用于复合材料制备的激光模板
中置发动机Corvette中的复合材料

中置发动机的设计结果巡洋舰。资料来源|苏·克劳斯

第2部分内容如下“复合材料密集型杰作:2020 Corvette,第2部分”.

备受期待的第八代雪佛兰克尔维特通用汽车公司(General Motors Co.)的通用汽车(GM, Detroit, michigan)。自2019年7月18日正式发布以来,它一直受到赞誉,今年早些时候开始商业制作。新科尔维特Stingray敞篷车和coupés之所以引人注目,不仅是因为它们的美观,而且通用汽车已经生产出了一款高性能、可在街头使用的中置发动机火箭飞船,起价不到6万美元,是同等性能的中置发动机汽车的三分之一但它们也展示了一系列令人印象深刻的、真正创新的复合内容,我们将在这里和下个月的第2部分中描述这些内容。

新的发动机配置改变了一切

通用汽车公司的工程人员进入了初步设计阶段,他们知道他们将开发一款中置发动机的汽车——这是第一次生产克尔维特经过八代人的努力,这一配置得以实现。通用汽车全球执行首席工程师Tadge Juechter解释道:“我们在性能方面尽可能地改进了前置发动机结构,因此,转向中置发动机设计是改进一款已经非常出色的汽车并成为细分市场领导者的下一个合乎逻辑的步骤。”克尔维特. 配备Z51性能套件的2020科尔维特Stingray可在2.9秒内加速0-60英里/小时(0-97公里/小时),并达到194英里/小时(312公里/小时)的最高速度。将发动机推向车辆后部会影响很多事情,包括汽车的重心、乘员的相对位置、变速器位置以及车身底板和行李箱的设计。中置发动机的设计也为汽车的新区域带来了更高的工作温度和噪音。

雪佛兰Corvette的所有八代车型

第八代雪佛兰克尔维特-上图所示的通用汽车公司的八代(C1-C8),从左到右,今年早些时候开始生产。这款中置引擎跑车不仅速度惊人,而且是最密集的复合材料克尔维特然而,它具有一系列真正创新的复合材料应用。资料来源|通用汽车公司。

Ed Moss解释道:“由于中置引擎,我们不得不采取不同的做法。”,克尔维特车身结构工程组经理。“从一开始,我们就对如何设计车身结构进行了多次讨论。当我们讨论设计和构建每个系统的最佳方法时,一切都摆在了桌面上。例如,我们讨论过驾驶室的金属和复合材料。如果我们保留C7的复合材料驾驶室,我们将不得不粘在铰链柱(A柱)上,这是紧挨着前轮的中置引擎车辆,只留下很少的空间。我们选择了金属。我们甚至简要地讨论了金属与复合车身面板。然而,从经济上来说,用金属打造C8的造型线是不可行的。”

“我们面临的一个真正的挑战是如何处理进气,”Chris Basela回忆道,克尔维特车身结构首席工程师,解释需要一种不同的方法将冷却空气导入和穿过自然吸气、495马力、6.2升V8发动机,该发动机可产生470英尺磅(637牛顿米)的扭矩。“我们尝试了各种各样的设计,这些设计迫使空气通过非常曲折的路径,产生了我们不想要的涡流和气流。需要与动力系统团队进行大量迭代工作,才能开发出最佳的气流路径,因为汽车需要无限制地自由呼吸。我们还需要进入空气箱,并且必须在后行李箱周围工作空间。另一个问题是乘客舱内的热量和发动机噪音,因为乘客不再坐在发动机后面,而是直接坐在发动机前面。而且,自从C7问世以来,欧洲和其他地方的法律都发生了变化,因此我们特别关注座舱空气质量,因此我们非常努力地降低VOC[挥发性有机化合物]。”

“甚至知道如何去做集合这辆车是一个挑战,”莫斯补充道。“采用前置发动机设计,发动机罩很长,发动机舱很大,即使前保险杠横梁已经焊接在中间发动机上,也为操作员提供了足够的空间从发动机舱内部制造汽车克尔维特,使用非常短的前夹,我们在车辆制造时保持车辆前部打开,然后用螺栓固定前保险杠。”

“在确保我们的供应商能够生产零件的同时,确保我们的团队在Bowling Green[通用汽车位于肯塔基州的总部]进行生产,这是一个相当平衡的行为克尔维特组装厂]可以组装它们,”巴塞拉继续说。“最终,从C7车身到C8只有一种携带复合材料。”这是2016年开发的坚固的A级1.2比重(SG)片状模塑料(SMC)克尔维特并用于新车的各种外部封闭。

车辆结构

四代(C5-C8),轻巡洋舰具有三层、多材质的车身结构:框架,通常是铝或钢的混合物-这次是与碳纤维增强复合材料(CFRP)部分;的车身结构,主要是粘合复合材料,以利用设计和制造的灵活性;加补强收尾(车身面板),从那以后一直是复合材料科维特酒店1953年6月首次亮相。这种分层混合结构不仅在高产量下提供了经济实惠的轻量化,特别是对于这种性能级别的汽车,而且还允许以较低的模具投资生产多种车型。事实上,就目前的C8而言,通用汽车仅使用20种工具就成功地在基础车型coupé和敞篷车上生产出了所有A级复合车身面板(粘合内饰和外饰)。

通用汽车及其供应商已经在2020年奥运会上获得了多项创新复合材料使用奖科维特黄貂鱼。在去年11月的第49届年度汽车创新奖颁奖典礼上,通用汽车获得了SPE Automotive Div.的车辆工程团队奖,站在上面的是关键的通用汽车工程团队成员。该车上的许多复合材料部件也是此次活动的入围者或类别优胜者。资料来源| SPE汽车部门。

此外轻巡洋舰无论它们是敞篷车还是带有固定或可拆卸车顶板的双门轿跑车,都始终采用开放式车顶结构。由于开放式车顶车辆通常比固定式车顶车辆刚度低,因此,这是每个车辆的一个重要重点巡洋舰”S工程始终是创造最坚实的基础,以改善悬架和转向。历史上,隧道(前发动机车辆上的变速箱和驱动轴壳体)占主导地位克尔维特车身结构和结构是实现高抗扭刚度的关键因素。就新的克尔维特通用汽车实现了更高的刚性。去掉车顶后,C8车身比基准高性能中置发动机的竞争对手高53.78%,比第二款高性能中置发动机的竞争对手高29.27%,比C7高13.79%。两个复合材料部件对车辆的刚度做出了重要贡献——一个直接连接在车架结构(后保险杠梁)上,另一个连接在车底(下隧道收尾)上。

框架结构

C8的车架很大程度上是铝合金的,其中一个CFRP部件是为了满足通用汽车严格的每公斤美元目标而开发的。相比之下,C7的车架是全铝的,C6的大部分是钢的。

唯一一个直接安装在车架上的复合材料部件是一个独特的CFRP后保险杠梁,它通过电泳防锈涂层工艺(通用汽车公司称之为ELPO)与白车身(BIW)一起移动。此部件有助于加强车架,并有助于提高后碰撞性能。它的弯曲形状——这可能要归功于一种叫做半径拉挤(radius pultrusion)的新工艺Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG(TTI,Bremervörde,德国)-使其能够匹配后部造型线索,适合有限的包装空间,同时保持接近发动机舱热量的尺寸完整性。作为汽车行业的第一个曲面拉挤零件(请参阅连续波2020年5月号),这种空心双室梁由Shape公司(美国密歇根州格兰德黑文)在TTI开发和制造的设备上生产。横梁重量仅为1.3千克,具有一个能够承受25千牛顿拔出力的粘结/栓接牵引钩眼。

汽车行业第一,2020年克尔维特采用拉挤碳纤维复合材料制成的弯曲后保险杠梁,由87根单独的碳丝束和8根碳纤维非卷曲织物(NCF)浸渍聚氨酯丙烯酸酯树脂制成。空心双腔光束比即将推出的铝光束轻66%,达到了通用汽车要求的每公斤美元目标。资料来源| Shape公司。

车身结构:A部分

实际上,C8的所有车身结构部件都是复合材料,并在车架经过ELPO后粘合和/或用螺栓固定在车架上。这一级别值得注意的复合材料部件包括结构车底封闭件和地板(我们将在本期中介绍)以及前后行李箱、进气管和后围带和舱壁ead-我们将在下个月与车身面板和饰件一起讨论。

这种混合复合材料,较低的隧道隔离是使用液体压缩成型的变体生产的。与铝相比,它消除了二次附件,降低了3公斤的质量,降低了劳动力、工具和资本成本。资料来源| SPE汽车部门。

C8上可拆卸的低隧道结构关闭,作为一个通道,贡献了超过10%的汽车扭转刚度,并在碰撞时作为主要的加载路径。这种混合复合板材由三层玻璃纤维预制件组成。这些纤维包括连续/编织和短切/随机纤维,纤维体积分数为38% (FVF),在每一叠的顶部和底部表面层添加面纱,以改善表面光洁度。玻璃预制件与两层预制件交织在一起,该预制件采用东丽(东京,日本)T700 12K标准模量碳纤维,采用21% FVF的NCF双轴织物和乙烯基酯(VE)基体制成。收尾工作由模制玻璃纤维公司。(MFG, Ashtabula,俄亥俄州,美国)使用其专有的PRiME(预先定位强化确保制造卓越)工艺,一种液体压缩成型(LCM)。

除了作为发动机支架一部分的后轮附近的单个铝制封闭件外,其余车身底板由模压SMC或注塑热塑性塑料组成。除其他好处外,这些面板可减少车底湍流和阻力,提高燃油效率,并防止湿气、灰尘和石块进入车辆发动机和传动系统。此外,它们为多个外部和内部接口提供了尺寸基础。

低密度,但结构的SMC面板采用了MFG开发的新配方(在这种情况下,40% FVF短切玻璃纤维/不饱和聚酯(UP)树脂)。这种材料被称为“浮动”SMC,因为每块板的密度小于1.0(平均SG=0.97),因此可以漂浮在水中。制造厂生产汽车上的所有结构SMC和LCM的零件。

C8车辆轻量化的一个重要因素是广泛使用“浮动”SMC。当比重值小于1.0时,此低密度结构的由MFG开发的SMC用于各种非a级零件,包括车身底板、仪表板、进气管道系统和前行李箱。来源|模制玻璃纤维公司。

该车还配备了一个混合动力地板,该地板针对扭转弯曲和侧面柱碰撞保护进行了优化(接合门槛板和与之相连的通道)。地板面板的特点是,舱面冲压铝与通过PRiME工艺生产的路面1.5-SG复合材料(60 wt-%连续和编织玻璃纤维/VE)板材粘合。在热粘合前,使用Pliogrip 9100聚氨酯结构粘合剂对两层进行热粘合阿什兰全球控股公司。(特拉华州威尔明顿的。美国),制造商清洗和准备材料。

所有直接连接到C8车架的复合材料零件首先都要进行激光烧蚀,这是由GM、MFG和自适应激光系统有限公司(美国密苏里州堪萨斯城)2016年巡洋舰,并改编自复合材料行业的模具清洁方法。激光烧蚀取代了手工打磨,降低了成本 人力、时间和成本,消除灰尘,提高重复性。激光路径、攻角和能量级别可根据每个零件的材料和几何体进行自定义。为了最大限度地提高制造灵活性,整个车身底部(包括地板)通过粘合和螺钉连接到车架和车身本身。

在八月份的CW杂志中,我们将继续报道新技术的复合材料创新克尔维特,在车身结构层面继续使用额外的组件,并完成外部闭包(车身面板),加上额外的装饰和升级。看到第二部分.

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