汽車輕量化：汽車注塑模具的顛覆之旅

 國內(nèi)汽車沖壓模具行業(yè)年生產(chǎn)能力只有80億-90億元，而中國汽車市場的模具需求量已達到200多億元。中國汽車工業(yè)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，也為其發(fā)展提供了巨大動力。

從中國模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況看，模具這一產(chǎn)品適合專業(yè)化、集團化方向發(fā)展，模具企業(yè)在條件成熟時走聯(lián)合之路是必然的發(fā)展趨勢。國際模協(xié)秘書長羅百輝認為，為了適應(yīng)企業(yè)發(fā)展和市場競爭的需要，中汽車模具公司還積極尋求國際合作，嘗試由單純的生產(chǎn)型工廠走向資本運營型企業(yè)。

羅百輝指出，目前我國汽車模具行業(yè)技術(shù)含量低的模具已供過于求，市場利潤空間狹小，而技術(shù)含量較高的中、高檔模具還遠不能適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展的需要，精密、復(fù)雜的沖壓模具、轎車覆蓋件模具等高檔模具仍有很大發(fā)展空間。中國汽車模具公司今后的發(fā)展方向，應(yīng)該注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整和定位，進一步提升模具的制造技術(shù)水平，占領(lǐng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高、技術(shù)含量高的高檔模具市場。

中國模具協(xié)會副理事長、東風(fēng)汽車模具有限公司總經(jīng)理李建華在分析中國汽車模具市場時說，中國的模具工業(yè)步入了高速發(fā)展時期，近10年來，模具工業(yè)一直以每年15%的增長速度快速發(fā)展。中國汽車市場的巨大潛力，為汽車模具的發(fā)展帶來了更加廣闊的發(fā)展空間。今年國家頒布的整車特征特性(限制進口、關(guān)鍵零件本土生產(chǎn))政策，也為模具企業(yè)增加了生產(chǎn)轎車外覆蓋件模具的機會。李建華指出，在這種行業(yè)背景下，如何抓住機遇，應(yīng)對市場，就看哪家企業(yè)在技術(shù)實力上更強，在產(chǎn)品質(zhì)量上更好，在企業(yè)競爭力上更高。

李建華說，近年來，東風(fēng)汽車模具公司在強技術(shù)、重質(zhì)量、抓成本、上服務(wù)等方面加大力度，堅持抓技術(shù)進步和工藝改進，加大研發(fā)投入力度，依靠科技進步、科技創(chuàng)新，不斷提高企業(yè)的制造水平。新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用，大大縮短了加工時間，提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。他們還不斷引進先進的設(shè)計、編程軟件，對員工加強數(shù)控知識培訓(xùn)，全部實現(xiàn)了三維設(shè)計、數(shù)控編程和數(shù)控加工。

東風(fēng)汽車模具公司承接的“天籟”轎車項目，是東風(fēng)與日產(chǎn)合資后，該公司承接的第一個合資項目。項目實施過程中，模具公司技術(shù)部等部門積極引進和借鑒了日產(chǎn)在模檢具設(shè)計制造中的經(jīng)驗，大膽采用包括模具整體鍍鉻、浮動壓料等一系列新工藝、新結(jié)構(gòu)，首次采用全工序三維造型指導(dǎo)設(shè)計加工；檢具開發(fā)了搭接邊匹配檢測、總成焊裝匹配檢測等新功能。在吸收日產(chǎn)先進技術(shù)的同時，又充分發(fā)揮自身設(shè)計、數(shù)控制造、在線檢測等方面的優(yōu)勢，大大降低了工裝成本。其中發(fā)動機罩內(nèi)外板模具是國內(nèi)率先設(shè)計制造的高檔乘用車外表件，這一項目的成功，改變了中國高檔乘用車外表件模具工裝全部靠進口的歷史，提升了模具公司模檢具整體設(shè)計制造水平及企業(yè)知名度。許多轎車生產(chǎn)企業(yè)也慕名而來，訂購東風(fēng)汽車模具公司的模檢具。最近，東風(fēng)汽車模具公司又接到一套高技術(shù)含量的出口美國的模具定單。

東風(fēng)汽車模具公司不惜重金從海外購置5臺高速銑和準(zhǔn)高速銑，投入運行后，使加工效率成倍增長，產(chǎn)出速度明顯加快，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了很大提高。近幾年，東風(fēng)汽車模具公司制造的日產(chǎn)、本田轎車發(fā)動機蓋罩零件總成受到了外籍專家的高度贊譽。今年，該公司承接的神龍b53項目在首輪送樣時得到法方專家充分認可，通過b53轎車門內(nèi)板模具打響東風(fēng)模具品牌，使東風(fēng)汽車模具公司打進了轎車模具市場。

一般塑料的比重在0.9-1.6，玻纖增強復(fù)合材料的比重在2.0以內(nèi)，而A3鋼為7.6，黃銅為8.4，鋁為2.7。因此，雖然在強度上不如碳纖維、金屬材料，但是從比重上來說，塑料的輕量化效果最好，可謂汽車輕量化的首選材料。使用塑料可以減輕零部件約40%的重量，汽車的動力、舒適性及安全性卻得以提升。未來其創(chuàng)新應(yīng)用有可能顛覆傳統(tǒng)汽車。

三條路子讓車子減重

新修訂的《乘用車燃料消耗量限值》國家強制性標(biāo)準(zhǔn)，將于2016年1月1日起執(zhí)行，每年將設(shè)置油耗達標(biāo)值，直至到2020乘用車平均油耗降至5.0升/100公里。愈趨嚴格的油耗法規(guī)，促使所有汽車制造企業(yè)不遺余力地開發(fā)汽車輕量化技術(shù)。

汽車輕量化并不是單純的減重，需要同時兼顧產(chǎn)品功能、成本及質(zhì)量等要素。就“以塑代鋼”而言，主要有三個途徑：優(yōu)化材料質(zhì)量;模塊化與集成化;結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

材料高性能最關(guān)鍵

國外汽車品牌現(xiàn)在已經(jīng)大規(guī)模使用高性能工程塑料和塑料復(fù)合材料。未來汽車的車門、車頂、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結(jié)構(gòu)件，甚至車身都有可能改用工程塑料。采用纖維增強復(fù)合塑料材料制作的車身與鋼制車身相比，可降重35%;如果采用碳纖增強復(fù)合材料，則可降重60%以上。

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)飾，包括后備箱地板、車頂內(nèi)襯和后窗臺板。新款奔馳smartfortwo在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)頂篷中使用了巴斯夫ElastoflexE聚氨酯泡沫塑料，其頂篷模塊由蜂窩夾層和玻璃纖維襯墊組成，比普通頂篷減輕30%左右，但依然保持較好的強度和抗彎剛度。

而朗盛子公司Bond-Laminates推出的一種基于聚丙烯的連續(xù)纖維增強復(fù)合材料Tepexdynalite，在輕量化汽車生產(chǎn)中也蘊含著重大機遇，尤其是在有高強度需求的大型組件中，比如：后備箱底板、電動車增程器外殼和座椅組件等。

模塊化生產(chǎn)已成趨勢

在模塊化、集成化方面，塑料有非常明顯的優(yōu)勢。目前很多部件及系統(tǒng)，如側(cè)門系統(tǒng)、儀表臺系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)等已經(jīng)實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)。全塑框架、局部金屬嵌件增強的集成化模塊前端結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)30%的減重效果，并可大大減少零件的數(shù)量，提升裝配效率。據(jù)悉，寶馬、奔馳、通用、雷諾、標(biāo)志等眾多歐美企業(yè)已經(jīng)成熟應(yīng)用前端模塊、門模塊技術(shù)。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不可忽略

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計也是輕量化的重要途徑，在滿足工藝要求的前提下進行結(jié)構(gòu)形狀和尺寸設(shè)計。例如保險杠的薄壁化開發(fā)，常規(guī)的設(shè)計為3.0MM壁厚，采用普通的PP滑石粉材料，單件重量4-5kg。據(jù)吉利汽車研究院總工程師熊飛介紹，吉利采用2.5mm壁厚設(shè)計，高剛性PP材料，單件減重10%-15%。同時，他指出，要實現(xiàn)輕量化不能局限于材料，只有車廠的材料部門參與到整車設(shè)計中，才能有效地推動新材料、新工藝的應(yīng)用。換言之，性能與設(shè)計是汽車的根本，材料要為圍繞這兩點來開發(fā)，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)輕量化，進而獲得更好的燃油效率以及整車的性能屬性。

創(chuàng)新工藝來護航

長玻纖增強復(fù)合材料、碳纖維增強復(fù)合材料，以及改性的低密度、微發(fā)泡、薄壁化塑料材料等是目前車用材料研究的熱點。這些材料的開發(fā)和應(yīng)用離不開創(chuàng)新工藝的支持。

長纖維注塑，就是輕量化結(jié)構(gòu)件的一種創(chuàng)新工藝。Arbug(阿博格)開發(fā)的長纖維直接注塑，通過伺服電機驅(qū)動的送料裝置將纖維直接送入熔化的塑料，能夠?qū)⑦B續(xù)的纖維切成15-50mm的長度，兩級螺桿確保熔化塑料顆粒的同時送入纖維，保證均勻地混合，真正達到增加強度的目的。以汽車氣囊外殼的長纖維直接注塑為例，使用16mm玻纖直接注塑，50%的玻纖長度都可以大于2mm，大大優(yōu)于長纖維粒料的注塑。

英格斯模具制造(中國)有限公司在CHINAPLAS2015展會上曾經(jīng)展出其全新FLEXflow伺服驅(qū)動閥澆口系統(tǒng)，尤其適用于汽車類大型塑件、高質(zhì)光學(xué)件、高性能工程材料、窄工藝窗口的注塑應(yīng)用。在節(jié)約成本方面，可減小鎖模力約20%，減輕塑件重量高達5%。

MuCell微發(fā)泡注塑成型技術(shù)在汽車制造中的使用日趨普及。有媒體報道，路虎計劃到2017年在所有車型上都采用MuCell技術(shù)。微孔發(fā)泡是指以熱塑性材料為基體，通過特殊的加工工藝，使制品中間層密布尺寸從十到幾十微米的封閉微孔。MuCell工藝在減輕重量方面尤其具有優(yōu)勢，能夠在基本保證制件結(jié)構(gòu)強度的前提下，重量減少可達10%;循環(huán)周期減少50%，平均成本降低16%-20%。早在2000年，在與MIT合作的基礎(chǔ)上，Trexel公司首先利用這種技術(shù)實現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。包括Arbug、Demag、Engel、Husky、Dupont等在內(nèi)的許多世界知名設(shè)備和原料廠商都購買了這種技術(shù)的專利使用權(quán)。為達到輕量化目標(biāo)，未來MuCell仍將是業(yè)界競相應(yīng)用的技術(shù)。

匯聚世界尖端塑料技術(shù)的CHINAPLAS2016國際橡塑展，將于2016年4月25-28日在上海新國際博覽中心(浦東)盛大舉行，展場面積逾24萬平方米，云集世界各地超過3,200多家展商及多個國家展團。目前，已預(yù)訂展位的知名參展商包括巴斯夫、BirlaCarbon、塞拉尼斯、埃克森美孚、科萊恩、三井化學(xué)、帝斯曼、LG化學(xué)、贏創(chuàng)、苯領(lǐng)、寶理、SK綜合化學(xué)、蘇威、帝人、巨石集團、住友、東麗、德馬格、恩格爾、方力、哈希斯、哈斯高、英格斯、馬斯特模具、寧波雙馬、諾信、圣萬提、伊之密、柳道、云天化、朗力等等。

展會預(yù)計將有超過來自150個國家/地區(qū)逾140,000名專業(yè)觀眾蒞臨展會洽談業(yè)務(wù)與采購。歷屆吸引了許多國際知名的整車及汽配企業(yè)參與盛會，當(dāng)中包括比亞迪、東風(fēng)日產(chǎn)、一汽大眾、福士、北汽、通用汽車、三菱汽車、上海汽車、四維爾丸井、鄭州宇通、延峰汽車、納威司達、海德世拉索、昭和汽車零部件、晝田汽車部件等等。即將迎來“30歲”黃金年齡的這一展會，必將呈現(xiàn)出生機勃勃的盛景，迎接更加輝煌的未來。