汽車底盤部件采用複合材料減輕重量

汽車底盤部件采用複合材料減輕重量

很久以前，所有簡單的汽車應用都從玻璃和金屬轉變為塑料和複合材料。剩下的主要是底盤上的結構應用，其性能要求遠遠高於內飾和外部車身麵板以及各種內飾組件。

另一方麵，在現有的金屬材料中，底盤組件對傳統和電動汽車(EV)的質量和碳足跡做出了重大貢獻，因此，底盤組件已成為複合材料和混合動力係統轉換的關鍵目標，這些係統結合了多種材料(通常是金屬和複合材料或幾種類型的複合材料)，下麵的五個應用將證明這一點。

隨著汽車製造商尋求降低傳統和電動汽車（EV）的整備質量，金屬底盤組件已成為轉換為複合材料或混合動力係統的重要目標

在每種情況下，從金屬到複合材料或混合複合材料組件的轉變都達到或超過了基準機械性能，同時降低了質量和模具成本，消除了腐蝕問題，並經常改善噪音/振動/粗糙度(NVH)。所有這些應用程序都是在大批量的車輛平台上使用的，在這些平台上，可負擔性是成功的重要因素。

01 越野穩定性

對於越野愛好者來說，一個有趣且可見的複合材料應用可以在福特汽車公司（美國密歇根州迪爾伯恩）的2022年福特野馬猛禽運動型多功能車（SUV）上找到。該組件稱為C型支撐，是一種功能齊全的結構支撐，可將後貨區的左右D柱與後車頂橫梁連接起來，以增加整個車輛的剛度和扭轉剛度。在“越野”時，支架還有助於減少振動傳遞，從而改善操控性並降低NVH。

為了滿足越野客戶的需求，特別是在沙漠中駕駛的客戶，福特工程公司設定了將車輛扭轉剛度提高40%的目標，以改善車輛操控性和NVH特性。當客戶關閉頂部和側麵/門板時，支架在開放式駕駛艙中將非常明顯，因此保持A級美觀性——尤其是在長期高溫和紫外線照射下非常重要。

複雜的榫槽狀膠水通道被模製到殼體和芯中，

以最大限度地提高芯和表皮之間的粘合強度

最初的設計是兩件式的，後來演變成三件式的設計，再進一步完善成團隊所說的高級三件式設計。後者是一種三明治結構，芯材由20%短碳纖維增強聚酰胺6 (CF/PA6) - Ultramid B3WC4注塑成型，外皮/外殼由35%短玻璃纖維增強PA6 (GR/PA6) - Ultramid B3GM35 Q642注塑成型。該聚合物係統是專門為滿足福特越野沙漠耐久性要求而選擇的。一種新配方的甲基丙烯酸酯粘合劑(3M DB8910NS)據說是快速固化，靈活和熱穩定的，用於將這三個部分粘合在一起。

最終支架具有多種裝配設計功能，包括自定心聚氯乙烯（PVC）泡沫、衝壓鋼滑動L型支架和開槽壓鑄鋁支架，以適應車身公差變化並確保與車身導軌的配合

最終的複合材料C形支撐有助於將車輛的扭轉剛度提高40%，同時與鋁相比減輕55%的質量，與鋼選項相比減少85%的質量。與傳統材料相比，更高的扭轉剛度和更輕的車身重量相結合，導致重心更低。

02 堅固的結構，適用於要求苛刻的應用

複合材料底盤應用——這是位於2021年吉普大切諾基和大切諾基LSUV排氣係統上方的複合隧道加固——采用拉擠80%纖維重量分數（FWF）連續玻璃纖維增強聚氨酯（PUR）結構（巴斯夫的Elastocoat 74850），隨後被機器人切割成尺寸，然後注塑包覆成型（以及六個鋁製限壓器和兩個鋼螺柱）抗衝擊改性純（非增強）PA6（巴斯夫Ultramid 8350 HS）。

混合動力複合材料隧道加固支架首次亮相標準軸距2021

這些材料在一台帶有三個機器人、多個掃描站和一個激光雕刻站的旋轉式注塑機中彙集在一起。該工藝創造了一個輕質、耐腐蝕、多材料3D零件，可以承受非常高的軸向載荷（>70 KN），但更容易組裝，並且在單件價格和工具投資方麵比鋼基準成本更低。

L&L Products使用巴斯夫的新型樹脂係統開發了拉擠嵌件，當與連續玻璃纖維結合使用時，其強度重量比比鋼或鋁高三到四倍。據報道，L&L的工藝/設備改進和巴斯夫的新樹脂係統增強了拉擠成型工藝，其產量比行業標準拉擠成型速率457-610mm/min高兩到三倍。

隧道加固支架的位置顯示在左上角和中間。右上圖顯示了一個機器人在連接拉擠結構之前將組件裝載到旋轉壓力機上，以及使用包覆成型的衝擊改性PA6（右中）的限壓套和螺柱。在底部，顯示了基準衝壓和MIG焊接的UHSS基準（左下），以及拉擠嵌件（中下）和最終的混合複合材料部件（右下）

複合材料單獨或與其他材料結合使用不僅為汽車製造商及其零件供應商提供了一係列好處，也為消費者和地球提供了一係列好處。在行業向電氣化邁進期間，所有類別乘用車的減重壓力越來越大，預計複合材料將出現在汽車和輕型卡車上更多樣化的應用中。