复合材料在汽车轻量化设计中的应用
2019-11-26李洋尹才宣
李洋 尹才宣
1.华晨汽车工程研究院 辽宁 沈阳 110000
2.华晨雷诺金杯汽车有限公司 辽宁 沈阳 110000
引言
我国汽车工业协会在2015年公布的文件：去年我国的汽车一共卖出两千三百多万辆，汽车销量再一次创造了新高，总销量已经连续6年达到世界第一。去年的年底我国民用的车辆是14476万，平均每1000个人里面就有100辆汽车，千人的保有量首次突破100。由于私家车越来越多，因此造成了石油的消耗也越来越多。早在2014年的7月份，中国赶超美国，变成了全世界最大的石油进口国家，汽车尾气的污染现象也是十分严重的，不仅有害于人类的身体健康，还会造成全球变暖，引发新的灾难。因此，节能减排就变成了汽车工业工作中的重点，在确保行驶安全的前提之下，要做到节能减排，其中比较不错的办法就是轻量化。我们通过复合材料的应用以及对成型工艺的了解，可以更清楚的认识到复合材料的性能和适用的范围。
1 轻量化的意义及途径
轻量化的意义：运用塑料或者是纤维复合材料可以使汽车看起来更加的美观，另外使用一个更加符合空气动力学的汽车外形，可以在整体上减少车身的重量，在规模化的生产之中还可以减少不必要的生产成本。因此我们需要研究复合材料，发展全新的成型工艺，这可是我国各个汽车公司开展轻量化研究的重点领域。
假如每个汽车都能减少100公斤的重量，这样1000公里就会减少5L的能源消耗，减少排放12公斤的二氧化碳。运用新的材料代替原材料就可以达到这个效果。
轻量化的方案有哪些：①对汽车的主流规格和车型进行优化，保存规格主参数里的尺度，加固整个车辆结构的硬度，减少汽车的耗材；②运用轻质的材料；③设计汽车建构的时候运用计算机技术；④运用承载式的车身，或者是减薄的车身板料等等。
2 复合材料的定义和优势
复合材料其实就是2种或者是2种以上的具有不同物理的特性或者是不同化学的物质进行复合。
复合材料中最大的优势就是经过符合的材料自身的性能远远优越于其中的单一材料的性能。
3 树脂基复合材料和成型工艺
这一复合材料具有以下特点：①设计和制造比较自由；②材料和结构具有一致性；③产品的形状设计比较的灵活。制造汽车的时候需要运用许多复合材料，成型工艺也有很多种，以下针对常见的复合材料成型和应用展开论述。
3.1 手糊成型工艺
我们所说的手糊成型工艺也就是说运用手工的方法把增强材料以及树脂互相交错，然后再铺在模具的层面之上，黏结以后固化成型这一工艺。这个成型工艺其实主要就是运用以下几种原材料：具有增强能力的材料，可以辅助的材料还有树脂。但是手糊成型的生产设备和技术过低，缺乏效率，虽然不受到尺寸形状的限制，但是没有足够的稳定性，因而主要适用于制造汽车的车壳，汽车机器盖以及汽车保险杠等部位。
3.2 喷射成型工艺
把混合引发剂的树脂体系，或者是包含促进作用的树脂体系从不一样的树脂罐里吸入并且在喷射强力进行混合，也可以把握好时间，当喷射枪喷出去之后再开始混合，这个时候喷射枪上面安装的切割器需要把连续纤维切割成为短纤维然后再与树脂进行混合，最后再喷到模具的上面，等到喷涂达到了规定的厚度的时候，用器械进行压实然后固化成型，这一整个过程就是喷射成型工艺。
在喷射成型之中通常选择的树脂是30分钟-40分钟贮存的固化树脂，一般选择玻璃纤维作为增强的材料。喷射成型的效率比手糊发的效率高达2倍-4倍，虽然不需要过多的资金投入生产，但是自身的光洁度比较低，工作的环境比较差，主要用于生产汽车的车体或者这车内的饰件。
3.3 数值传递模塑成型
这一工艺就是把树脂灌入在闭合的模具里面，和那些增强材料进行全面的浸润，然后固化成型的办法。这种方法是在近几年里的发展是比较快速的，适用于多个品种，高质量，中批量的新型复合材料的成型工艺，其生产的方法更接近产品的形状补间。这一方法又被叫做RTM，这一工艺可以符合精准，大的尺寸，外型较为复杂的模型标准，然而模具的造假很高，设计过程相当复杂。因此通过用于生参汽车的车身版，汽车的保险杠，汽车的齿轮箱壳体还有小卡车的车厢等等。
3.4 模压成型工艺
把一定量的预混料还有浸润了灌到金属的对模中，之后再加热，最后加压固化成型，这一方法就是模压成型工艺。其中模压料有很多品种，通常模压成型的生产效率极高，生产出来的产品尺寸比较稳定，可以抵抗冲击，防止碰撞，可以选择批量的生产，然而这些设备的耗资比较大，模具的制造过程非常的复杂。因此，通常用在生产汽车的车门，汽车的仪表盘，汽车的前端框架，汽车的内板等等。
4 小结
通过分析复合材料不同的种类，不同的成型方式，以及在汽车上不同的应用，可以清楚地认识到符合材料里的不同特性和参数。通过使用有限元分析软件为复合材料的构建开展优化的设计和分析性能，通过合适的验证实验的方法，检测模型，可以省去大量不必要的费用，减少研发时间，开展大规模的生产周期，加大汽车的轻量化设计之中的复合材料使用范围。最近几年汽车越来越多，造成石油资源的严重消耗以及环境保护压力的不断增大，另外还有循环使用的具有热塑性的复合材料，尤其是高性能的热塑性材料还有LFT-D工艺所生产的制品越来越多的在汽车轻量化设计中被应用。另外工艺技术的不断完善，符合裁量必将成为今后汽车精灵化的发展的主流。
