復(fù)合材料在汽車輕量化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李洋 尹才宣

1.華晨汽車工程研究院 遼寧 沈陽 110000

2.華晨雷諾金杯汽車有限公司 遼寧 沈陽 110000

引言

我國汽車工業(yè)協(xié)會在2015年公布的文件：去年我國的汽車一共賣出兩千三百多萬輛，汽車銷量再一次創(chuàng)造了新高，總銷量已經(jīng)連續(xù)6年達(dá)到世界第一。去年的年底我國民用的車輛是14476萬，平均每1000個人里面就有100輛汽車，千人的保有量首次突破100。由于私家車越來越多，因此造成了石油的消耗也越來越多。早在2014年的7月份，中國趕超美國，變成了全世界最大的石油進(jìn)口國家，汽車尾氣的污染現(xiàn)象也是十分嚴(yán)重的，不僅有害于人類的身體健康，還會造成全球變暖，引發(fā)新的災(zāi)難。因此，節(jié)能減排就變成了汽車工業(yè)工作中的重點(diǎn)，在確保行駛安全的前提之下，要做到節(jié)能減排，其中比較不錯的辦法就是輕量化。我們通過復(fù)合材料的應(yīng)用以及對成型工藝的了解，可以更清楚的認(rèn)識到復(fù)合材料的性能和適用的范圍。

1 輕量化的意義及途徑

輕量化的意義：運(yùn)用塑料或者是纖維復(fù)合材料可以使汽車看起來更加的美觀，另外使用一個更加符合空氣動力學(xué)的汽車外形，可以在整體上減少車身的重量，在規(guī)模化的生產(chǎn)之中還可以減少不必要的生產(chǎn)成本。因此我們需要研究復(fù)合材料，發(fā)展全新的成型工藝，這可是我國各個汽車公司開展輕量化研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

假如每個汽車都能減少100公斤的重量，這樣1000公里就會減少5L的能源消耗，減少排放12公斤的二氧化碳。運(yùn)用新的材料代替原材料就可以達(dá)到這個效果。

輕量化的方案有哪些：①對汽車的主流規(guī)格和車型進(jìn)行優(yōu)化，保存規(guī)格主參數(shù)里的尺度，加固整個車輛結(jié)構(gòu)的硬度，減少汽車的耗材；②運(yùn)用輕質(zhì)的材料；③設(shè)計(jì)汽車建構(gòu)的時候運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)；④運(yùn)用承載式的車身，或者是減薄的車身板料等等。

2 復(fù)合材料的定義和優(yōu)勢

復(fù)合材料其實(shí)就是2種或者是2種以上的具有不同物理的特性或者是不同化學(xué)的物質(zhì)進(jìn)行復(fù)合。

復(fù)合材料中最大的優(yōu)勢就是經(jīng)過符合的材料自身的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)越于其中的單一材料的性能。

3 樹脂基復(fù)合材料和成型工藝

這一復(fù)合材料具有以下特點(diǎn)：①設(shè)計(jì)和制造比較自由；②材料和結(jié)構(gòu)具有一致性；③產(chǎn)品的形狀設(shè)計(jì)比較的靈活。制造汽車的時候需要運(yùn)用許多復(fù)合材料，成型工藝也有很多種，以下針對常見的復(fù)合材料成型和應(yīng)用展開論述。

3.1 手糊成型工藝

我們所說的手糊成型工藝也就是說運(yùn)用手工的方法把增強(qiáng)材料以及樹脂互相交錯，然后再鋪在模具的層面之上，黏結(jié)以后固化成型這一工藝。這個成型工藝其實(shí)主要就是運(yùn)用以下幾種原材料：具有增強(qiáng)能力的材料，可以輔助的材料還有樹脂。但是手糊成型的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)過低，缺乏效率，雖然不受到尺寸形狀的限制，但是沒有足夠的穩(wěn)定性，因而主要適用于制造汽車的車殼，汽車機(jī)器蓋以及汽車保險杠等部位。

3.2 噴射成型工藝

把混合引發(fā)劑的樹脂體系，或者是包含促進(jìn)作用的樹脂體系從不一樣的樹脂罐里吸入并且在噴射強(qiáng)力進(jìn)行混合，也可以把握好時間，當(dāng)噴射槍噴出去之后再開始混合，這個時候噴射槍上面安裝的切割器需要把連續(xù)纖維切割成為短纖維然后再與樹脂進(jìn)行混合，最后再噴到模具的上面，等到噴涂達(dá)到了規(guī)定的厚度的時候，用器械進(jìn)行壓實(shí)然后固化成型，這一整個過程就是噴射成型工藝。

在噴射成型之中通常選擇的樹脂是30分鐘-40分鐘貯存的固化樹脂，一般選擇玻璃纖維作為增強(qiáng)的材料。噴射成型的效率比手糊發(fā)的效率高達(dá)2倍-4倍，雖然不需要過多的資金投入生產(chǎn)，但是自身的光潔度比較低，工作的環(huán)境比較差，主要用于生產(chǎn)汽車的車體或者這車內(nèi)的飾件。

3.3 數(shù)值傳遞模塑成型

這一工藝就是把樹脂灌入在閉合的模具里面，和那些增強(qiáng)材料進(jìn)行全面的浸潤，然后固化成型的辦法。這種方法是在近幾年里的發(fā)展是比較快速的，適用于多個品種，高質(zhì)量，中批量的新型復(fù)合材料的成型工藝，其生產(chǎn)的方法更接近產(chǎn)品的形狀補(bǔ)間。這一方法又被叫做RTM，這一工藝可以符合精準(zhǔn)，大的尺寸，外型較為復(fù)雜的模型標(biāo)準(zhǔn)，然而模具的造假很高，設(shè)計(jì)過程相當(dāng)復(fù)雜。因此通過用于生參汽車的車身版，汽車的保險杠，汽車的齒輪箱殼體還有小卡車的車廂等等。

3.4 模壓成型工藝

把一定量的預(yù)混料還有浸潤了灌到金屬的對模中，之后再加熱，最后加壓固化成型，這一方法就是模壓成型工藝。其中模壓料有很多品種，通常模壓成型的生產(chǎn)效率極高，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品尺寸比較穩(wěn)定，可以抵抗沖擊，防止碰撞，可以選擇批量的生產(chǎn)，然而這些設(shè)備的耗資比較大，模具的制造過程非常的復(fù)雜。因此，通常用在生產(chǎn)汽車的車門，汽車的儀表盤，汽車的前端框架，汽車的內(nèi)板等等。

4 小結(jié)

通過分析復(fù)合材料不同的種類，不同的成型方式，以及在汽車上不同的應(yīng)用，可以清楚地認(rèn)識到符合材料里的不同特性和參數(shù)。通過使用有限元分析軟件為復(fù)合材料的構(gòu)建開展優(yōu)化的設(shè)計(jì)和分析性能，通過合適的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的方法，檢測模型，可以省去大量不必要的費(fèi)用，減少研發(fā)時間，開展大規(guī)模的生產(chǎn)周期，加大汽車的輕量化設(shè)計(jì)之中的復(fù)合材料使用范圍。最近幾年汽車越來越多，造成石油資源的嚴(yán)重消耗以及環(huán)境保護(hù)壓力的不斷增大，另外還有循環(huán)使用的具有熱塑性的復(fù)合材料，尤其是高性能的熱塑性材料還有LFT-D工藝所生產(chǎn)的制品越來越多的在汽車輕量化設(shè)計(jì)中被應(yīng)用。另外工藝技術(shù)的不斷完善，符合裁量必將成為今后汽車精靈化的發(fā)展的主流。