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澳门葡亰娱乐场手机版微课堂:小车非金属材质

文章作者:汽车 上传时间:2019-09-22

7月30日晚8点30分,盖世汽车网特组建盖世微课堂,以“汽车非金属材料精致豪华感及轻量化的应用研究”为主题(以微信为主体的专业群交流模式),就非金属精致感及轻量化的应用情况以及长城汽车在轻量化领域的相关成果等话题进行了探讨,邀请长城汽车股份有限公司轻量化技术部工程师张湛开堂授课,来自沃尔沃、福特、广汽、长安等整车厂以及博世、延峰、佛吉亚、麦格纳等零部件企业共393位人士在群内展开热烈讨论。以下是课堂焦点内容速记汇总,与业内共飨!

今天我讲的主题是汽车非金属材料精致豪华感及轻量化的应用研究,主要分三个部分,第一部分是非金属精致感及轻量化的应用介绍,第二是长城轻量化工作的一些成果展示,第三部分将我们工作中的一些想法与大家进行交流。

汽车非金属材料的种类很多,包括塑料、橡胶、弹性体、发泡材料、纺织面料等,在汽车上的应用领域非常广,常见于内外装饰护板、座椅面料、顶棚地毯、发动机舱周边附件等等,当前非金属主要朝着高性能化、环保化、轻量化三个方向发展,实现其在整车上的两大主要作用:一是装饰性作用,通过内外饰的精致、豪华及环保来实现整车品味提升,一个是功能性作用,随着材料/工艺的技术发展,不断扩展非金属的应用领域,使其能应用于更恶劣的工况下,实现了传统材料的替代,如金属、橡胶以及不同塑料间的替代。

豪华感知应用研究领域包括模内装饰、免喷涂材料、高品质纺织面料/皮革的应用,以及低压注塑/发泡工艺等方面上的一些研究,本次主要从模内装饰、钢琴黑、防麂皮材料以及在吸音隔热方面的效果上进行展示。

模内装饰效果可以实现更丰富的花纹设计、金属质感、凹凸的立体纹理以及大纵深的幅面装饰效果,其带来的高质感和强烈的视觉感受,是传统的水转印、热烫印等工艺无法比拟的,在提升整车精致豪华感方面是非常重要的一个应用。

而在内外饰方面,外饰的A/B立柱装饰板、散热格栅以及内饰的换挡器面板、中控面板等部位上均可通过高光泽的钢琴黑效果,带给人们高档的品质感受。

防麂皮面料在中高端车型的顶棚、座椅面料、门嵌饰板等部位均有应用,其触觉柔软,抗污性能好,磨砂质感为内饰带来了稳重大气的感觉。

在吸音隔热方面,材料的耐温性、吸音效果是两项重要指标。三聚氰胺泡沫材料耐180℃长期高温,具有极佳吸音效果,并可直接模压成型,同时它密度小于传统的PU泡沫、玻璃棉,实现轻量化。

而在轻量化方面,则主要是从非金属的塑料替代钢材、橡胶或塑料,以及非金属新的工艺和结构等方面进行研究。我们的轻量化研究领域非常广泛,从热塑性材料、发泡材料、弹性体材料到碳纤维材料都有研究。

澳门葡亰娱乐场手机版,聚酰胺纤维增强材料的特点就是强度高、耐热性好、冲击性好,是综合性能均衡的主要以塑代钢材料,它大量应用于高温或者强度要求较高等恶劣工况下,如进气歧管、气门室罩盖、节温器、空气管路等发动机周边零件,及油门踏板、换档器骨架等,都在广泛应用尼龙材料。

聚苯醚改性材料低线性膨胀系数、耐热性和强度,应用于车身面板件如翼子板、加油口盖等,实现以塑代钢。

同时,PC、PMMA材质的塑料玻璃,可较传统玻璃减重50%,并有较大的设计自由度,能实现三维立体造型设计,在天窗、固定窗有较好的应用前景,目前成本还较高。

玻纤增强聚丙烯、玻毡增强聚丙烯材料,是非常主流的以塑代钢材料,密度小于尼龙材料、PC/ABS、SMC,材料成本低,但强度、尺寸稳定性好,既能替代金属,同时也能替代传统的高性能材料,应用领域较广,如长纤PP前端模块,长纤仪表板骨架,长纤PP换挡器底座,长纤PP电池托架,GMT防撞梁、GMT备胎仓等等。

热固性材料SMC、BMC在某些零件上是比较常见的,如BMC大灯反射镜,强度、尺寸稳定性、耐候性较好,但密度较大。在传统的车身外板上面,热固性材料应用最早,最成熟,但由于轻量化效果不明显,逐渐被热塑性材料替代。

发泡材料的研究主要集中在聚丙烯发泡、双组份吸音棉、轻质聚氨酯、三聚氰胺几方面。

EPP材料主要是在功能性方面的一些替换,比如说替换部分PU发泡的座椅坐垫,及EPP头枕,而轻质聚氨酯材料和三聚氰胺可替代传统的吸音隔热材料,既可以实现轻量化同时也能提升车型的NVH品质。

在模块化、集成化方面,非金属材料有非常明显的优势,像前端模块、门模块都是非常好的模块化应用,也是各主机厂大力推行的以塑代钢项目,可大大减少零件的数量,提升装配效率。其轻量化的意义不仅在于轻质材料的应用,还在于零件的集成化。

三明治结构就是采用轻质内芯外加高强度外板的三层结构,质量轻,强度好,常见蜂窝板PHC材料,应用于车内搁物板等零件,既能提升性能,又能实现轻量化设计。

在工艺方面,微发泡工艺通过向传统的塑料注入惰性气体后在里面形成微小气泡来减少材料密度,从而实现质量更轻,尺寸稳定性更好。在内外饰的包覆件、以及一些结构件上均可以使用。

当然,塑料车身外板包括翼子板、加油口盖、后尾门外板等,可应用的材料种类非常多,像PP、PC/PBT、在线喷涂PPO/PA等材料,如SMART全塑的车门外板,就是用自带颜色的PP 材料去做的,轻量化效果非常好,SUV全塑尾门,及微小型车塑料外板,都是目前我们主要开展的项目。

塑料轻量化座椅,包括骨架可采用PA、GMT、LFT、LFT-D等材料,配合一些缓冲减震发泡材料如EPP,都可以使整个座椅骨架实现较大幅度的减重效果,同时也可以实现高集成化的设计。

当然,高性能工程塑料(PA、PPA、PPS等)仍主要应用于更恶劣的发动机周边附件。在发动机周边管类零件里,聚酰胺材料可替代金属、橡胶,应用于空气管路、冷却管路等零件。同时由于管的减震、耐油要求,耐热性较好的弹性体材料应用也越来越多,常见聚酰胺PA11、硫化聚烯弹性体、聚醚酯弹性体和聚酰胺弹性体。这样的塑料替代传统的金属管和橡胶管可实现减重百分之十到百分之四十,同时它采用更快捷的挤出、吹塑、注塑工艺,生产效率远高于金属管和橡胶管,设计自由度也很好。目前应用的领域主要是在于燃油管、机油冷却管、空气管路等等。

聚酰胺材料高强度、高耐热性,使其在发动机的进气管、缸盖罩以及周边的链条张紧器、气门室罩盖、节气阀上有很多塑代钢的应用。塑料进气歧管和缸盖罩已较为普及,除可实现更好的减重效果外,还在于其优异的功能集成度,如塑料缸盖罩可集成油气分离功能,塑料可变进气歧管大大提升发动机进气效率。

长城汽车一直大力推行非金属轻量化工作,也取得了一定成果。在发动机上开展了塑料油底壳、缸盖罩和进气歧管等零件的系统研究。GMT后防撞梁、GMT座椅座盆在我司的车型上已经应用。

在空气管路方面,系统调研了不同的工况条件下可应用的塑料管路材料,并完成了注塑中冷管以及一体式弹性管路的开发应用,可较传统橡胶方案减重25%~40%。

完成在线喷涂PPO/PA材料在加油口盖和翼子板上的调研,在线喷涂加油口盖已应用于各车型上,塑料翼子板完成工艺、成本及供应商资源的可行性分析。

完成PP长纤前端模块的可行性研究,并立项开发,在各车型平台上进行全面应用。

大家都在讲碳纤维复合材料,但目前国内主机厂还远未到广泛使用碳纤维的地步,因此如何更好地在现有材料工艺上进行创新和改善,实现精致感、轻量化,应该是供应商方面和主机厂自身方面都要下力度地去做的一件事,重视现有技术积累和创新,通过现有材料创新性的应用,来实现产品品质提升。

从国内供应商方面来说,在实现材料密度更小、更耐久、更耐热、尺寸稳定性更好等性能上进行持续创新,来实现材料本身的升级换代,以及生产工艺上的效率提升、节能化及新工艺的引入等方面,来实现产品品质更佳、成本更低。

从主机厂方面来说,我们研究程度还较浅,主要精力仍放在了材料应用上,侧重材料信息调研,以及应用技术可行性分析。在材料性能数据以及其对产品性能影响上还没有系统性地技术积累,因此对产品设计及性能保证的支持力度还较小。

当然,前沿性材料工艺的引入对主机厂来说是有系统性的影响,它不仅仅是一种简单材料和工艺的替代,还需要与产品设计、性能进行挂钩,局部零件的新材料应用不能只考虑它在局部性能的改进,还要把它放在整车性能的框架下去考虑它的性能是否能满足整车的性能要求,这可以说是轻量化材料工艺进行减重的前提。

问答环节:

1. 高光度高硬度2H钢琴黑免喷涂的材料,以及金属色塑料在汽车中的应用相关知识

免喷涂材料可直接实现产品表面的金属质感、哑光、彩色以及高光泽等效果,包括PMMA材料可直接注塑实现高光泽的钢琴黑效果,POM、PA/ABS、PC/ABS等材料加入金属粉后,直接注塑出来就可以实现金属质感的效果。

金属质感的装饰效果应用领域是非常广的,如内外饰装饰条、换挡器面板、门扣手、门前饰板、门踏板等都可应用。造型对装饰条要求是非常高的,免喷涂产品表面光泽度要好,不能出现瑕疵,对材料的流动性及工艺会有较高要求。

2. 想了解下关于新材料PDCPD在国外的发展情况。

对于主机厂来说,推行新材料会考虑多方面的因素。如果这种新材料能够在材料性能上不弱于原替代材料的性能,在工艺、成本上具有明显优势,并能够保证品质的稳定性,那它在汽车上的应用前景就会很好。所以判断这个材料是否有好的应用前景,还应结合本土的实际情况,看它是否能满足前面所说的要求,如果满足,那么这个材料就是一个好的材料。

3. 对于轻量化材料部件的连接问题通常有几种解决方案?分别倾向于在什么情况下采用?

传统钢材间的连接形式主要有点焊、缝焊、螺栓连接,轻量化带来了不同材料间连接的问题,像铝铝、铝钢间的连接主要有铆接、胶接,还有搅拌摩擦焊等新的连接形式,当然点焊、缝焊、螺栓连接依然有应用,但焊材及表面处理工艺会完全不同,在一个产品系统中往往需要有多种连接形式的组合。以宝马铝合金车门为例,车门内外板都是采用的铝合金材料,而车门防撞梁则采用是高强钢,其连接形式包括铆接、激光焊和螺栓连接等,而螺栓连接,是需要做不同于钢材连接的表面处理,以防止不同材料间引起的表面化学反应。

4. 今后长城汽车对轻量化的复合材料使用有何目标?

长城汽车复合材料应用在车身的底护板、前端模块、座椅骨架、换挡器支座及塑料尾门等部件上。其中尾门个性化的造型给钣金冲压工艺带来的较大的挑战,但对塑料来说却不存在难度,同时也可以实现较好的轻量化,全塑尾门在国外车型上有不少车型在用,但在国内车型上还是比较少的,是我们正在推行的一个项目。

复合材料将在合适部位尽可能地进行塑代钢,当然除了要满足零部件的性能要求之外,还要考虑产品成本是不是在车型开发成本的接受范围之内。

5. 仪表管梁塑料化后对仪表线束搭铁设计的影响,以及相应的应对措施?

整体塑化有成功案例,如要应用在国内车型上,还要结合研发要求,考虑成本和车型安全性能的要求,当然局部塑化会更加容易实现,包括很多优秀的供应商都可以在传统仪表板管梁上协助进行局部塑化的设计。塑料很容易实现与零部件的搭接,因为塑料的设计自由度远远高于金属,它可以不通过增加支架,而通过集成设计及工艺如金属嵌件注塑来实现搭接关系,同时也能满足性能要求,当然这个应该根据装配关系去探讨设计的细节。

6. 主机厂是如何考虑成本与效益,就是轻量化成本与节油耗效益的关系

油耗法规会促使主机厂增加一个较大的研发投入,进行技术升级。轻量化是其中的一个关键技术,通常我们会用下图曲线来表示重量和成本间的关系。

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从A至C点应该是主机厂都在探索的设计优化空间,也就是去掉过剩设计和冗余的材料,在这个过程是有一定的成本降低的。由于国内主机厂在设计开发能力还存在不足,往往通过采用产品的增厚、增件来保证整车安全、耐久及NVH性能要求,当前轻量化应首先考虑如何建立更系统的性能评价体系来发现性能过剩空间,以去除这些冗余,如果把这个阶段做好以后,也就具备了正向设计的能力,再去考虑使用更轻质材料及更先进的工艺来进行下一阶段的轻量化。

7. 现在长城汽车轻量化项目越来越多,也确定会逐步转成模块化,那么在这个过程中是如何考虑未来的技术升级呢?比如塑料前端模块,未来可以通过优化结构设计达到进一步减重的优化,但那时如果该零部件已经平台化或者模块化了,要改设计的话是否会涉及成本比较大,长城是如何考虑这些的呢?

轻量化的工作肯定会考虑非金属材料本身模块化的功能性,以及后期的技术升级。通常的产品成本构成主要是材料用量、工艺成本,这是固定的消耗成本,而模具成本则是分摊成本,往往只占产品成本的10%。前期设计不可能一步到位,通过技术升级会带来材料用量更小、结构更优化、性能更好,其收益会远远大于技术升级之后增加的模具分摊成本。

8. 想了解弹性体材料TPEE,TPA的应用问题,以及长城汽车热塑性弹性体TPV有无应用的案例。

TPV、TPEE、TPA是热塑性弹性体,既具备塑料较好的可塑性,也具备了一定的橡胶弹性,常见应用于空气管路、防尘套等零件上。生产效率高于橡胶材料,且轻量化效果较好,可以实现较复杂的管路设计,在传统橡胶替代方面是有较大的优势,TPEE、TPA材料的耐热性较好,可承受140~150℃的温度,在增压发动机周边部件下仍可使用。

9. 长城汽车作为国内在SUV车型方面的佼佼者,长城后期的H3、H8等车型上会用上轻量化的设计吗?

H3、H8上有较多的非金属轻量化应用,包括铝合金防撞梁、三明治材料的应用、以及塑料底护板等,我们会根据车型需求,采用这些已经成熟的材料/工艺,去替代现有的较重的材料。

严格的油耗法规促使着主机厂不断地进行轻量化的研究,尤其作为主要的SUV生产商,长城会加大力度在轻量化上进行新材料/工艺的推广,包括车身系统、底盘系统、内外饰系统的材料、工艺、结构,都会进行系统性的技术提升。

文章来源:盖世汽车网

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