合技术为突破口,加快建立先进数字化仿真平台和设计技术体系,有力牵引和指导塑料的制造与应用,突破‘跟踪设计、替代应用’的局限,形成重点产品自主设计和创新设计能力。”
        除“以塑代钢”、“以塑代玻”外,实现轻量化还有另外一条思路,即减轻已有塑料制品的重量,主要途径有以下3个:一是通过结构设计,改变塑料制件的结构形状以实现减重;二是结构形状不变,通过薄壁化实现减重;三是通过采用发泡制品实现减重。尽管目前企业能在技术上完成一些产品的制造,但大量的科学问题亟待解决。首先是“成性”性问题,制品内部微缺陷产生的机理、成型与性能关系等。
        其次是“服役”性问题,制品在极端条件下服役性能、破坏模式和机理等。第三是“工艺控制及模具优化”问题,如何通过控制成型工艺和优化模具的设计和制造,实现产品的高性能化等。为了解决上述3个问题,国家设立了973项目“高聚物成型模拟及模具设计制造中的关键问题研究” 。研究课题包括复杂多场作用下高聚物材料不同层次形态结构的演变规律;成型过程中高聚物复杂流体的跨尺度计算理论;成型后高聚物制品性能和服役行为的跨尺度分析;成型工艺控制和模具设计的多目标优化理论和方法。
        在演讲的最后,申院士介绍了两种新概念的模具技术:模内完成和3D打印。模内完成可进行模内装饰、模内贴标和模内装配等工作;另外其也可以将注塑与注塑、注塑与吹塑、次序成型以及多抽芯等各种技术集成到一个生产单元中。模内装配技术能够使生产过程更加稳定而不易受环境影响(温度、湿度),特别是对收缩和尺寸稳定性的影响,使设计具有更大的自由度、更好的结构性能。
        3D打印就是快速原型成型技术,主要包括选择性激光烧结技术和直接激光烧结技术。对于塑料制品业来说,3D打印技术最有前途的应用是医学上的应用,特别是修复外科上的应用。此外,3D打印必须与高端和特殊需要结合,必须与新材料结合,如果想应用到汽车中,必须与豪华汽车的个人化设计相结合。目前,3D打印主要用于制造具有内置随形冷却管道的注塑模具。
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