新材料与工艺手册

让车身更加轻量化

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发表于 2012-4-26 00:00:00 | 显示全部楼层 |阅读模式

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让车身更加轻量化

让车身更加轻量化

        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50 Pa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0.6 MPa压力下,135℃的热压釜中烘干3~5 h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2.5~5 cm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1000 t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。
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