“不運用革新技術,產品策劃就通不過”——對于高級轎車“7”系的設計思路,德國寶馬(BWM)這樣描述。該公司為新款車的車身運用了最尖端的技術,通過實施“多材料”設計,組合不同的材料,實現了前所未有的輕盈車身(圖1)。并且降低了重心,提高了行駛性能。
該公司將這種車身結構稱作“Carbon Core”,充分運用了碳纖維強化樹脂(CFRP)。CFRP的強度是鋼鐵的10倍,而重量只有1/4。雖然現在的成本還是鋼鐵的10倍,但就性能而言, 是非常理想的輕量化材料。該公司通過大量采用CFRP,使車身重量減輕40kg。開創了將使用CFRP的多材料車身應用于量產車的先河。今后還希望將使用 CFRP的車身打造成輕量化車身的核心。
圖2是新車身的結構。從圖中可以看出,車身在使用普通鋼板的基礎上,大量采用了拉伸強度超過900MPa的超高張力鋼板、拉伸強度為300MPa以上的多相鋼板*、鋁合金,以及CFRP等輕量化材料。 其最大特點是在2張鋼板形成的中空部分,鑲嵌了CFRP成型部件作為骨架。新車身加大了高強度的超高張力鋼板和多相鋼板的比 例,通過減薄鋼板厚度減輕了重量。這是很多汽車企業都在采用的方法。而寶馬的不同之處,是在鋼板變薄、強度和剛性有所降低的部位,通過鑲嵌CFRP成型部 件,提高了強度和剛性。這些CFRP部件包括車頂縱梁加強件、B柱加強件、C柱加強件和側邊梁加強件(圖3)。 將CFRP部件應用于車身時的課題在于接合。樹脂不能焊接,需要使用粘合劑和鉚釘。使用粘合劑也是為了吸收鋼板與CFRP的線性熱膨脹系數的差異。 新的車身首先是按照傳統方式,將鋼板內板焊接(點焊等)成車身(內車身)。然后在內車身上必要的地方涂抹粘合劑,將前面所說的CFRP加強件牢 牢粘在上面(圖4)。其中包括車頂縱梁加強件、B柱加強件和側邊梁加強件。在對接合力要求更高的地方,還要使用鉚釘,通過機械方式緊固鋼板內板和CFRP 加強件。C柱加強件就屬于這種情況。
在通過上述方式,使CFRP加強件與車身緊密接合后,還要再次進行焊接,使鋼板外板與內車身接合制成白車身。方式是先在B柱上焊接超高張力鋼板 B柱加強板,在側邊梁上焊接超高張力鋼板側邊梁加強板,然后再焊接外板(深沖鋼板外側框架)。目的是要通過結合使用CFRP與超高張力鋼板,提高強度和剛 性。 除上述加強件外,車身上還安裝了其他CFRP部件。例如車頂橫梁、傳動軸中央通道加強件和后行李架。這些部件雖然沒有嵌入內板與外板形成的中空部分,但一樣發揮著加強件的功能。與內車身接合采用粘合劑、鉚固和夾固的方式。 |
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