如今，新車(chē)發(fā)布，“輕量化”成為絕對(duì)的焦點(diǎn)！產(chǎn)品介紹中總少不了“采用了輕量化的車(chē)身技術(shù)”、“整車(chē)減重10%”之類(lèi)的描述。要達(dá)致輕量化，除了優(yōu)化結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)之外，大多圍繞在材料選取之上。
一般塑料的比重在0.9-1.6，玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的比重在2.0以?xún)?nèi)，而A3鋼為7.6，黃銅為8.4，鋁為2.7。因此，雖然在強(qiáng)度上不如碳纖維、金屬材料，但是從比重上來(lái)說(shuō)，塑料的輕量化效果最好，可謂汽車(chē)輕量化的首選材料。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量，汽車(chē)的動(dòng)力、舒適性及安全性卻得以提升。未來(lái)其創(chuàng)新應(yīng)用有可能顛覆傳統(tǒng)汽車(chē)。
三條路子讓車(chē)子減重
新修訂的《乘用車(chē)燃料消耗量限值》國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，將于2016年1月1日起執(zhí)行，每年將設(shè)置油耗達(dá)標(biāo)值，直至到2020乘用車(chē)平均油耗降至5.0升/100公里。愈趨嚴(yán)格的油耗法規(guī)，促使所有汽車(chē)制造企業(yè)不遺余力地開(kāi)發(fā)汽車(chē)輕量化技術(shù)。
汽車(chē)輕量化并不是單純的減重，需要同時(shí)兼顧產(chǎn)品功能、成本及質(zhì)量等要素。就“以塑代鋼”而言，主要有三個(gè)途徑：優(yōu)化材料質(zhì)量；模塊化與集成化；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
材料高性能最關(guān)鍵
國(guó)外汽車(chē)品牌現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模使用高性能工程塑料和塑料復(fù)合材料。未來(lái)汽車(chē)的車(chē)門(mén)、車(chē)頂、座椅部件、輪轂以及汽車(chē)周邊結(jié)構(gòu)件，甚至車(chē)身都有可能改用工程塑料。采用纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料材料制作的車(chē)身與鋼制車(chē)身相比，可降重35%；如果采用碳纖增強(qiáng)復(fù)合材料，則可降重60%以上。
蜂窩夾層結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)內(nèi)飾，包括后備箱地板、車(chē)頂內(nèi)襯和后窗臺(tái)板。新款奔馳smartfortwo在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)頂篷中使用了巴斯夫ElastoflexE聚氨酯泡沫塑料，其頂篷模塊由蜂窩夾層和玻璃纖維襯墊組成，比普通頂篷減輕30%左右，但依然保持較好的強(qiáng)度和抗彎剛度。
而朗盛子公司Bond-Laminates推出的一種基于聚丙烯的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料Tepexdynalite，在輕量化汽車(chē)生產(chǎn)中也蘊(yùn)含著重大機(jī)遇，尤其是在有高強(qiáng)度需求的大型組件中，比如：后備箱底板、電動(dòng)車(chē)增程器外殼和座椅組件等。
模塊化生產(chǎn)已成趨勢(shì)
在模塊化、集成化方面，塑料有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。目前很多部件及系統(tǒng)，如側(cè)門(mén)系統(tǒng)、儀表臺(tái)系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)。全塑框架、局部金屬嵌件增強(qiáng)的集成化模塊前端結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)30%的減重效果，并可大大減少零件的數(shù)量，提升裝配效率。據(jù)悉，寶馬、奔馳、通用、雷諾、標(biāo)志等眾多歐美企業(yè)已經(jīng)成熟應(yīng)用前端模塊、門(mén)模塊技術(shù)。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不可忽略
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也是輕量化的重要途徑，在滿(mǎn)足工藝要求的前提下進(jìn)行結(jié)構(gòu)形狀和尺寸設(shè)計(jì)。例如保險(xiǎn)杠的薄壁化開(kāi)發(fā)，常規(guī)的設(shè)計(jì)為3.0MM壁厚，采用普通的PP滑石粉材料，單件重量4-5kg。據(jù)吉利汽車(chē)研究院總工程師熊飛介紹，吉利采用2.5mm壁厚設(shè)計(jì)，高剛性PP材料，單件減重10%-15%。同時(shí)，他指出，要實(shí)現(xiàn)輕量化不能局限于材料，只有車(chē)廠的材料部門(mén)參與到整車(chē)設(shè)計(jì)中，才能有效地推動(dòng)新材料、新工藝的應(yīng)用。換言之，性能與設(shè)計(jì)是汽車(chē)的根本，材料要為圍繞這兩點(diǎn)來(lái)開(kāi)發(fā)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)輕量化，進(jìn)而獲得更好的燃油效率以及整車(chē)的性能屬性。
創(chuàng)新工藝來(lái)護(hù)航
長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，以及改性的低密度、微發(fā)泡、薄壁化塑料材料等是目前車(chē)用材料研究的熱點(diǎn)。這些材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用離不開(kāi)創(chuàng)新工藝的支持。
長(zhǎng)纖維注塑，就是輕量化結(jié)構(gòu)件的一種創(chuàng)新工藝。Arbug（阿博格）開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)纖維直接注塑，通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料，能夠?qū)⑦B續(xù)的纖維切成15-50mm的長(zhǎng)度，兩級(jí)螺桿確保熔化塑料顆粒的同時(shí)送入纖維，保證均勻地混合，真正達(dá)到增加強(qiáng)度的目的。以汽車(chē)氣囊外殼的長(zhǎng)纖維直接注塑為例，使用16mm玻纖直接注塑，50%的玻纖長(zhǎng)度都可以大于2mm，大大優(yōu)于長(zhǎng)纖維粒料的注塑。
英格斯模具制造（中國(guó)）有限公司在CHINAPLAS2015展會(huì)上曾經(jīng)展出其全新FLEXflow伺服驅(qū)動(dòng)閥澆口系統(tǒng)，尤其適用于汽車(chē)類(lèi)大型塑件、高質(zhì)光學(xué)件、高性能工程材料、窄工藝窗口的注塑應(yīng)用。在節(jié)約成本方面，可減小鎖模力約20%，減輕塑件重量高達(dá)5%。
MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)在汽車(chē)制造中的使用日趨普及。有媒體報(bào)道，路虎計(jì)劃到2017年在所有車(chē)型上都采用MuCell技術(shù)。微孔發(fā)泡是指以熱塑性材料為基體，通過(guò)特殊的加工工藝，使制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。MuCell工藝在減輕重量方面尤其具有優(yōu)勢(shì)，能夠在基本保證制件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，重量減少可達(dá)10%；循環(huán)周期減少50%，平均成本降低16%-20%。早在2000年，在與MIT合作的基礎(chǔ)上，Trexel公司首先利用這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。包括Arbug、Demag、Engel、Husky、Dupont等在內(nèi)的許多世界知名設(shè)備和原料廠商都購(gòu)買(mǎi)了這種技術(shù)的專(zhuān)利使用權(quán)。為達(dá)到輕量化目標(biāo)，未來(lái)MuCell仍將是業(yè)界競(jìng)相應(yīng)用的技術(shù)。
