汽车内外饰轻量化工艺探讨
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汽车内外饰轻量化工艺探讨
摘要：汽车内外饰轻量化是汽车整车轻量化的重要组成部分，其为降低汽车的整车质量，从而提高汽车的动力性能，减少燃料的消耗起到了重要的作用。汽车内外饰的轻量化设计趋势是汽车工业发展的必然要求。文章就汽车内外饰轻量化的设计和相关工艺进行分析研究，总结目前汽车轻量化设计中应用的主要材料以及微发泡注塑、薄壁化注塑等的轻量化工艺，为汽车内外饰轻量化的设计提供一定的参考。
关键词：LFT-PP；碳纤维；薄壁化；微发泡；轻量化
一、汽车内外饰轻量化发展现状
1.1 铝合金替代钢材
1.1.1 铝合金的特点
铝合金的主要特点包括：密度小（只有钢的1/3）、比强度和比刚度高、弹性和抗冲击性能好、耐腐蚀、耐磨、高导电、高导热、易表面着色、良好的加工成形性及高的回收再生性等。
1.1.2 铝合金的分类
铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金按主要加入的元素可分为：铝硅系、铝铜系、铝镁系及铝锌系。变形铝合金按性能和用途不同，可分为：工业纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝、和特殊铝。
1.1.3 铝合金的应用
铝合金作为轻质金属，是汽车轻量化的理想替代材料。铝合金在汽车领域的用量在逐步增加，且种类越来越多样化，汽车车身使用铝合金作为主要材料的趋势正在形成。 1.1.4 应用于汽车上的铝合金部件
奥迪在A8车型上使用了全铝合金车身，其刚度提高60%，焊点减少40%，重量更轻。无论是灵活性、安全性，或平稳性均表现出色。而在内外饰上也有众多的零部件实现铝合金替代钢，如仪表台横梁，由于强刚度指标要求，长期以来横梁都是采取钢材支架焊接的方式。而目前宝马，奥迪等车型已经在使用铝合金设计的横梁，其比钢横梁要减重40%。其他众多的零部件应用如座椅支架、发动机周边部件等
1.2 热塑性塑料的应用
热塑性轻量化塑料LFT-PP，以金发的材料为例，其增强玻璃纤维长度达6-25mm（SFT-PP是0.2-0.6mm），由于出色的力学性能、机械性能、和热老化性能成为比较理想的轻量化产品的原材料。LFT-PP材料目前应用范围是“以塑代钢”，如前端模块，后尾门。目前汽车市场上，众多的品牌如日产、雷诺、标致等相继研发出LFT-PP的塑料后尾门，相比钢制后尾门，减重达30%，其作为注塑工艺应用在后背门上是前瞻性的轻量化工艺；注塑后尾门有轻量化、模块化、产品精度高等特点。
1.3 复合材料的应用
复合材料是由2种或2种以上不同性质的材料组成，其综合性能优于原组成材料，并满足不同的要求。其中，碳纤维复合材料（CFRP）因其质量轻、高强度（钢的5倍）、高模量和良好的耐热、耐腐蚀性等特点，是众多轻量化材料中性能最好，减重最明显的复合材料。碳纤维制作的车身和金属车身相比能减重30-50%。由于碳纤维复合材料制造成本高昂，且生产工艺复杂耗时，在汽车中还未能大量推广，仅在稀有的非量产车型和特别版车型上使用，如F1赛车、超级跑车等。但随着碳纤维制造工艺的突破，制造成本的下降，各大汽车品牌商纷纷加入碳纤维零部件的开发，相信在不久的将来这种具有优异性能的复合材料将成为内外饰轻量化的重要一员。
二、内外饰轻量化注塑的相关工艺 2.1 微发泡（MuCell）注塑工艺
2.1.1 微发泡注塑工艺的优点
微发泡注塑成型工艺总结起来有三大优点：一是大幅改善产品尺寸精度，二是大幅降低锁模成本，三是大幅缩短成型时间。
2.1.2 原理
微发泡注塑成型是通过泡孔扩张来代替注塑机保压,不需要多余的充填压力,并且可使压力分布均匀，通过中间层的泡孔结构降低产品的材料密度, 实现可控制的发泡率来减轻产品重量，模穴压力降低30%-80%,内应力大幅降低。微发泡注塑成型工艺的流程较为简单，首先就是需要将超临界的流体融到塑料主体材料的溶胶中，然后再通过高压喷射装置将混合好的溶胶材料喷入模具中，形成微发泡。而后，随着模具中的压力和温度趋于稳定，模具中的微泡处在一个相对稳定的状态下，至此，注塑工艺基本完成。
2.1.3 应用
微发泡工艺一般应用在内外饰的非外观结构件上，如仪表板骨架，保险杠支架，门护板支架等。
2.2 薄壁注塑工艺
2.2.1 优点
薄壁注塑工艺是汽车内外饰轻量化设计的一项重要的塑料成型工艺，其一般的设计原则是减少产品主体壁厚的三分之一，通常能减重10%-15%。薄壁注塑成型工艺的最主要优点就是实现了塑料的“薄”，在满足了使用性能的基础上使用的塑料原料较少，由于减轻了重量也就降低了成本，满足汽车内外饰轻量化设计的基本要求以及环保性的要求，而且工艺与普通注塑工艺一脉相承，可实现大批量的生产。
2.2.2 原理 薄壁化注塑工艺的主要难点在模具设计与制造上，模腔的材料一定要选择具有良好机械性能的，例如2738，否则难以承受注塑时较大的压力；因为薄壁材料的壁厚较小，所以对模具的制造精度有较高的要求。在实际的注塑时，因为壁厚较薄，要选择流动性好的注塑原材料，对注塑工艺也有比较高的要求，比普通注塑产品的制造难度要稍大。
2.2.3 应用
薄壁化工艺一般应用在汽车保险杠本体上，应用薄壁化工艺，保险杠能减重10%。
三、 汽车内外饰的常用材料
3.1管窥汽车内外饰件的分布
具体来说，汽车内外饰件的安装部位是在车身的钣金上，在车身的内部和外部都有广泛的分布。这些内外饰发挥着重要的装饰、功能、载体以及安全保证的作用。而经常用到的材料是一些复合材料以及合金诸如PP、PE、PC、PVC、ABS、PA、PMMA、POM、PF以及PU等。对材料进行分类的依据主要有两种。第一，根据材料状态对热的依赖性，可以分为热塑性和热固性材料两种。第二是根据材料的用途。举例来讲，从材料的用途来看，可以分为以下三种：通用塑料，它具有较高的产量、广泛的用途、优良的成形性以及便宜的价格，比如PP、PE、PVC等；工程塑料，通常来说它的机械性能是比较良好的，在工程结构上可以采用此种工程塑料诸如PA、POM以及PC等；第三种是特种塑料，这种塑料都会具有某种特殊的功能或者本领，典型的有FRP。
3.2关于汽车内外饰常用的塑料
塑料的优势主要体现在具备较低的密度，在进行各种加工时都可以使用，能够有效的吸音、防震和隔热，具备优良的电绝缘性和耐化学药品性，具备强大的可复合增韧，同时在进行生产的过程中产生的能耗很低，目前被广泛的应用在汽车行业中，从总的趋势来看，每年的使用量都在不断的增加。 将塑料应用在汽车上，可以实现汽车的轻量化，并使成本获得了有效的降低。目前在汽车中塑料的应用范围主要是内外部的饰件、电气系统以及制动燃油系统，而本文进行探讨的范围仅限于内外饰件的应用塑料的工艺方法。
结论
汽车内外饰轻量化是汽车整车轻量化不可或缺的重要组成部分，虽然内外饰的减重比例对比整车而言相对有限，但不能忽视内外饰的减重贡献。随着内外饰材料的更新换代，设计工艺的创新优化，有限元分析的广泛应用，汽车内外饰在轻量化道路上必将持续创新，汽车内外饰轻量化研发必然大放异彩。
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