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汽車輕量化:汽車注塑模具的顛覆之旅

瀏覽次數: 日期:2016-08-10

一般塑料的比重在0.9-1.6,玻纖增強復合材料的比重在2.0以內,而A3鋼為7.6,黃銅為8.4,鋁為2.7。因此,雖然在強度上不如碳纖維、金屬材料,但是從比重上來說,塑料的輕量化效果最好,可謂汽車輕量化的首選材料。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量,汽車的動力、舒適性及安全性卻得以提升。未來其創新應用有可能顛覆傳統汽車。
 
     三條路子讓車子減重
 
     新修訂的《乘用車燃料消耗量限值》國家強制性標準,將于2016年1月1日起執行,每年將設置油耗達標值,直至到2020乘用車平均油耗降至5.0升/100公里。愈趨嚴格的油耗法規,促使所有汽車制造企業不遺余力地開發汽車輕量化技術。
 
     汽車輕量化并不是單純的減重,需要同時兼顧產品功能、成本及質量等要素。就“以塑代鋼”而言,主要有三個途徑:優化材料質量;模塊化與集成化;結構優化設計。
 
     材料高性能最關鍵
 
     國外汽車品牌現在已經大規模使用高性能工程塑料和塑料復合材料。未來汽車的車門、車頂、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結構件,甚至車身都有可能改用工程塑料。采用纖維增強復合塑料材料制作的車身與鋼制車身相比,可降重35%;如果采用碳纖增強復合材料,則可降重60%以上。
 
     蜂窩夾層結構已廣泛應用于汽車內飾,包括后備箱地板、車頂內襯和后窗臺板。新款奔馳smartfortwo在蜂窩夾層結構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纖維增強復合材料Tepexdynalite,在輕量化汽車生產中也蘊含著重大機遇,尤其是在有高強度需求的大型組件中,比如:后備箱底板、電動車增程器外殼和座椅組件等。
 
     模塊化生產已成趨勢
 
     在模塊化、集成化方面,塑料有非常明顯的優勢。目前很多部件及系統,如側門系統、儀表臺系統、發動機系統等已經實現模塊化生產。全塑框架、局部金屬嵌件增強的集成化模塊前端結構能夠實現30%的減重效果,并可大大減少零件的數量,提升裝配效率。據悉,寶馬、奔馳、通用、雷諾、標志等眾多歐美企業已經成熟應用前端模塊、門模塊技術。
 
     結構優化設計不可忽略
 
     結構優化設計也是輕量化的重要途徑,在滿足工藝要求的前提下進行結構形狀和尺寸設計。例如保險杠的薄壁化開發,常規的設計為3.0MM壁厚,采用普通的PP滑石粉材料,單件重量4-5kg。據吉利汽車研究院總工程師熊飛介紹,吉利采用2.5mm壁厚設計,高剛性PP材料,單件減重10%-15%。同時,他指出,要實現輕量化不能局限于材料,只有車廠的材料部門參與到整車設計中,才能有效地推動新材料、新工藝的應用。換言之,性能與設計是汽車的根本,材料要為圍繞這兩點來開發,在此基礎上實現輕量化,進而獲得更好的燃油效率以及整車的性能屬性。
 
     創新工藝來護航
 
     長玻纖增強復合材料、碳纖維增強復合材料,以及改性的低密度、微發泡、薄壁化塑料材料等是目前車用材料研究的熱點。這些材料的開發和應用離不開創新工藝的支持。
 
     長纖維注塑,就是輕量化結構件的一種創新工藝。Arbug(阿博格)開發的長纖維直接注塑,通過伺服電機驅動的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料,能夠將連續的纖維切成15-50mm的長度,兩級螺桿確保熔化塑料顆粒的同時送入纖維,保證均勻地混合,真正達到增加強度的目的。以汽車氣囊外殼的長纖維直接注塑為例,使用16mm玻纖直接注塑,50%的玻纖長度都可以大于2mm,大大優于長纖維粒料的注塑。
 
     英格斯模具制造(中國)有限公司在CHINAPLAS2015展會上曾經展出其全新FLEXflow伺服驅動閥澆口系統,尤其適用于汽車類大型塑件、高質光學件、高性能工程材料、窄工藝窗口的注塑應用。在節約成本方面,可減小鎖模力約20%,減輕塑件重量高達5%。
 
     MuCell微發泡注塑成型技術在汽車制造中的使用日趨普及。有媒體報道,路虎計劃到2017年在所有車型上都采用MuCell技術。微孔發泡是指以熱塑性材料為基體,通過特殊的加工工藝,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勢,能夠在基本保證制件結構強度的前提下,重量減少可達10%;循環周期減少50%,平均成本降低16%-20%。早在2000年,在與MIT合作的基礎上,Trexel公司首先利用這種技術實現了商業化應用。包括Arbug、Demag、Engel、Husky、Dupont等在內的許多世界知名設備和原料廠商都購買了這種技術的專利使用權。為達到輕量化目標,未來MuCell仍將是業界競相應用的技術。
 
     匯聚世界尖端塑料技術的CHINAPLAS2016國際橡塑展,將于2016年4月25-28日在上海新國際博覽中心(浦東)盛大舉行,展場面積逾24萬平方米,云集世界各地超過3,200多家展商及多個國家展團。目前,已預訂展位的知名參展商包括巴斯夫、BirlaCarbon、塞拉尼斯、埃克森美孚、科萊恩、三井化學、帝斯曼、LG化學、贏創、苯領、寶理、SK綜合化學、蘇威、帝人、巨石集團、住友、東麗、德馬格、恩格爾、方力、哈希斯、哈斯高、英格斯、馬斯特模具、寧波雙馬、諾信、圣萬提、伊之密、柳道、云天化、朗力等等。
 
     展會預計將有超過來自150個國家/地區逾140,000名專業觀眾蒞臨展會洽談業務與采購。歷屆吸引了許多國際知名的整車及汽配企業參與盛會,當中包括比亞迪、東風日產、一汽大眾、福士、北汽、通用汽車、三菱汽車、上海汽車、四維爾丸井、鄭州宇通、延峰汽車、納威司達、海德世拉索、昭和汽車零部件、晝田汽車部件等等。即將迎來“30歲”黃金年齡的這一展會,必將呈現出生機勃勃的盛景,迎接更加輝煌的未來。

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