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汽车模块化设计是大趋势,长玻纤增强塑料前景看好

车轻量化并不仅仅是单纯的减重,还需要同时兼顾产品功能、成本及质量等要素。就“以塑代钢”而言,主要有三个途径:优化材料质量;模块化与集成化;结构优化设计,同时这三个途径也不是相对独立的,而是相辅相成的。那今天我们就来说一说长玻纤增强PP在汽车内外饰模块设计中的应用。


一、 什么是模块化?


所谓模块化,就是指在设计时把整车按功能分成几大独立的模块,每个模块上集成多个零件或总成,如将仪表板、仪表板横梁、空调系统等零件集成一个模块,各模块之间的连接是固定的,不会因为其中零件或者总成的变化而改变,在装配时以模块为基础通过机械手安装在车身上。这种新型的作业方式,就是在20世纪90年代后期开始兴起的集成单元化,也就是模块化装配方式。


基本汽车的总装是分成9大模块完成的,包括前端模块、前保险杠总成、后保险杠总成、车门模块、仪表板总成、座椅、其他内饰件、底盘零件和动力总成模块。


模块化优势是可以为汽车制造商带来很多效益:缩短生产线,减少装配时间及所需劳动力;降低生产成本;提高产品质量;减少采购项目,优化供应商管理;节省仓储空间,优化装配平台;与模块供应商分摊研发与投资风险。

此外,以少变应多变的模块化生产,使不同车型使用相同的驾驶舱模块结构的案例在越来越多的驾驶舱平台上得以实现,降低了开发和集成费用,使共享零件成本大幅降低。


总的来说,因模块化生产具备的众多优势,部件模块化设计和供货已成为汽车产业的一大趋势。


而在优化结构的同时,材料的优化进程也稳步向前发展着,在模块化、集成化方面,塑胶材料具有非常明显的优势。全塑框架、局部金属嵌件增强的集成化模块前端结构能够实现30%的减重效果,并可大大减少零件的数量,提升装配效率。据悉,宝马、奔驰、通用、雷诺、标志等众多欧美企业已经成熟应用前端模块、门模块技术。


二、 长玻纤增强塑料在汽车模块化设计中的应用



1. 前端模块总成


前端模块起着连接汽车前端和功能集成的作用。一般,前端模块可以包括六大部件,即:前端支架(系统集成的平台)、冷却空调系统(包括动态进气格栅)、信号和照明系统、车身保护和外观造型结构系统、传感器和驾驶辅助系统以及行人保护系统。从前保险杠到风扇护罩,都有可能集成到前端模块上。通过提高系统集成度,可以显著降低部件成本和安装成本。


图 前端模块部件,图片来自网络


传统前端模块需采用10-20个钢板冲压件焊接而成,需要可发多达65套以上的模具,最终产品重量为5.5KG。而采用LFT-PP制作的前端模块,可以应用模压成型技术将20多个冲压件有效地集成化,只需一套模具就可完成整个产品的一次性成形,且重量为3.5KG,可实现减重30%,同时降低模具成本及生产安装工序。


因此,近几年,汽车前端模块的发展非常迅速,已经成为汽车模块化的核心部件,也是各大整车厂研究的重点之一。前端模块对材料的要求主要是力学性能和耐温性能,而LFT-PP的力学性能及耐温性能优越,且质轻、价格低廉,为各大车企偏爱。


更多详情还可点击往期文章:

解密:汽车前端模块为何钟爱长玻纤增强聚丙烯(LFT-PP)

长玻纤增强PP在汽车5种结构件上的创新应用


中广核俊尔研发的俊刚TM系列中的长玻纤增强热塑性复合材料(LFT-G)和高强度聚酰胺(GFPA),具有优异的力学性能和耐热性能,可以满足汽车前端模块轻量化、高度集成化、高设计自由度、高刚度和优良耐环境性能的要求,已成功应用于多款车型的前端模块。


图 中广核俊尔PP-LGF材料应用于前端模块


由Shape Corp.使用塞拉尼斯Celstran 40-20 Black LFT-PP材料注塑成型的“带有主动进气格栅”的结构前端模块,荣获了SPE“车身外饰”类别奖:它被用于2016福特SuperDuty皮卡上,采用了无金属加强件的全复合材料设计,是第一款用于重型皮卡平台的“主动进气格栅(AGS)-注塑成型”的LFT-PP 前端模块(FEM)支架,可令每辆汽车减轻了1.4kg的重量,节省了$3USD的成本。


图 塞拉尼斯LFT-PP制成的前端模块,图片来自网络


图  橡塑展上展出的可隆普拉斯LFT-PP材质前保险杠


主要参考文件:低能耗汽车的前端模块设计,绝对干货!


2. 车门模块


车门模块主要包括门护板总成、玻璃升降系统、外后视镜、车门线束总成、密封条、扬声器总成等。与传统车门装配方式相比,模块化装配更易于操作,提升装配效率和质量,节约成本。


在车门模块开发的过程当中,更加优质的选材方案也在不断试验,长玻纤增强聚丙烯材料凭借其优良的抗冲击性能、抗蠕变性能、强度高、耐腐蚀、易成型等优点,成为更多车企的选择。


2010年,现代索纳塔塑料车门模块采用SABIC STAMAX长玻纤PP材料,将21个组件集成到一个注塑成型的部件中,并将五个装配流程精简为一,是总车重量减轻约4磅(2公斤),获得了第40届SPE汽车创新奖。


图 采用SABIC STAMAX长玻纤PP 制作的现代索纳塔塑料车门模块,图片来自SPE


2011年,新福特Fiesta车型前门模块由Owens Coring汽车公司开发成功,该车门模块集成了多种功能元件,诸如门锁、车门玻璃升降器、扬声器、防盗装置等,采用的载体材料是DSM公司的牌号为StaMax P30YM240长玻纤增强聚丙烯材料,同钢车门相比,其重量减少了50%。


图 LGF-PP制造的福特Fiesta后车门,图片来自网络


此外,马自达6车门内板,一汽奔腾B70等皆采用LGFPP制造。近两年的橡塑展上,也有相关产品展示出来。

图  橡塑展上俊尔展出的LFT-PP门内板产品


3. 仪表板模块


仪表板模块主要包括仪表板本体、仪表线束、仪表横梁、转向管柱、组合仪表、组合仪表罩、DVD或CD、中控面板、储物盒、阳光温度传感器等。与传统的仪表板装配相比,模块化装配耗时短,投入人力较少,降低车内遗留件、面漆划伤等风险,装配质量稳定,过程管控及成本投入较低。


图 仪表板模块示意图,图片来自网络


仪表板本体骨架:对于软质仪表板骨架材料,采用LGFPP比填充PP材料强度更高、弯曲模量更改,流动性更好些,在相同强度下,仪表板设计厚度可减薄从而减重,一般减重效果约20%。同时,可将传统的多个部件仪表盘托架发展为单个模块。此外,仪表板前除霜风道本体、仪表板中间骨架选材,一般与仪表板本体骨架采用同一种材料,可进一步提升减重效果。


2011年福特翼虎及福特Kuga仪表板(采用TrexelMuCell微孔泡沫注塑成型技术和SABIC的PP-LGF20制造),和普通注塑制造的填充聚丙烯仪表板相比,此应用产品将每辆车减轻了0.45kg,生产时间缩短15%,成本降低3美元。目前,宝马、奥迪等中高端软质仪表板骨架,大多采用长玻纤塑料制造作为仪表板骨架材料。比如,2010年BMW公司7系轿车仪表板骨架通过采用长玻纤塑料,仪表板成品能够比传统材料重量降低20%。同时,长玻纤聚丙烯材料可与BMW公司自动化整体发泡注塑技术相兼容;采用较少的原材料就能实现更高的强度和刚度,并且能够使仪表板具有更优良的性能。目前,宝马3/5/7系、奔驰E等高端汽车仪表板骨架皆采用LGFPP材料。


图 橡塑展上纳岩展出的LFT-PP材质仪表板骨架


艾邦小结:

 
从文中我们可以看出,汽车内外饰模块化设计趋势,将为长玻纤增强塑料带来新的发展机遇。且除了上述几种模块以外,长玻纤增强塑料产品还应用于车顶面板、座椅骨架、手柄拉杆、蓄电池托架、车胎架、冷却风扇及框架等汽车部件。相信顺应市场的发展,长玻纤增强塑料产品也将有巨大的市场需求。
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