隨著高強(qiáng)鋼技術(shù)和輕量化設(shè)計的發(fā)展,發(fā)動機(jī)蓋通過高剛性材料以及三明治鋼板(Litecor)的使用實(shí)現(xiàn)20%的輕量化空間,而且兼顧性能和安全。同時,輕量化低成本設(shè)計使得這一解決方案更具經(jīng)濟(jì)價值。此外,鎂合金材料的混合應(yīng)用更是可實(shí)現(xiàn)40%的減重效果。
作為InCar plus項目的一部分,蒂森克虜伯開發(fā)了“三明治鋼板材料”Litecor。該材料由上下兩層薄鋼板,加上中間纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料芯層組成。鋼板和芯層的厚度可根據(jù)特定的應(yīng)用需求量身定制。Litecor作為發(fā)蓋材料在實(shí)現(xiàn)輕量化的同時將更利于行人保護(hù)。
蒂森克虜伯在該項目的研究中做了大量的工作,開發(fā)的新型發(fā)蓋材料具有較好的剛性和抗凹性能。同時,行人保護(hù)也是發(fā)蓋設(shè)計需要考慮的一個重要方面。Euro-NCAP碰撞測試就包括了發(fā)蓋的碰撞測試,在車輛前部結(jié)構(gòu)上設(shè)置168個測量點(diǎn),模擬頭部沖擊來衡量行人保護(hù)性能。Litecor材料加上優(yōu)化的設(shè)計,InCar plus項目開發(fā)的發(fā)蓋將具備Euro-NCAP五星潛力。
使用Litecor三明治材料制造的發(fā)蓋外板具有出色的剛度和輕量化效果,其比對標(biāo)的傳統(tǒng)發(fā)蓋外板輕了2.9千克。厚度方面,由于Litecor層狀結(jié)構(gòu)使得其厚度比對標(biāo)金屬發(fā)蓋的0.70 mm要大,總厚度達(dá)到了0.85 mm。因此,研究人員進(jìn)行了進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,通過減小厚度和優(yōu)化支柱設(shè)計來調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了1.5千克的減重。綜上,新型發(fā)蓋實(shí)現(xiàn)了4.4 kg的減重。
力學(xué)性能方面,通過前、后橫向剛度以及縱向剛度的測試,該發(fā)蓋的剛性滿足條件要求。Euro-NCAP的HIC值(頭部損傷標(biāo)準(zhǔn))測試可達(dá)到五星評級。
多材料混合應(yīng)用的優(yōu)化
對于金屬材料部分,蒂森克虜伯通過在內(nèi)板中使用鎂合金材料來達(dá)到減薄外部鋼板的目的,多材料混合應(yīng)用的設(shè)計使得發(fā)蓋重量僅在11.3千克。蜂窩狀的鎂合金材料給鋼制外板提供了很好的支撐,使得外鋼板厚度可做到0.50mm,且剛度完全符合要求,Euro-NCAP行人保護(hù)達(dá)到五星評級。
蒂森克虜伯通過多次的試驗(yàn)研究,確定鎂在240℃溫度下,在模具中實(shí)現(xiàn)熱成型。鉸鏈和加強(qiáng)件通過點(diǎn)焊進(jìn)行連接,周期在0.4-0.65s。考慮到鎂合金的耐腐蝕性,內(nèi)部鎂合金部件需要進(jìn)行多層涂覆,以滿足防腐要求。
成本分析及未來市場
Litecor材料發(fā)動機(jī)罩蓋的成本低于2.20歐元/千克,引入鎂合金材料的混合材料發(fā)蓋的成本達(dá)到4.11歐元/千克。此外,考慮原材料采購、材料制造、材料回收的全周期,新型發(fā)蓋更具環(huán)保優(yōu)勢。
目前,Litecor發(fā)蓋已應(yīng)用于大眾Polo RWRC(世界拉力賽用車)上。后期,還將在嘗試在更多汽車部件上的應(yīng)用。