在汽車制造中使用碳纖維復(fù)合材料，可以顯著減輕部件和結(jié)構(gòu)的重量，并確保高性能，這是汽車行業(yè)為達(dá)到CO2排放目標(biāo)而優(yōu)先考慮的一個(gè)關(guān)鍵的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。

 

    2015年，福特汽車公司與華威大學(xué)WMG學(xué)院以及Gestamp和GRM公司合作，開展了復(fù)合材料輕量化汽車懸架系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CLASS）項(xiàng)目的研究，該項(xiàng)目旨在減輕一種轉(zhuǎn)向節(jié)（用于懸架系統(tǒng)的部件）示范件的重量。

用于懸架系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)部件
 

由Innovate UK資助的這項(xiàng)研究，對(duì)采用鋼嵌件的復(fù)合材料部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其比原來的部件減輕了35%，同時(shí)還開發(fā)了一種大批量的生產(chǎn)工藝。

 

    在設(shè)計(jì)過程中，這種系桿葉片部件的形狀發(fā)生了很大變化，因而需要在模壓成型前增加預(yù)成型步驟，這改變了原項(xiàng)目的研究范圍，從而開發(fā)了一種由人工操作的預(yù)成型工藝，以用于創(chuàng)造原型。

 

    CLASS項(xiàng)目讓福特團(tuán)隊(duì)看到了在他們的車輛中使用多種材料制成的單一部件對(duì)減重帶來的巨大潛力。

 

    福特汽車公司輕量化創(chuàng)新經(jīng)理Alan Banks說：“CLASS項(xiàng)目取得的成果大大超出了我們的預(yù)期。隨著該項(xiàng)目的結(jié)束，我們相信，碳纖維和多種材料的應(yīng)用能夠使我們的汽車更輕，但我們需要看看預(yù)成型在實(shí)踐中是如何實(shí)現(xiàn)的，這就是我們要在后續(xù)的項(xiàng)目中希望解決的挑戰(zhàn)性問題，這個(gè)項(xiàng)目就是“提高高產(chǎn)量汽車復(fù)合材料的預(yù)成型能力（簡(jiǎn)稱EPOCH）” 。

 

 

    在成功完成CLASS項(xiàng)目之后，由WMG的“High Value Manufacturing Catapult”中心資助的EPOCH項(xiàng)目，通過論證一種全自動(dòng)化的解決方案，將這項(xiàng)開發(fā)成果進(jìn)一步地引入到系桿葉片部件上，以實(shí)現(xiàn)該部件的大批量生產(chǎn)。

 

    利用目前安裝在WMG材料工程中心（簡(jiǎn)稱MEC）的新的預(yù)成型生產(chǎn)線，該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了一種新的預(yù)成型模具，它集成了修邊功能，這意味著他們能夠一步完成部件的成形和切邊，從而直接獲得部件的最終形狀。

目前安裝在WMG材料工程中心（MEC）的新的預(yù)成型生產(chǎn)線
 

    WMG汽車復(fù)合材料研發(fā)中心（簡(jiǎn)稱ACRC）的Ken Kendall教授說：“由于我們?cè)贑LASS 項(xiàng)目中通過嘗試切割材料而積累了經(jīng)驗(yàn)，所以我們確認(rèn)，剪切過程會(huì)更加高效而精確。我們還開發(fā)了一種訂制的夾持系統(tǒng)，它可以確保在成形過程中保持張力以防止起皺。”

 

    該夾持系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程控制，以便讓預(yù)成型件保持繃緊，并確保部件每一次都能正確生產(chǎn)。

 

    如果該部件要在福特投入生產(chǎn)，那么論證自動(dòng)化的預(yù)成型過程是向前邁進(jìn)的重要一步。

 

    福特的一級(jí)供應(yīng)商Gestamp在CLASS項(xiàng)目基礎(chǔ)上為EPOCH項(xiàng)目提供了設(shè)計(jì)、開發(fā)和產(chǎn)品驗(yàn)證，以及專利的CLASS鋼壓制品。

 

    Gestamp的全球創(chuàng)新項(xiàng)目經(jīng)理Gareth Bone表示：“我們?cè)贓POCH項(xiàng)目中開發(fā)的原型擁有比CLASS原型更好的質(zhì)量，它像鋼一樣堅(jiān)硬。雖然由于采用多種材料而使其更加復(fù)雜，但卻能夠在300 s的時(shí)間內(nèi)交付，這是福特現(xiàn)在鋼部件的節(jié)拍時(shí)間，這表明采用多種材料的解決方案是可以按行業(yè)正常的生產(chǎn)速度進(jìn)行生產(chǎn)的。”

 

 

    CLASS與EPOCH項(xiàng)目共同論證了大批量生產(chǎn)輕量化復(fù)合材料部件的可行性，這為福特成為業(yè)內(nèi)第一家將此類部件用在汽車上的OEM提供了寶貴的機(jī)會(huì)。

 

    Alan說：“我們現(xiàn)在懂得了如何開發(fā)和設(shè)計(jì)一種由多種材料制成的部件，唯一阻礙我們的是材料成本，因?yàn)槟壳疤祭w維行業(yè)還沒有做到大批量的生產(chǎn)。因此，福特和其他OEMs必須向供應(yīng)鏈傳遞信息，一旦碳纖維行業(yè)的產(chǎn)量上來，我們就能夠?qū)⑦@種部件用到車上。我們不再懼怕使用碳纖維或多種材料。”

 

    基于這兩個(gè)項(xiàng)目的成功，福特與Gestamp正在開展后續(xù)項(xiàng)目的研究，該項(xiàng)目名為“復(fù)合材料混合的汽車懸架系統(tǒng)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱CHASSIS）”，目的是調(diào)查適用于全運(yùn)輸貨車底盤的且處在福特目標(biāo)價(jià)格范圍內(nèi)的混合材料。

 

    WMG則繼續(xù)增強(qiáng)了他們的預(yù)成型能力，并將從參與CLASS和EPOCH項(xiàng)目的供應(yīng)商合作伙伴那里學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于CHASSIS項(xiàng)目。

 

    Gestamp公司的 Gareth介紹了由這些項(xiàng)目產(chǎn)生的結(jié)果，是如何為他們的“先進(jìn)技術(shù)與底盤應(yīng)用”團(tuán)隊(duì)與他們的全球研發(fā)團(tuán)隊(duì)展開合作提供支持的，他說：“創(chuàng)新是我們業(yè)務(wù)的關(guān)鍵，因?yàn)槲覀兛偸窍Ｍ麨槲覀兊目蛻籼峁┮涣鞯钠嚱鉀Q方案。我們專注于開展‘為正確的應(yīng)用，將正確的材料用到正確的地方’的創(chuàng)新，而上述幾個(gè)項(xiàng)目所涉及的范圍，使我們能夠探索這一領(lǐng)域。Alan Banks提到的將這些復(fù)合材料用于量產(chǎn)產(chǎn)品上的主要挑戰(zhàn)是成本。”

 

    Kendall教授補(bǔ)充說：“在EPOCH 項(xiàng)目中，我們已經(jīng)在大批量的復(fù)合材料生產(chǎn)中驗(yàn)證了完全自動(dòng)化的預(yù)成型工藝，我們將繼續(xù)支持福特汽車公司和其他項(xiàng)目合作伙伴將該項(xiàng)目的成果用于生產(chǎn)之中。現(xiàn)在，我們?cè)赪MG擁有預(yù)成型生產(chǎn)線，我們看到了許多公司對(duì)它的興趣，從SMEs到OEMs以及一級(jí)供應(yīng)商們都希望利用這種獨(dú)特的能力。”