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

摘 要 在汽車開(kāi)展輕量化設(shè)計(jì)的時(shí)候運(yùn)用復(fù)合材料是最近幾年在汽車輕量化技術(shù)中迅速普及的方法之一，本人通過(guò)觀察已有的復(fù)合材料與這些復(fù)合材料在汽車上的個(gè)別應(yīng)用中所選擇的成型工藝，可以得出不同的成型工藝中復(fù)合材料擁有哪些性能。在以后的研究中，通過(guò)有限元仿真的技術(shù)，對(duì)各成型工藝生產(chǎn)出來(lái)的復(fù)合材料在汽車別的部位的使用進(jìn)行測(cè)量，以為其在汽車輕量的設(shè)計(jì)里獲得更廣泛的使用。

關(guān)鍵詞 復(fù)合材料;輕量化;應(yīng)用

引言

我國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)在2015年公布的文件：去年我國(guó)的汽車一共賣出兩千三百多萬(wàn)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(guó)民用的車輛是14476萬(wàn)，平均每1000個(gè)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(lái)越多，因此造成了石油的消耗也越來(lái)越多。早在2014年的7月份，中國(guó)趕超美國(guó)，變成了全世界最大的石油進(jìn)口國(guó)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(huì)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(cuò)的辦法就是輕量化。我們通過(guò)復(fù)合材料的應(yīng)用以及對(duì)成型工藝的了解，可以更清楚的認(rèn)識(shí)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(lái)更加的美觀，另外使用一個(gè)更加符合空氣動(dòng)力學(xué)的汽車外形，可以在整體上減少車身的重量，在規(guī)?；纳a(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(guó)各個(gè)汽車公司開(kāi)展輕量化研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。

假如每個(gè)汽車都能減少100公斤的重量，這樣1000公里就會(huì)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(gè)效果。

輕量化的方案有哪些：①對(duì)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(gè)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(shí)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(shì)

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(shì)就是經(jīng)過(guò)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(shù)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(shí)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(duì)常見(jiàn)的復(fù)合材料成型和應(yīng)用展開(kāi)論述。

3.1 手糊成型工藝

我們所說(shuō)的手糊成型工藝也就是說(shuō)運(yùn)用手工的方法把增強(qiáng)材料以及樹(shù)脂互相交錯(cuò)，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(gè)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(shù)脂。但是手糊成型的生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)過(guò)低，缺乏效率，雖然不受到尺寸形狀的限制，但是沒(méi)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(xiǎn)杠等部位。

3.2 噴射成型工藝

把混合引發(fā)劑的樹(shù)脂體系，或者是包含促進(jìn)作用的樹(shù)脂體系從不一樣的樹(shù)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(shí)間，當(dāng)噴射槍噴出去之后再開(kāi)始混合，這個(gè)時(shí)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(shù)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(shí)候，用器械進(jìn)行壓實(shí)然后固化成型，這一整個(gè)過(guò)程就是噴射成型工藝。

在噴射成型之中通常選擇的樹(shù)脂是30分鐘-40分鐘貯存的固化樹(shù)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(guò)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(shù)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(rùn)，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(gè)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(guò)程相當(dāng)復(fù)雜。因此通過(guò)用于生參汽車的車身版，汽車的保險(xiǎn)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(rùn)了灌到金屬的對(duì)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(lái)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(guò)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(guò)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(shí)到符合材料里的不同特性和參數(shù)。通過(guò)使用有限元分析軟件為復(fù)合材料的構(gòu)建開(kāi)展優(yōu)化的設(shè)計(jì)和分析性能，通過(guò)合適的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的方法，檢測(cè)模型，可以省去大量不必要的費(fèi)用，減少研發(fā)時(shí)間，開(kāi)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(lái)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(lái)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。

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