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SMC、BMC和CIC:新一代卡车部件材料

时间: 2011-06-26 21:17 来源: 作者: 曼佐里特(Menzolit)复合材料国际 点击:
由于具有密度低、刚性好、耐高温、耐腐蚀以及可在线涂装和重量轻等多种优点,片状模塑料(SMC)、团状模塑料(BMC)和连续浸渍模塑料(CIC)等已成为卡车应用的理想之选。作为此类材料的领先供应商,曼佐里特(Menzolit)复合材料国际集团的产品已享誉欧美的卡车制造市场。

复合材料可用于卡车的哪些部位?

首先,SMC和BMC被广泛用于车身面板。早期阶段,当人们将SMC用作卡车的车身面板时,考虑更多的是其良好的抗腐蚀性。之后,人们使用该材料的主要原因则在于其良好的可塑性。它可被设计成圆形和其他各种不规则形状,因而能够满足更多的应用需求。如今,新一代的卡车制造则更加关注节能(整个生命周期)和降噪问题,这使得SMC和BMC有了更广泛的用武之地。目前,像雷诺、戴姆勒-克莱斯勒、MAN、DAF、沃尔沃、斯堪尼亚和大众等知名品牌卡车,它们的驾驶室均由SMC制造而成,例如,前围板、保险杠、导风板、踏板以及工具箱、尾翼、侧面防护(装置)和侧扰流板等部件均使用了该材料。图1和图2所示为MAN TGX卡车及其侧踏板,此踏板作为半功能性外部零件,与前围板、保险杠和侧面部分共同构成了新一代 MAN TGX卡车的驾驶室。


图1 MAN TGX


图2 MAN TGX侧踏板

通常,侧踏板的制造颇具挑战性,这是因为,该部件集设计自由度、硬度和功能性于一体,而SMC则能够很好地满足具有不同厚度、不同着色和不同表面结构的踏板部件的应用需求。其典型案例包括梅赛德斯-奔驰凌特的侧踏板(如图3所示)。当用叉车将满载货物的托盘装入车辆中时,这些踏板完全能够承载整个托盘的重量。


图3 梅赛德斯-奔驰凌特侧踏板

由于具有良好的耐温性和耐油性,因此部件是SMC、BMC和CIC等材料的另一重要应用领域。与其他石油基材料相比,此类材料具有更加优异的抗蠕变性、耐温性和防水性,由它们制成的零部件坚固耐用,防泄漏效果好,因而非常适应引擎室的应用环境。例如,由SMC制作的节气门耐温性好、蠕变低且刚性高,即使在高温环境中,仍可保持良好的尺寸稳定性。此外,由SMC制成的部件还有助于降低发动机的噪音。但至今为止,该类部件仍以铸铝为主要材料。

然而,鉴于澳大利亚和瑞士等国家对汽车噪声的严格限制,特别是大马力发动机的降噪问题已成为当前制造商们迫切需要解决的棘手难题。与钢或铝相比,SMC和BMC极大地改善了部件的降噪性能,可大幅降低发动机的噪声。因此,目前像油底壳(如图4所示)、阀盖和传动轴盖等的制作已开始采用SMC/BMC材料。如果出现了故障而将发动机置于地面上进行维修时,SMC油底壳完全能够承受整台发动机的重量。


图4 卡车发动机油底壳

由SMC制作外部零件可带来哪些优势?

如前所述,卡车驾驶室采用SMC部件的一个重要原因是,SMC具有良好的抗腐蚀性和固有的刚性,从而可使部件获得与钢制件一样的表面质量和使用性能。此外,在SMC部件的背面,还可带有加强肋以及组装用的凸台。在模制过程中,可将螺纹衬套类的零件嵌入模内,以使它们与整个部件集成在一起,从而极大地降低了后续的组装成本。以前围板为例,当采用SMC材料时,可将前围板设计成一个整体,其背部带有肋条和凸台,以起加固和组装的作用。此外,在成型过程中,可将格栅作为一个嵌件,使其与前围板构成一体。

在设备投入和生产效率方面,一般情况下,金属部件的成形需要配备5~6台压机,以及相同数量的机床(包括剪切装置)。相比之下,模制SMC部件仅需1台压机和1台机床即可。当然,就生产效率而言,板金冲压的效率相对较高,因此其产量更大。而模制SMC部件时,根据部件类型的不同,1台压机1年的产量最多可达60000件。如需更高的产量,则需要增加设备。表中数据反映了SMC前围板和金属前围板的设备投入情况。

图5对SMC部件、板金件和RTM件的成本做了比较。从图中曲线可以看出,在年产量低于130000件的情况下,SMC部件的成本最低。只有当产量达到130000件时,SMC部件的成本才上升到与板金件相同。但是,在卡车制造领域中,很少能达到如此高的产量。同时,与RTM制件相比,显然SMC部件在产量和成本上也更具优势。


图5 SMC部件、板金件和RTM件的成本比较

SMC的优点不仅在于成本低,其另一个突出的优点是,具有很小的热膨胀系数,这使得SMC部件在与金属部件相结合时,彼此间的空隙非常小。因此,轻型商用车(LCV)中的很多金属部件均可被替换成SMC部件(如图6和图7所示的隔离壁和后车门)。替换后,部件的功能保持不变,但重量更轻。


图6 厢型车内隔离壁


图7 厢型车后车门

展望未来的轻量化结构

近年来,为了降低油耗,同时减少CO2的排放,采用复合材料开发的汽车部件日益增多,同时,以往由复合材料制成的部件,其结构也得到进一步优化,从而更好地实现了减重的目的。目前,由SMC制作的车顶已出现在一些新的车型中,同时,人们还在研究如何使用SMC制作车门,以进一步降低重量。而一些小型客车、旅行车、越野车(SUV)和轻型商用车(LCV)等,已使用了SMC的后车门。


图8 曼佐里特SMC 1100与SMC 1800的性能对比

尽管如此,目前已得到广泛应用的SMC和BMC部件仍存在很大的减重潜力。通过降低材料的密度,即可实现减重目标。作为一种新型复合材料,曼佐里特(Menzolit)复合材料国际集团(以下简称“曼佐里特”)的SMC 1800所具备的优异性能(图8所示为曼佐里特SMC 1100与SMC 1800的性能对比)使其非常适合于结构部件。当用其制造结构复杂、且带有凸台或肋条的三维部件时,其良好的流动性使得此类部件更易于成型。不仅如此,由SMC制作的结构部件还具有很高的刚性,以及类似于钢的超低热膨胀性。它们在减轻重量的同时,还兼具极好的机械性能。目前,采用SMC制造的较大的结构部件是JCB挖掘机的底板(如图9所示),作为整台车的基底,该底板集成了多项功能,而更多功能的集成使得成本被进一步降低。


图9 JCB挖掘机底板

今后,随着欧洲对汽车CO2排放量要求的进一步提高,发动机的研究焦点将更多地集中在减重方面,这意味着将有更多的发动机金属部件要被塑料部件所取代,特别是SMC、BMC和CIC等复合材料部件。

SMC与金属前围板的设备投入对比

生态效率与可回收性

生态效率与可回收性同样是汽车制造业关注的焦点。相关的研究表明,SMC是极具生态效率的材料。在此项研究中,分别以钢、铝和SMC等3种材料的行李箱盖为研究对象,研究涉及材料制备、模制、部分重制、喷漆、组装以及耗油性、用弃后的废物处理等多个方面。为确保结论的准确性,还特别邀请了做此类研究的权威机构BASF,来对相关数据进行评估和确定。比较结果如图10所示。


图10 SMC与铝、钢的生态效率比较

为了贯彻废弃车辆指令(ELV),FRP行业还由包括曼佐里特在内的主要供应商共同创建了一个名为“欧洲复合材料回收”的服务公司。该公司的理念是充分利用车辆废弃部件,并根据欧盟法规要求,制定直接和间接回收的方案。

曼佐里特(Menzolit)复合材料国际集团

自1948年成立以来,曼佐里特(Menzolit)复合材料国际集团已成为全球生产纤维增强复合材料的领先企业之一。该集团总部位于德国,并在法国、意大利、西班牙、英国以及中国设有工厂,同时在巴西、韩国和美国还拥有合作伙伴。在SMC、BMC和CIC的开发和生产方面,该集团积累了60多年的丰富经验,能够为不同的行业提供近 90000种复合材料。

与传统材料相比,曼佐里特的复合材料在减重、刚性、耐温性、设计自由度以及低成本方面更具优势,因而在各种商业应用中,能够以其卓越的技术性和经济性表现,帮助客户创造价值。

多年来,基于“贴近客户”的经营理念,曼佐里特致力于为客户提供量身订制的产品和高效的服务支持,以此实现“让客户满意、持续质量和技术改进,以及环境保护”的经营目标。

更多有关曼佐里特的信息,请登陆 www.menzolit.com
联系方式:021-57277688-520(end)

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