新材料与工艺手册

[轻量化工艺] 超级木材制备新型超轻质汽车外壳的工艺技术分析

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发表于 2020-8-24 11:26:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车轻量化在线】超级木材制备新型超轻质汽车外壳的工艺技术分析
薛凯琳 陈俞彤
西安交通工程学院 陕西西安 710300
摘 要:木材从力学角度上分析是一种弹性材料,在结构上呈现多孔状,木材这个特性,可以使其弯曲塑性,本文从木材弯曲的原理出发,使用超级木材制备超轻质汽车外壳汽车,论述了超级木材塑性方法、汽车安全、性能。超级木材的使用使汽车轻量化,达到减少资源消耗,降低汽车油耗,提升安全性能。
关键词:超级木材;新型超轻质汽车;外壳;工艺技术分析

木制工艺品等大多采用蒸汽弯曲法,蒸汽弯曲法这项木制工艺已经传承了两千年,现在仍是木匠最喜欢使用的技巧之一。这项工艺能暂时性的将刚性木材转变成柔韧可弯曲的木条。超级木材的应用于汽车上将用到蒸汽弯曲法。

1 超级木材制备新型超轻质汽车外壳的解释
用木头作为汽车最早的车身材料,完全是受早期工业技术落后的影响。作为探索性研究,木材是天然材料,具有钢材、水泥、塑料等材料无法替代的优势。因此笔者认为汽车的壳体,座椅、仪表板、车门内侧、甚至整个汽车的大梁框架等,均可探索性使用木材材料。

2 木材制备成可使用的汽车外壳木材的历史参考
采用木材蒸汽弯曲法,这项木制工艺在我国历史上传承了两千年之久。这项工艺能暂时性的将刚性木材转变成柔韧可弯曲的木条,从而提高了材料的塑形。从历史上看,蒸汽弯曲法一直被木制船舶制造商用于生产弯曲的船肋、摇椅的弯曲基座、弦乐器弯曲的侧板(如吉他,大提琴和小提琴)。只要将蒸汽发生器(一般为带有软管烧水壶)或自制锅炉连接到密闭的蒸汽箱,便可将木构件放入蒸汽箱内进行塑形了。使用这种方法,即使是实木的木板也可以弯曲成精美的流线型曲线。而一些较薄的板材则可以变得非常柔软,以至于可以将其打结而不会断裂。其原理为,当暴露于蒸汽箱内高温的水蒸气时,一块木头粘合在一起的木酚素开始软化,此时木材的主要结构—纤维素便可被弯曲成新的形状。当木材被弯曲成既定形状之后,再将其返回到正常的室内温度和湿度的环境时,木酚素便开始冷却并恢复其原始硬度,与此同时弯曲的形状也被保存了下来。

3 使用超级木材制备汽车外壳的应用安全探究
据英媒《太阳报》报道:科学家发现了一种能够使木材强度提高12倍的方法,科学家试图用一种更轻、更便宜、可再生的木材来代替钢铁。这种坚固的材料能够阻挡子弹,可以用于制造汽车、飞机、建筑物甚至是防弹衣。像AK47、我国的八一杠等能在100米之内就穿透6毫米的钢板,所以普通材料制作的车门挡子弹是不可能的。
在飞速的子弹面前,车门跟一张纸没什么区别。曾经有相关人员做过测试,以7.6mm口径的冲锋枪射击两扇警车车门,射击距离为50米,仅仅一秒钟,子弹就轻松穿过车门,并把车门打成了马蜂窝。所以理论上,他们所做的一项实验是用类似于子弹的弹丸射击普通木材和超级木材,超级木材挡住了射击而普通木材被弹丸直接击穿。实验表明使用超级木材制备汽车外壳驾驶以及乘坐人员安全保障会大幅度提高。

4 使用超级木材制备汽车汽车性能优化4.1 首先是能够降低油耗
有试验证明,车辆每减重10%,油耗即可下降6%~8%。也就是说车辆每减重100kg,百公里油耗即可降低0.3L-0.6L。同时,车辆每减重100kg,二氧化碳排放可减少约5g/公里,汽车减重对于节能减排也有很大的帮助。举个例子,比如别克家的君越,新一代车型通过减重155kg,油耗也成功降低了2.2L,日后的用车成本必定也会大大降低,可见车辆“减肥”对于油耗有很大的帮助(当然发动机技术或者其他因素也会影响油耗)。另外,如果是电动车,每减重10%,续航能力就会增加5%~8%。

4.2 增加操控性
众所周知,小车肯定要比大车更有操控性,比如开一辆小轿车和开一辆大型的SUV而言,自然是小轿车更加灵活,更有操控。汽车减重,实现轻量化,让车辆更有操控性。而汽车减重之后最明显的表现就是车子跑起来会更加轻便,加速更快。车辆每减重10%,加速可提升8%;同时,车辆越轻,刹车时的距离也会相对缩短。车辆每减重10%,刹车距离可缩短5%。所以说,汽车减重也大大提升了车辆的操控性。

4.3 安全性提升
很多人会认为,汽车越重,安全性越好,而汽车减重会降低车辆的安全性,但事实证明这个说法是不正确的。首先汽车的安全性分为主动安全和被动安全。在主动安全方面,车辆上会配备诸多安全系统来增加车辆的安全性,比如ESP车身稳定系统、车道偏离、主动刹车等。反而一台质量较轻的车辆在紧急状况下,凭借主动安全系统以及制动系统的帮助,可以更容易刹停,避免意外的发生。而在被动安全方面,是指车辆上的车身结构、安全气囊、防撞钢梁等。工程师们在车身结构方面通过采用多种高强度的钢材料使车辆更加轻量化,同时又提升了车辆的安全性,一举两得。所以,如果车辆减重之后,凭借主动系统和被动安全系统的帮助,安全性方面会占有一定的优势。无论是国内还是国外,汽车轻量化势在必行,成为当下各家车企必须要攻克的难题。

5 结语
综上所述,超级木材制备新型超轻质汽车外壳,在加工时进行弯曲、塑形更是不在话下,使用超级木材制备汽车外壳不仅在人员安全、汽车性能、资源环境等多方面有质的飞跃更能使人类贴近自然,代表着未来新的一种品位与格调。


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