復合材料在汽車輕量化設計中的應用

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口國家，汽車尾氣的污染現(xiàn)象也是十分嚴重的，不僅有害于人類的身體健康，還會造成全球變暖，引發(fā)新的災難。因此，節(jié)能減排就變成了汽車工業(yè)工作中的重點，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。我們通過復合材料的應用以及對成型工藝的了解，可以更清楚的認識到復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：運用塑料或者是纖維復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領域。

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。運用新的材料代替原材料就可以達到這個效果。

輕量化的方案有哪些：①對汽車的主流規(guī)格和車型進行優(yōu)化，保存規(guī)格主參數(shù)里的尺度，加固整個車輛結構的硬度，減少汽車的耗材；②運用輕質的材料；③設計汽車建構的時候運用計算機技術；④運用承載式的車身，或者是減薄的車身板料等等。

2 復合材料的定義和優(yōu)勢

復合材料其實就是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的物質進行復合。

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

3 樹脂基復合材料和成型工藝

這一復合材料具有以下特點：①設計和制造比較自由；②材料和結構具有一致性；③產(chǎn)品的形狀設計比較的靈活。制造汽車的時候需要運用許多復合材料，成型工藝也有很多種，以下針對常見的復合材料成型和應用展開論述。

3.1 手糊成型工藝

我們所說的手糊成型工藝也就是說運用手工的方法把增強材料以及樹脂互相交錯，然后再鋪在模具的層面之上，黏結以后固化成型這一工藝。這個成型工藝其實主要就是運用以下幾種原材料：具有增強能力的材料，可以輔助的材料還有樹脂。但是手糊成型的生產(chǎn)設備和技術過低，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，或者是包含促進作用的樹脂體系從不一樣的樹脂罐里吸入并且在噴射強力進行混合，也可以把握好時間，當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行混合，最后再噴到模具的上面，等到噴涂達到了規(guī)定的厚度的時候，用器械進行壓實然后固化成型，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的材料。噴射成型的效率比手糊發(fā)的效率高達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，和那些增強材料進行全面的浸潤，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，高質量，中批量的新型復合材料的成型工藝，其生產(chǎn)的方法更接近產(chǎn)品的形狀補間。這一方法又被叫做RTM，這一工藝可以符合精準，大的尺寸，外型較為復雜的模型標準，然而模具的造假很高，設計過程相當復雜。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)，然而這些設備的耗資比較大，模具的制造過程非常的復雜。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

通過分析復合材料不同的種類，不同的成型方式，以及在汽車上不同的應用，可以清楚地認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合材料的構建開展優(yōu)化的設計和分析性能，通過合適的驗證實驗的方法，檢測模型，可以省去大量不必要的費用，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計之中的復合材料使用范圍。最近幾年汽車越來越多，造成石油資源的嚴重消耗以及環(huán)境保護壓力的不斷增大，另外還有循環(huán)使用的具有熱塑性的復合材料，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計中被應用。另外工藝技術的不斷完善，符合裁量必將成為今后汽車精靈化的發(fā)展的主流。