毋庸置疑,輕量化是汽車(chē)行業(yè)發(fā)展方向之一。理論上來(lái)說(shuō),車(chē)重每減輕100千克,百公里油耗會(huì)降低0.4升左右。在保證性能前提下,輕量化汽車(chē)既省油錢(qián)又環(huán)保,對(duì)消費(fèi)者和環(huán)境都頗有益處。
通常汽車(chē)輕量化需要從材料和工藝入手。隨著技術(shù)的發(fā)展,新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝結(jié)合,誕生了一種特殊的輕量化車(chē)身結(jié)構(gòu):一體成型車(chē)身。
1、一體成型可減重60%
常見(jiàn)轎車(chē)車(chē)身一般是由車(chē)門(mén)外板、頂蓋、前后翼子板、側(cè)圍蓋板、地板等一系列零部件組成,經(jīng)過(guò)了鋼板沖壓、板件焊接、白車(chē)身涂漆和總裝四道工序形成整車(chē)。車(chē)身作為承載件,是轎車(chē)重量的主要來(lái)源,并對(duì)車(chē)內(nèi)乘員的安全起著保護(hù)作用。在我們印象里它是下圖這樣的。
轎車(chē)車(chē)身
但是你有沒(méi)有聽(tīng)過(guò)轎車(chē)車(chē)身還有別的制造方法?一種不需要焊接也不需要膠接的制造方法。這就是一體成型車(chē)身,它看起來(lái)則是下圖這樣。
其實(shí),一體成型車(chē)身還有一個(gè)更加讓人意外的稱(chēng)呼—全塑車(chē)身。顧名思議,車(chē)身主體部分采用的是輕質(zhì)滾塑材料,即一種塑料。這種車(chē)身結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的車(chē)身制造方法,用高分子材料替代了鋼材,并采用滾塑整體成型工藝制造車(chē)身,由于原材料可以進(jìn)行調(diào)色處理,車(chē)身就不再需要涂漆處理了,省略了沖壓和噴涂等工序,這就是“一次成型”。
全塑車(chē)身
塑料在汽車(chē)中應(yīng)用很廣泛,但是全塑料制成的車(chē)身是不是出乎意料呢?這樣的工藝和材料,能夠讓車(chē)輛大幅減輕。
由于質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn),這類(lèi)車(chē)身結(jié)構(gòu)主要使用在電動(dòng)轎車(chē)中,也是順應(yīng)了新能源車(chē)發(fā)展趨勢(shì)。以丹麥節(jié)能電動(dòng)車(chē)ECOmove QBEAK為例,車(chē)身尺寸為3,000×1,750×1,630mm,整備質(zhì)量?jī)H為425Kg。而同尺寸的傳統(tǒng)轎車(chē)車(chē)身重量基本在1,000千克以上,即使是尺寸更小的Smart,車(chē)身尺寸2,695×1,663×1,555mm,整備質(zhì)量也有920-963千克。
一次成型車(chē)身
毫不夸張地說(shuō),一次成型車(chē)身采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)塑料,比規(guī)格相近的金屬車(chē)身減重60%以上。
2、滾塑整體成型工藝:新車(chē)開(kāi)發(fā)更快
上文我們知道了這種成型工藝帶來(lái)的好處,那么什么是滾塑整體成型工藝呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將塑料原料加入到特定模具中,然后使模具沿著兩垂直軸不斷地旋轉(zhuǎn)并加熱,模具內(nèi)的塑料會(huì)在重力和熱能的作用下,均勻地涂布、熔融粘附于模腔的整個(gè)表面上,成型為所需要的形狀,再經(jīng)過(guò)冷卻定形,脫模等工序后獲得一體成型制品。下圖是簡(jiǎn)化后的工藝原理圖。
滾塑整體成型工藝
滾塑整體成型工藝的一大特點(diǎn)是:可以一次性制備出具有復(fù)雜曲面的大型或者超大型的中空塑料制品。這正好滿(mǎn)足了轎車(chē)車(chē)身體積大,外觀線(xiàn)條流線(xiàn)、曲面圓滑的要求。
有些人可能會(huì)混淆滾塑整體成型工藝和一體式?jīng)_壓成型工藝,其實(shí)后者是出于簡(jiǎn)化焊接工藝、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、增強(qiáng)美觀性的目的,多見(jiàn)于車(chē)門(mén)沖壓中,但這并沒(méi)有脫離傳統(tǒng)的車(chē)身制造方法,而前者則是一種顛覆性的方法,將車(chē)身的制造一次性完成。雖然這項(xiàng)技術(shù)還不是很成熟,仍處在起步發(fā)展階段,但是這類(lèi)技術(shù)仍具備很多優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō):
▎傳統(tǒng)整車(chē)開(kāi)發(fā)大約需要1億元人民幣左右,這在很大程度上會(huì)制約汽車(chē)的發(fā)展,而這種新工藝簡(jiǎn)化了車(chē)身結(jié)構(gòu),降低了零部件制造難度和成本,縮短了產(chǎn)品制造周期;
▎相比于傳統(tǒng)車(chē)身,全塑車(chē)身重量降低了一倍以上,這十分有利于實(shí)現(xiàn)車(chē)身輕量化,降低油耗的目的;
▎一般一次成型技術(shù)具有多種模塊套件,設(shè)計(jì)自由度大,可以實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn),提高了車(chē)身個(gè)性化程度;
▎由于車(chē)身使用了環(huán)保型塑料,制備中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染,車(chē)身日常使用不會(huì)受到腐蝕,耐久度高;
▎可以通過(guò)對(duì)原料調(diào)色的方法直接獲得A級(jí)表面的車(chē)身,與傳統(tǒng)涂裝工藝相比可以節(jié)省磷化、電泳工藝的巨大投入,使得生產(chǎn)過(guò)程更加環(huán)保、能耗減小。
3、塑料車(chē)身也可以安全
我們知道車(chē)身對(duì)安全的要求是很高的,這種一次成型車(chē)身真的能夠達(dá)到強(qiáng)度要求嗎,它能保護(hù)我們的安全嗎?它的優(yōu)點(diǎn)在哪里呢,缺點(diǎn)又在哪里呢?
以某國(guó)電動(dòng)汽車(chē)為例,車(chē)身采用了一次成型技術(shù),割除車(chē)門(mén)后車(chē)身質(zhì)量約為71千克,整車(chē)質(zhì)量也僅為500千克,但是限定安全車(chē)速不能超過(guò)60公里/小時(shí)。那么一次成型的塑料車(chē)身就真的沒(méi)法保證強(qiáng)度了嗎?No,這里有幾個(gè)補(bǔ)強(qiáng)方案。
電動(dòng)汽車(chē)
由于塑料天然的強(qiáng)度缺點(diǎn),而且容易產(chǎn)生收縮變形,單純的塑料結(jié)構(gòu)不足以滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。為了解決這一問(wèn)題,很多一體成型車(chē)身會(huì)采用內(nèi)置鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)或者添加強(qiáng)化材料如玻璃纖維等,來(lái)增強(qiáng)車(chē)身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
以?xún)?nèi)置鋼結(jié)構(gòu)為例,具體做法是將鋼網(wǎng)內(nèi)嵌入模具內(nèi)部,在滾塑加熱過(guò)程中使原料包覆鋼網(wǎng),這就好像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣,鋼網(wǎng)抵消了塑料的收縮變形,提高了車(chē)身強(qiáng)度。此外,有的廠商為了進(jìn)一步加強(qiáng)車(chē)身強(qiáng)度,還會(huì)在車(chē)身內(nèi)側(cè)增加鋁制骨架,雖然重量增加了一部分,但可以有效地保證安裝在骨架上面動(dòng)力系統(tǒng)的安全。
一次成型全塑車(chē)身
當(dāng)然了,由于一次成型全塑車(chē)身對(duì)模具的加工精度、開(kāi)合模速度、制品統(tǒng)一性有更高的要求,工藝難度大,如果單純地采用纖維增強(qiáng),無(wú)論是預(yù)先混合還是后混合都無(wú)法使纖維與原料均勻地混合,這直接導(dǎo)致了車(chē)身制品的力學(xué)性能不是很穩(wěn)定。
總之,一次成型全塑車(chē)身強(qiáng)度不及傳統(tǒng)汽車(chē),但仍有值得努力提升的希望?,F(xiàn)階段出于安全考慮。