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)（簡稱CLASS）項目的研究，該項目旨在減輕一種轉(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資助的這項研究，對采用鋼嵌件的復(fù)合材料部件進行了優(yōu)化設(shè)計，使其比原來的部件減輕了35%，同時還開發(fā)了一種大批量的生產(chǎn)工藝。

 

    在設(shè)計過程中，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項目讓福特團隊看到了在他們的車輛中使用多種材料制成的單一部件對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項目取得的成果大大超出了我們的預(yù)期。隨著該項目的結(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)成型在實踐中是如何實現(xiàn)的，這就是我們要在后續(xù)的項目中希望解決的挑戰(zhàn)性問題，這個項目就是“提高高產(chǎn)量汽車復(fù)合材料的預(yù)成型能力（簡稱EPOCH）” 。

 

 

    在成功完成CLASS項目之后，由WMG的“High Value Manufacturing Catapult”中心資助的EPOCH項目，通過論證一種全自動化的解決方案，將這項開發(fā)成果進一步地引入到系桿葉片部件上，以實現(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（簡稱MEC）的新的預(yù)成型生產(chǎn)線，該團隊生產(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（簡稱ACRC）的Ken Kendall教授說：“由于我們在CLASS 項目中通過嘗試切割材料而積累了經(jīng)驗，所以我們確認(rèn)，剪切過程會更加高效而精確。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)，那么論證自動化的預(yù)成型過程是向前邁進的重要一步。

 

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

 

    Gestamp的全球創(chuàng)新項目經(jīng)理Gareth Bone表示：“我們在EPOCH項目中開發(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的時間內(nèi)交付，這是福特現(xiàn)在鋼部件的節(jié)拍時間，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)速度進行生產(chǎn)的。”

 

 

    CLASS與EPOCH項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提供了寶貴的機會。

 

    Alan說：“我們現(xiàn)在懂得了如何開發(fā)和設(shè)計一種由多種材料制成的部件，唯一阻礙我們的是材料成本，因為目前碳纖維行業(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。”

 

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

 

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

 

    Gestamp公司的 Gareth介紹了由這些項目產(chǎn)生的結(jié)果，是如何為他們的“先進技術(shù)與底盤應(yīng)用”團隊與他們的全球研發(fā)團隊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，因為我們總是希望為我們的客戶提供一流的汽車解決方案。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，而上述幾個項目所涉及的范圍，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教授補充說：“在EPOCH 項目中，我們已經(jīng)在大批量的復(fù)合材料生產(chǎn)中驗證了完全自動化的預(yù)成型工藝，我們將繼續(xù)支持福特汽車公司和其他項目合作伙伴將該項目的成果用于生產(chǎn)之中?，F(xiàn)在，我們在WMG擁有預(yù)成型生產(chǎn)線，我們看到了許多公司對它的興趣，從SMEs到OEMs以及一級供應(yīng)商們都希望利用這種獨特的能力。”