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逆天的轻量化:轿车车身能减重60%?

来源:汽车轻量化在线 日期:2016年7月15日 16:58
毋庸置疑,轻量化是汽车行业发展方向之一。理论上来说,车重每减轻100千克,百公里油耗会降低0.4升左右。在保证性能前提下,轻量化汽车既省油钱又环保,对消费者和环境都颇有益处。
通常汽车轻量化需要从材料和工艺入手。随着技术的发展,新材料、新结构和新工艺结合,诞生了一种特殊的轻量化车身结构:一体成型车身。
 
      一、一体成型可减重60%
      常见轿车车身一般是由车门外板、顶盖、前后翼子板、侧围盖板、地板等一系列零部件组成,经过了钢板冲压、板件焊接、白车身涂漆和总装四道工序形成整车。车身作为承载件,是轿车重量的主要来源,并对车内乘员的安全起着保护作用。
 
     
      但是你有没有听过轿车车身还有别的制造方法?一种不需要焊接也不需要胶接的制造方法。这就是一体成型车身,它看起来则是下图这样。
 
      其实,一体成型车身还有一个更加让人意外的称呼—全塑车身。顾名思议,车身主体部分采用的是轻质滚塑材料,即一种塑料。这种车身结构不同于传统的车身制造方法,用高分子材料替代了钢材,并采用滚塑整体成型工艺制造车身,由于原材料可以进行调色处理,车身就不再需要涂漆处理了,省略了冲压和喷涂等工序,这就是“一次成型”。
 
 
 
      塑料在汽车中应用很广泛,但是全塑料制成的车身是不是出乎意料呢?这样的工艺和材料,能够让车辆大幅减轻。
 
      由于质量轻、结构简单等特点,这类车身结构主要使用在电动轿车中,也是顺应了新能源车发展趋势。以丹麦节能电动车ECOmove QBEAK为例,车身尺寸为3,000×1,750×1,630mm,整备质量仅为425Kg。而同尺寸的传统轿车车身重量基本在1,000千克以上,即使是尺寸更小的Smart,车身尺寸2,695×1,663×1,555mm,整备质量也有920-963千克。
 
      毫不夸张地说,一次成型车身采用简单结构和轻质塑料,比规格相近的金属车身减重60%以上。
 
      二、滚塑整体成型工艺:新车开发更快
      上文我们知道了这种成型工艺带来的好处,那么什么是滚塑整体成型工艺呢?简单来说就是将塑料原料加入到特定模具中,然后使模具沿着两垂直轴不断地旋转并加热,模具内的塑料会在重力和热能的作用下,均匀地涂布、熔融粘附于模腔的整个表面上,成型为所需要的形状,再经过冷却定形,脱模等工序后获得一体成型制品。下图是简化后的工艺原理图。
 
      滚塑整体成型工艺的一大特点是:可以一次性制备出具有复杂曲面的大型或者超大型的中空塑料制品。这正好满足了轿车车身体积大,外观线条流线、曲面圆滑的要求。
 
      有些人可能会混淆滚塑整体成型工艺和一体式冲压成型工艺,其实后者是出于简化焊接工艺、提高结构强度、增强美观性的目的,多见于车门冲压中,但这并没有脱离传统的车身制造方法,而前者则是一种颠覆性的方法,将车身的制造一次性完成。
 
      虽然这项技术还不是很成熟,仍处在起步发展阶段,但是这类技术仍具备很多优势。比如说:
 
      ▎传统整车开发大约需要1亿元人民币左右,这在很大程度上会制约汽车的发展,而这种新工艺简化了车身结构,降低了零部件制造难度和成本,缩短了产品制造周期;
 
      ▎相比于传统车身,全塑车身重量降低了一倍以上,这十分有利于实现车身轻量化,降低油耗的目的;
      ▎一般一次成型技术具有多种模块套件,设计自由度大,可以实现定制生产,提高了车身个性化程度;
      ▎由于车身使用了环保型塑料,制备中不会对环境产生污染,车身日常使用不会受到腐蚀,耐久度高;
      ▎可以通过对原料调色的方法直接获得A级表面的车身,与传统涂装工艺相比可以节省磷化、电泳工艺的巨大投入,使得生产过程更加环保、能耗减小。
 
      三、塑料车身也可以安全
      我们知道车身对安全的要求是很高的,这种一次成型车身真的能够达到强度要求吗,它能保护我们的安全吗?它的优点在哪里呢,缺点又在哪里呢?
      以某国产电动汽车为例,车身采用了一次成型技术,割除车门后车身质量约为71千克,整车质量也仅为500千克,但是限定安全车速不能超过60公里/小时。那么一次成型的塑料车身就真的没法保证强度了吗?No,这里有几个补强方案。
 
      由于塑料天然的强度缺点,而且容易产生收缩变形,单纯的塑料结构不足以满足强度要求。为了解决这一问题,很多一体成型车身会采用内置钢网结构或者添加强化材料如玻璃纤维等,来增强车身的结构强度。
 
       以内置钢结构为例,具体做法是将钢网内嵌入模具内部,在滚塑加热过程中使原料包覆钢网,这就好像钢筋混凝土结构一样,钢网抵消了塑料的收缩变形,提高了车身强度。此外,有的厂商为了进一步加强车身强度,还会在车身内侧增加铝制骨架,虽然重量增加了一部分,但可以有效地保证安装在骨架上面动力系统的安全。
 
 
       当然了,由于一次成型全塑车身对模具的加工精度、开合模速度、制品统一性有更高的要求,工艺难度大,如果单纯地采用纤维增强,无论是预先混合还是后混合都无法使纤维与原料均匀地混合,这直接导致了车身制品的力学性能不是很稳定。
 
      小结:
      一次成型从材料和结构角度大幅减轻了车身重量。虽然现阶段来说这种车身还存在着诸多缺点,仍处在起步阶段,但是已有提升强度的方案。
      目前该工艺还只限于低速电动汽车市场领域,未来则有望拓宽使用范围。安全性的提高将是大范围推广的关键所在。

      未来倘若你在街上看到一辆电动车,别人也许只能说:“看哪,那车是塑料的。”你大可逼格满满地说:“亲,那是一次成型车身。” 

《汽车轻量化在线》

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