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[复合材料] 助力汽车瘦身

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发表于 2015-8-26 04:00:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
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助力汽车瘦身

助力汽车瘦身

        在汽车的轻量化进程中,新材料的涌现同时也给汽车制造商设置了难题,新材料不仅价格高昂,而且也非常难加工。作为金属成形技术的全球领先者,舒勒助力汽车轻量化,为新型材料提供成形设备及成形技术。
        一辆整车40%的重量是集中在车身上的。如果整车车身能够减轻100kg,那么按照设计原则,发动机、齿轮、底盘和制动系统的质量也将减轻16kg。其带来的影响是,每百公里油耗降低0.3~0.6L,每百公里CO2排放量降低7.5g。而电动汽车由于本身电池较重,为了达到整车重量的平衡,对汽车零部件轻量化的要求尤其高。
        在汽车的轻量化进程中,新材料的涌现同时也给汽车制造商设置了难题,新材料不仅价格高昂,而且也非常难加工,需要专门的设备和特殊的加工工艺。例如,碳纤维原材料的价格约是钢材的5倍,且需要加工碳纤维合成材料的专用压力机。
        在汽车轻量化方面,除碳纤维之外,还有高强钢和超高强钢也得到了人们的关注。这些新材料已经在汽车制造业得到了不同程度的应用。
        新型材料的成形
        作为金属成形技术的全球领先者,舒勒可以为所有的轻化量材料提供成形设备及成形技术,如高强度钢的热成形与冷成形、塑料成形、铝材料成形及高强度材料成形等。当然,不同材料所采用的加工工艺、生产设备以及生产效率也是不尽相同的。
        1998年,舒勒研制出第一台用于加工碳纤维合成材料的压力机。但相比于钢材,碳纤维的加工成本较为高昂,例如,采用舒勒的新型压力机加工完成一件碳纤维材料的周期是2~5min,而最先进的压力机生产线每分钟可以生产21件。
        热成形技术(PCH)是舒勒针对高强钢成形而研发的。通过控制模具上的工件冲压压力,在高强钢工件受到一定压力的同时对其进行快速冷却,以达到零件所需要的机械性能。当加工硼合金时可以选用更小的成形压力,通过减小模具弹性来达到目的。两者都需要专用的模具和设备,同时成形过程中需要更高的硬度。PCH工艺可以让汽车制造企业将更多的精力放在零件的设计过程上,而不用再纠结零件的冷成形了。
        为了预防热成形工艺的车身出现氧化和腐蚀,材料供应商还开发了特种涂料。当镀锌材料车身较脆的镀锌层趋于开裂时,应先硬化后再冷成形。这时,车身的直接成形应尽量用最新研发的解决方案进行。
        热成形的需求上升
        当今世界上约有200台热成形压力机,其中1/3是舒勒制造的,这一数字比过去5年增加了两倍多。热成形压力机的需求还将保持强劲增长,因为,汽车OEM厂商计划未来40%的车身都将采用高强钢材料。因其具有较好的抗拉强度,未来,可能还会有更多的汽车安全部件采用高强钢,如保险杠或者汽车B柱等。
        冷成形钢的强度能达到1200MPa,如果同时使用再热成形工艺的话就可达到1500~1800MPa。事实上,再高的强度就没有意义了,因为强度上升的同时还要考虑脆性的变化。但发动机罩和行李箱盖领域,这种材料的使用需要谨慎,因为要考虑材料的变形,是否能够吸收碰撞变形产生的能量。
        就目前来看,新型材料(如碳纤维等)尚无法完全取代传统的钢材。钢材作为汽车零部件的原材料仍将继续大量使用,但在未来,钢材或许将逐渐被能达到同样强度的轻型材料所取代。
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