從“汽車輕量化”看工程塑料在汽車行業(yè)的應(yīng)用

毋庸置疑，輕量化是汽車行業(yè)發(fā)展方向之一。理論上來(lái)說(shuō)，車重每減輕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，輕量化汽車既省油錢又環(huán)保，對(duì)消費(fèi)者和環(huán)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(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身結(jié)構(gòu)：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(cè)圍蓋板、地板等一系列零部件組成，經(jīng)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(lái)源，并對(duì)車內(nèi)乘員的安全起著保護(hù)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(lái)則是下圖這樣。

      其實(shí)，一體成型車身還有一個(gè)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(zhì)滾塑材料，即一種塑料。這種車身結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)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(jìn)行調(diào)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(yīng)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(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，這類車身結(jié)構(gòu)主要使用在電動(dòng)轎車中，也是順應(yīng)了新能源車發(fā)展趨勢(shì)。以丹麥節(jié)能電動(dòng)車ECOmove QBEAK為例，車身尺寸為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(zhì)量也有920-963千克。

      毫不夸張地說(shuō)，一次成型車身采用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)塑料，比規(guī)格相近的金屬車身減重60%以上。

      二、滾塑整體成型工藝：新車開發(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(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，多見于車門沖壓中，但這并沒有脫離傳統(tǒng)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(xiàng)技術(shù)還不是很成熟，仍處在起步發(fā)展階段，但是這類技術(shù)仍具備很多優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō)：

      ▎傳統(tǒng)整車開發(fā)大約需要1億元人民幣左右，這在很大程度上會(huì)制約汽車的發(fā)展，而這種新工藝簡(jiǎn)化了車身結(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)車身，全塑車身重量降低了一倍以上，這十分有利于實(shí)現(xiàn)車身輕量化，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)，提高了車身個(gè)性化程度；

      ▎由于車身使用了環(huán)保型塑料，制備中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，車身日常使用不會(huì)受到腐蝕，耐久度高；

      ▎可以通過對(duì)原料調(diào)色的方法直接獲得A級(jí)表面的車身，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)過程更加環(huán)保、能耗減小。

      三、塑料車身也可以安全

      我們知道車身對(duì)安全的要求是很高的，這種一次成型車身真的能夠達(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)產(chǎn)電動(dòng)汽車為例，車身采用了一次成型技術(shù)，割除車門后車身質(zhì)量約為71千克，整車質(zhì)量也僅為500千克，但是限定安全車速不能超過60公里/小時(shí)。那么一次成型的塑料車身就真的沒法保證強(qiáng)度了嗎？No，這里有幾個(gè)補(bǔ)強(qiáng)方案。

      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)不足以滿足強(qiáng)度要求。為了解決這一問題，很多一體成型車身會(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)車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

       以內(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，提高了車身強(qiáng)度。此外，有的廠商為了進(jìn)一步加強(qiáng)車身強(qiáng)度，還會(huì)在車身內(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。

       當(dāng)然了，由于一次成型全塑車身對(duì)模具的加工精度、開合模速度、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)致了車身制品的力學(xué)性能不是很穩(wěn)定。

      小結(jié)：

      一次成型從材料和結(jié)構(gòu)角度大幅減輕了車身重量。雖然現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)這種車身還存在著諸多缺點(diǎn)，仍處在起步階段，但是已有提升強(qiáng)度的方案。

      目前該工藝還只限于低速電動(dòng)汽車市場(chǎng)領(lǐng)域，未來(lái)則有望拓寬使用范圍。安全性的提高將是大范圍推廣的關(guān)鍵所在。

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

《汽車輕量化在線》