逆天的一體成型，使車身減重60%？
眾所周知，汽車的輕量化，就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整體質(zhì)量，從而提高汽車的動(dòng)力性，減少燃料消耗，降低排氣污染。毋庸置疑，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，輕量化是汽車行業(yè)發(fā)展方向之一。理論上來說，車重每減輕100千克，百公里油耗會(huì)降低0.4升左右。
車身作為汽車的主要承載件，需要保證足夠的剛度、強(qiáng)度和疲勞耐久性能從而使整車具有良好的安全、振動(dòng)噪聲和耐久性能。如何在車身輕量化的同時(shí)保證車身的強(qiáng)度，是汽車企業(yè)輕量化設(shè)計(jì)所必須考慮的問題，通常來說，企業(yè)在處理這種問題的時(shí)候，會(huì)從三個(gè)方面著手：優(yōu)化車身的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化白車身所用的材料以及優(yōu)化連接工藝。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。在我們印象里它是這樣的：
圖一
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的：
圖2
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。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ECOmoveQBEAK為例，車身尺寸為3，000×1，750×1，630mm，整車質(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，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。
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的好處，那么什么是滾塑整體成型工藝呢？簡(jiǎn)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(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。
那么滾塑整體成型工藝在新車開發(fā)中有哪些優(yōu)勢(shì)呢？
1、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；
2、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；
3、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；
4、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；
5、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。
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，來增強(qiáng)車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。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。
CAE技術(shù)助力車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
目前，CAE技術(shù)已經(jīng)在汽車設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，利用CAE技術(shù)，結(jié)合有限元法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，對(duì)零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向，如車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)，車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等。從方案設(shè)計(jì)、方案評(píng)價(jià)、模型建立、工程分析等諸多方面對(duì)汽車零部件實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)、輕質(zhì)、整合，對(duì)輕量化后的汽車穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度、安全性等進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，大大縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)成本。
例如，基于Abaqus結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，建立對(duì)某型載貨車車架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析有限元模型，計(jì)算了多種工況下車架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布并以已有的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，提出該車架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)后車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析確定了合理的輕量化設(shè)計(jì)方案。
圖3運(yùn)用CAE在車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化
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)，無論是預(yù)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(dǎo)致了車身制品的力學(xué)性能不是很穩(wěn)定，借助CAE仿真，可以更好地預(yù)測(cè)各類工況下結(jié)構(gòu)變化，從而為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
未來倘若你在街上看到一輛電動(dòng)車，別人也許只能說：“看哪，那車是塑料的?！蹦愦罂杀聘駶M滿地說：“親，那是一次成型車身?！?/span>
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