9月底,比亞迪第900萬輛電動汽車正式下線,車型為仰望U9,是一款集多項(xiàng)科技于一身的高科技電動汽車。值得一提的是,該款車型的整體車身是由碳纖維復(fù)合材料一體成型加工而成。碳纖維被稱為“黑色黃金”,價(jià)格昂貴,加工難度極高,而純碳纖維打造的汽車車身近幾年被認(rèn)為是百萬豪車的標(biāo)配。不過當(dāng)下這些豪車使用的碳纖維車身,多為熱固性碳纖維復(fù)合材料打造,那如何通過技術(shù)手段,打造一款成熟穩(wěn)定的碳纖維汽車車身呢?智上新材料作為從事碳纖維零部件生產(chǎn)加工10年的企業(yè),可以對此進(jìn)行一些簡要的解析。
  
 
  碳纖維汽車車身一體成型的加工過程包含哪些核心步驟?
  
  首選需要說明一點(diǎn),熱固性碳纖維復(fù)合材料的固化成型加工,整體流程本不算特別復(fù)雜,但是想要充分滿足汽車企業(yè)的需求,打造出符合設(shè)計(jì)外觀和使用需求的碳纖維車身,復(fù)雜程度就陡然上升了,這一切都需要從設(shè)計(jì)端開始著手。
  
  1、設(shè)計(jì)與模具:設(shè)計(jì)階段需要對汽車車身部件的外觀、重量、性能和安全性等方面全面模擬,使用CAD軟件進(jìn)行輔助,還原設(shè)計(jì)師理想中的外觀樣式,再通過軟件進(jìn)行有限元分析,預(yù)測碳纖維車身結(jié)構(gòu)在應(yīng)力下的表現(xiàn),為后續(xù)鋪層打好基礎(chǔ)。另外制作車身對應(yīng)的大型模具,準(zhǔn)備加工相關(guān)的工具。
  
  2、預(yù)浸料鋪層:選擇較好品質(zhì)的碳纖維預(yù)浸料,裁切成合適的尺寸,根據(jù)車身的曲線、角度和輪廓,采取不同的鋪層方式(單向、多向、多層等),優(yōu)化強(qiáng)度、剛度和其他性能,纖維方向的預(yù)設(shè)需要滿足車身特定區(qū)域的結(jié)構(gòu)性能需求。
  
  3、置入真空袋:預(yù)浸料鋪層完畢后,在中空的部分置入真空袋,以去除任何氣穴或空隙,真空袋確保碳纖維緊密貼合模具形狀,消除缺陷并確保樹脂分布均勻。
  
 
  4、高壓釜固化成型:將模具連同真空袋放入熱壓設(shè)備中,施加恒定的熱量和壓力以固化碳纖維預(yù)浸料中的樹脂,需要注意的是根據(jù)不同階段施加不同的溫度和壓力,熱壓結(jié)束后采取合適的冷卻方式(空氣冷卻、水冷等)。
  
  5、脫模和加工:因?yàn)殇亴忧巴磕撃┑木壒剩尚秃蟮奶祭w維車身雛形會更方面脫模,脫模后表面可能存在富余的樹脂,邊緣部分并不是光滑平整的,需要進(jìn)行切割、打磨處理,后續(xù)還需要噴漆和拋光,旨在充分展示碳纖維紋路的同時(shí),其性能不會受到影響。
  
  6、質(zhì)量檢驗(yàn):完成表面處理的碳纖維車身并不能直接應(yīng)用,還需要經(jīng)過質(zhì)量檢測,使用無損檢測技術(shù)(超聲波或X射線掃描)檢查車身的完整度,便于識別結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空隙、分層和缺陷,避免結(jié)構(gòu)硬傷造成的損害。另外還要對車身的尺寸進(jìn)行精確的測量,保證精度達(dá)標(biāo),才能與其他零部件對齊安裝。
  
 
  碳纖維汽車車身一體成型加工有哪些難點(diǎn)問題?
  
  碳纖維汽車車身不同于鋼材和鋁合金,加工流程和步驟存在較大的差異,而且不同材料涉及的成本核算也不盡相同,因此與以往的金屬車身相比,碳纖維車身的一體成型加工需要克服不少難點(diǎn)和問題。
  
  1、成本控制:由于原材料、模具和高度專業(yè)化的生產(chǎn)工藝的原因,碳纖維車身一體成型的加工成本更高,因此豪華超跑上才能充分展現(xiàn)碳纖維的魅力,高昂的價(jià)格和高端的品質(zhì),相得益彰。
  
  2、模具復(fù)雜度高:生產(chǎn)碳纖維車身的大型無縫模具的生產(chǎn)難度極大,因?yàn)槟>呒庸さ某叽绾途纫笤礁?,成本越高,對成型技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備和加工經(jīng)驗(yàn)的要求也就越高,往往只有高端成熟車型才會有專屬的生產(chǎn)線和模具,并引入碳纖維復(fù)合材料。
  
  3、加工更耗時(shí):碳纖維車身的加工過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力,其中碳纖維預(yù)浸料的鋪疊和固化過程就占據(jù)了很長的一段時(shí)間,加上前期的準(zhǔn)備、后期的表面處理等,需要對每一個(gè)環(huán)節(jié)每一個(gè)細(xì)節(jié)精確把控,才能生產(chǎn)出符合要求的碳纖維車身結(jié)構(gòu)。
  
  4、缺陷概率高:一體成型的加工方式,決定了一旦留有缺陷,只能整體報(bào)廢,而碳纖維復(fù)合材料的天性使得這種情況的發(fā)生概率又提升了不少,因此加工碳纖維汽車車身的難度更上了一個(gè)檔次。
  
 
  雖然碳纖維復(fù)合材料加工難度高,價(jià)格高昂,但卻依然深受豪華汽車品牌的青睞,主要還是其高強(qiáng)的機(jī)械性能和出色的吸能效果,在體現(xiàn)品質(zhì)的同時(shí)又充分保障了乘客的安全。除了本文開篇提到的仰望U9,早先已經(jīng)有不少車型應(yīng)用了碳纖維車身,如邁凱倫P1、法拉利 LaFerrari和蘭博基尼Sesto Elemento等。值得一提的是,碳纖維技術(shù)還在不斷進(jìn)步,被予以眾望的熱塑性碳纖維未來很可能替代現(xiàn)行的熱固性碳纖維,更大限度的提升汽車的性能上限和安全性,可以期待這一天早日到來。