浙江车网讯:汽车轻量化可以通过轻量化材料、轻量化结构和轻量化制造技术实现。在众多的轻量化材料中,碳纤维复合材料具有优异的综合力学性能:比强度(强度与密度之比)、比模量(模量与密度之比)和比吸能(有效破坏长度内单位质量吸收的能量)高,在等刚度或等强度设计原则下,碳纤维复合材料结构比低碳钢结构减重50%以上,比镁/铝合金结构减重达30%,同时其可减少70%装配零件数量;拥有良好的抗疲劳性、耐腐蚀性,零件使用寿命高。然而碳纤维的高成本以及复杂的制造工艺极大地制约了碳纤维复合材料在汽车上的应用。发展碳纤维复合材料汽车零部件设计制造关键技术已成为中国汽车产业节能环保、转型升级的战略举措,2015年国务院发布的《中国制造2025》中已明确将碳纤维复合材料汽车零部件技术作为节能与新能源汽车领域的重要发展方向。
轻质高强金属、塑料和复合材料等为代表的轻质材料应用是当前汽车实现轻量化的首要途径,也是未来发展汽车轻量化技术的重要内容。由于巨大的轻量化潜力,碳纤维复合材料在汽车上的应用范围将不断扩大,应用层次也将不断提升。
1、由高端车型向普及型汽车发展。碳纤维复合材料在发展之初由于成本过高、制造工艺复杂等原因,仅在对性能要求极高的F1赛车、超级跑车上使用。随着碳纤维成本的下降与高效制造工艺的不断成熟,碳纤维复合材料汽车零部件逐渐出现在各大主机厂商的普及型汽车上,如中低档轿车与新能源汽车。
2、由次结构件向主结构件发展。出于对安全性、制造工艺等问题的考虑,碳纤维复合材料仅应用于对性能要求较低的内饰件以及车身覆盖件等次结构件上,往往造成材料性能过剩。在结构设计方法与成型加工技术逐渐成熟的推动下,碳纤维复合材料在B柱、地板、轮毂等结构件上的应用不断出现,材料综合性能也得到更充分利用。
由单件小批量生产到规模化生产。长久以来,以手工为主的单件小批量生产模式一直占据着碳纤维复合材料汽车零部件主要制造过程,因而易于造成产品质量难以保证、制造成本较高与生产效率较低。随着碳纤维复合材料汽车零部件的用量不断增加和应用要求不断提高,碳纤维复合材料汽车零部件也必向以自动化、数字化、智能化为主的规模化生产模式转变,推动汽车零部件的低成本与高效制造过程。
山东英特力新材料有限公司(www.itlxcl.com)研发部经过2年多技术攻关,基于原有碳纤维复合材料军用方舱一体化成型工艺基础上,开发出引擎盖、车门、汽车内饰件、制动器衬片、传动轴、轮毂等碳纤维复合材料汽车标准件,通过将传统VARI、RTM、热压罐成型工艺与智能控制技术结合,实现碳纤维复合材料自动化成型及优质外观汽车标准零件及车身覆盖件大规模生产,目前已和国内多个新能源汽车厂家达成合作,批量化开始生产,初步构建碳纤维复材汽车覆盖件加工示范基地。该工艺技术的成功不仅在轨道交通领域有广泛的应用前景,而且其对于航空航天、船舶等领域具有广阔的市场前景,其产业化将促进机械制造工业布局的多元化,并为国家安全和提高民族装备制造水平做出贡献。