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      1. 逆天的輕量化:轎車車身能減重60%?

        June 17, 2020

        毋庸置疑,輕量化是汽車行業發展方向之一。理論上來說,車重每減輕100千克,百公里油耗會降低0.4升左右。在保證性能前提下,輕量化汽車既省油錢又環保,對消費者和環境都頗有益處。

        通常汽車輕量化需要從材料和工藝入手。隨著技術的發展,新材料、新結構和新工藝結合,誕生了一種特殊的輕量化車身結構:一體成型車身。

        一、一體成型可減重60%

        常見轎車車身一般是由車門外板、頂蓋、前后翼子板、側圍蓋板、地板等一系列零部件組成,經過了鋼板沖壓、板件焊接、白車身涂漆和總裝四道工序形成整車。車身作為承載件,是轎車重量的主要來源,并對車內乘員的安全起著保護作用。

        但是你有沒有聽過轎車車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。這就是一體成型車身,它看起來則是下圖這樣。

        其實,一體成型車身還有一個更加讓人意外的稱呼—全塑車身。顧名思議,車身主體部分采用的是輕質滾塑材料,即一種塑料。這種車身結構不同于傳統的車身制造方法,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身,由于原材料可以進行調色處理,車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”。

        塑料在汽車中應用很廣泛,但是全塑料制成的車身是不是出乎意料呢?這樣的工藝和材料,能夠讓車輛大幅減輕。

        由于質量輕、結構簡單等特點,這類車身結構主要使用在電動轎車中,也是順應了新能源車發展趨勢。以丹麥節能電動車ECOmove QBEAK為例,車身尺寸為3,000×1,750×1,630mm,整備質量僅為425Kg。而同尺寸的傳統轎車車身重量基本在1,000千克以上,即使是尺寸更小的Smart,車身尺寸2,695×1,663×1,555mm,整備質量也有920-963千克。

        毫不夸張地說,一次成型車身采用簡單結構和輕質塑料,比規格相近的金屬車身減重60%以上。

        二、滾塑整體成型工藝:新車開發更快

        上文我們知道了這種成型工藝帶來的好處,那么什么是滾塑整體成型工藝呢?簡單來說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并加熱,模具內的塑料會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表面上,成型為所需要的形狀,再經過冷卻定形,脫模等工序后獲得一體成型制品。下圖是簡化后的工藝原理圖。

        滾塑整體成型工藝的一大特點是:可以一次性制備出具有復雜曲面的大型或者超大型的中空塑料制品。這正好滿足了轎車車身體積大,外觀線條流線、曲面圓滑的要求。

        有些人可能會混淆滾塑整體成型工藝和一體式沖壓成型工藝,其實后者是出于簡化焊接工藝、提高結構強度、增強美觀性的目的,多見于車門沖壓中,但這并沒有脫離傳統的車身制造方法,而前者則是一種顛覆性的方法,將車身的制造一次性完成。

        雖然這項技術還不是很成熟,仍處在起步發展階段,但是這類技術仍具備很多優勢。比如說:

        傳統整車開發大約需要1億元人民幣左右,這在很大程度上會制約汽車的發展,而這種新工藝簡化了車身結構,降低了零部件制造難度和成本,縮短了產品制造周期;

        相比于傳統車身,全塑車身重量降低了一倍以上,這十分有利于實現車身輕量化,降低油耗的目的;

        一般一次成型技術具有多種模塊套件,設計自由度大,可以實現定制生產,提高了車身個性化程度;

        由于車身使用了環保型塑料,制備中不會對環境產生污染,車身日常使用不會受到腐蝕,耐久度高;

        可以通過對原料調色的方法直接獲得A級表面的車身,與傳統涂裝工藝相比可以節省磷化、電泳工藝的巨大投入,使得生產過程更加環保、能耗減小。

        三、塑料車身也可以安全

        我們知道車身對安全的要求是很高的,這種一次成型車身真的能夠達到強度要求嗎,它能保護我們的安全嗎?它的優點在哪里呢,缺點又在哪里呢?

        以某國產電動汽車為例,車身采用了一次成型技術,割除車門后車身質量約為71千克,整車質量也僅為500千克,但是限定安全車速不能超過60公里/小時。那么一次成型的塑料車身就真的沒法保證強度了嗎?No,這里有幾個補強方案。

        由于塑料天然的強度缺點,而且容易產生收縮變形,單純的塑料結構不足以滿足強度要求。為了解決這一問題,很多一體成型車身會采用內置鋼網結構或者添加強化材料如玻璃纖維等,來增強車身的結構強度。

        以內置鋼結構為例,具體做法是將鋼網內嵌入模具內部,在滾塑加熱過程中使原料包覆鋼網,這就好像鋼筋混凝土結構一樣,鋼網抵消了塑料的收縮變形,提高了車身強度。此外,有的廠商為了進一步加強車身強度,還會在車身內側增加鋁制骨架,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力系統的安全。

        當然了,由于一次成型全塑車身對模具的加工精度、開合模速度、制品統一性有更高的要求,工藝難度大,如果單純地采用纖維增強,無論是預先混合還是后混合都無法使纖維與原料均勻地混合,這直接導致了車身制品的力學性能不是很穩定。

        小結:

        一次成型從材料和結構角度大幅減輕了車身重量。雖然現階段來說這種車身還存在著諸多缺點,仍處在起步階段,但是已有提升強度的方案。

        目前該工藝還只限于低速電動汽車市場領域,未來則有望拓寬使用范圍。安全性的提高將是大范圍推廣的關鍵所在。

        未來倘若你在街上看到一輛電動車,別人也許只能說:看哪,那車是塑料的。你大可逼格滿滿地說:親,那是一次成型車身。

        《汽車輕量化在線》

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