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1、第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础【学习目标】了解各种汽车轻量化的概念 了解汽车使用各种的胶黏剂的种类和特点 熟悉各种聚氨酯泡沫塑料的性能、特点及成型 工艺 熟悉胶黏剂及密封胶在汽车上的应用 掌握汽车聚氨酯泡沫在汽车上的使用 掌握SMC材料的概念、特点及成型工艺第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.1 汽车轻量化概念 汽车轻量化是一个系统工程，其最终目的是达到减轻自身重量、降低油耗、提高环保节能和安全的综合指标。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.1.1 汽车轻量化的重大意义 一、汽车轻量化是汽车工业健康发展的需要 随着整个汽车工业的发展，汽车产量和保有量逐年增加
2、，汽车在给人们出行带来方便的同时，也带来了油耗、安全和环保这三大问题。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础二、汽车轻量化是节油和降低排放的 重要方法和途径 有研究数字表明，若汽车整车质量降低10%，燃油效率可提高6%8%。换而言之，轿车车质量减少100kg，每升油就可多行驶1km。汽车车身约占汽车总质量的30%，在空载情况下，约70%的油耗用在车身质量上。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础三、汽车轻量化是提高汽车动力性、舒适性 和提高竞争力的必须方向 1减少汽车质量，可降低动力和动力传动系统的负荷，使汽车在较低牵引负荷的状态下就可表现出同样或更好的性能。2为提高轿车的安全性、舒适
3、性等性能，需增加了一些辅助装置，如主动和被动安全装置(ABS、安全气囊)等，这会导致车重的增加。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础四、汽车轻量化是社会发展的需要 无论从战略角度、商业角度还是从社会发展角度来看，具有高燃油经济性和低排放低污染的汽车已顺应了社会发展的需要。在石油价格连续攀升的形势下，汽车用户越来越关注汽车的油耗，制造高燃油经济性的汽车是提高中国汽车工业竞争力的重要因素，汽车油耗已成为影响我国轿车产量增长的首要因素。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 1汽车轻量化的措施 1）从车身方面考虑 2）从结构设计方面考虑(结构优化设计；结构的小型化；改进运动结构的方式等。)
4、10.1.2 汽车轻量化的措施 一、从结构设计方面考虑第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 1使用密度小、强度高的有色金属及其合金材料；2使用同密度、工艺性能好的有利于减小厚度的高强度钢铁材料；3使用新型轻量化非金属结构材料，如工程塑料、陶瓷材料、碳纤维、复合材料等；4从材料加工技术和加工工艺方面考虑。二、从选用材料方面考虑第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.1.3 汽车轻量化材料 铝、镁合金在汽车上应用量的快速增长是汽车材料发展的大趋势。铝及其合金具有良好力学性能的轻质材料；铝合金具有优异的延展性,密度小（只有钢的1/3）;良好的耐腐蚀性，成为汽车轻量化结构的首选材料。目前
5、已广泛应用于发动机气缸体、气缸盖、活塞、进气歧管、摇臂、发动机悬置支架、变速器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、罩盖壳体类等零件。一、铝、镁合金材料第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.1.3 汽车轻量化材料 图为：全铝合金制造的轿车车身 但车身价格昂贵，成型和焊接工艺比较复杂。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 车身厚壁锻铝梁结构 其结构强度和刚度比冲压薄钢板结构的车身整体稳定性更好，重量轻；几乎不被腐蚀，可以无涂装使用，也可涂装上不同颜色的涂料。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 钢铁材料在与非铁合金和非金属材料的竞争中将继续发挥其价格便宜、工艺成熟的优势，通过
6、高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力。轿车自重的25%在车身，车身材料的轻量化举足轻重。二、高强度钢铁材料第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 主要包括：塑料、复合材料，以及粉末冶金材料等。塑料和复合材料一般可减轻零部件的重量35%以上。粉末冶金材料成分自由度大，粉末烧结工艺具有近净成形的特点，其在汽车上的应用有增加的趋势，特别是铁基粉末烧结材料在要求较高强度的复杂结构件上的应用也越来越多。三、其他轻量化材料第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.2 汽车用主要塑料制品及其成型工艺 随着塑料技术的日益发展，塑料用来制造汽车的内、外饰件和功能件，特别是采用工程塑料及铝镁合金
7、、纤维增强复合材料制造外装件备受重视。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础表10-1 塑料在汽车中的应用场合塑 料 应 用 场 合ABS车仪表板、车身外板、内装饰板、方向盘、隔音板、门锁、保险杠、通风管、保险杠、发动机罩、蓄电池壳等PA 散热器水室、燃料滤网、皮带轮、邮箱、油管、进气管、插头、各种齿轮、安全带PBT 保险杠、化油器组件、挡泥板、扰流板、仪表盘、汽车点火器、刮水器管、加速器及离合器踏板PC 车灯、保险杠、车门把手、仪表板、散热器格栅、车载音响和DVD系统、挡泥板PE 内护板、地板、邮箱、行李箱、雨刮器水箱、挡泥板、刮水器、耐磨机械零件PET 灯座、灯罩、白热灯座、继电器、硒
8、整流器、皮带、气囊、纺织物PF 化油器PMMA 风挡、车窗、灯罩、后挡板及其他装饰品POM 燃油系统、电气设备系统、车身体系的零部件、杆塞连接件、支撑元件、线夹PVC 驾驶室内饰、嵌材、地板、涂料、电线电缆包衬PPO 嵌板、车轮盖罩、耐冲击格栅、绝缘件PU 坐垫、挡泥板、车内地板、车顶篷、遮阳板、减振器、护板、防撞条、保险杠、仪表板垫及盖罩LCP 线圈、开关、插座、泵零件、阀零件、汽车燃料外围零件MPPO 连接器、开关、仪表板、视镜外壳、后挡风板第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.2.1 聚氨酯泡沫塑料在汽车中的应用 一、聚氨酯及聚氨酯泡沫塑料 1聚氨酯（PU）是指分子结构中含有氨
9、基甲酸酯团（-NHCOO-）的一类聚合物，取决于组成的变化，其性能可从软质到硬质较宽范围内变化，其产品以泡沫为主。2聚氨酯泡沫塑料 泡沫塑料是指把羟基的聚醚树脂与异氰酸酯反应构成聚氨酯主体，并用异氰酸酯与水反应生成的二氧化碳发泡或用低沸点氟碳化合物作发泡剂，制成泡沫塑料。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 汽车上常用的普通型和自结皮型半硬质聚氨酯泡沫塑料的主要生产工艺流程：1）普通型半硬质聚氨酯泡沫塑料生产工艺流程放入预制成型表皮涂刷脱模剂固定骨架合模浇注开模6道工序。此工艺可生产汽车仪表板。2）自结皮型半硬质聚氨酯泡沫塑料的生产工艺流程：涂刷脱模剂固定骨架合模浇注开模5道工序。此工艺
10、可生产汽车转向盘。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础二、聚氨酯泡沫塑料在汽车上的应用 汽车工业推动了聚氨酯泡沫塑料的飞跃发展。目前聚氨酯泡沫塑料制品用于汽车上的情况如表10-2所示。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础表102 汽车用聚氨酯塑料制品塑 料 品 种 汽 车 零 件 名 称块状软质泡沫塑料切片 遮阳板、顶棚衬里、门板内衬、中心支柱、装饰条、隔音板、三角窗装饰条软质模压泡沫塑料 座垫、靠背半硬质泡沫塑料 仪表板填料、门柱包皮、控制箱、喇叭座垫、扶手、头枕、遮阳板、保险杠硬质泡沫塑料 顶棚衬里、门板内衬整体结皮泡沫塑料 扶手、门柱、控制箱、喇叭座垫、转向盘、空气阻流板弹性
11、RIM制品 保险杠、档泥板、发动机罩、侧后支柱、车门把手、行里箱盖刚性RIM制品散热器格栅、暖风壳、前阻流板、挡泥板垫、挡泥板、门板、发动机罩、行里箱盖、小车地板浇铸型弹性体防尘密封、滑动轴承套、转向节衬套、钢板弹簧吊带衬套、锁头零件、门止块、电缆衬套热塑性弹性体减震垫块、钢板弹簧隔垫、弹簧线圈护套、齿轮传动装置罩、格栅、顶棚、车身部件涂料 涂刷在保险杠或其他外装件上复合结构材料 座垫套、隔音、吸震片、门内衬、保险杠、覆盖件、顶棚等第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 1聚氨酯泡沫塑料汽车座椅 汽车座椅主要由支撑物、弹性体和外包皮三部分构成。2聚氨酯泡沫塑料仪表板、扶手与头枕 1）仪表板
12、、扶手、头枕仪 表板表皮材料大部分采用ABS改性的聚氯乙烯膜。2）仪表板的材料 仪表板的表面采用带有缓冲性的聚氨酯泡沫塑料，其余芯材部分采用硬质塑料，同时为使用方便，在仪表板上装有杂物箱、仪表罩盖和除霜器格栅。3）聚氨酯泡沫塑料转向盘 转向盘是汽车安全件之一，为保证驾驶员的行车安全，要求转向盘在发生碰撞时能吸收大部分冲击能量，满足这一要求的最佳材料就是聚氨酯泡沫塑料。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础10.2.2 通用塑料注射成型及其制品在 汽车结构件中的应用 利用通用塑料质量小、成型自由性好、电气绝缘性较好及原料丰富、价格便宜等优点，汽车上的塑料制品急剧增加。通用塑料既能制造汽车机械
13、零件，又能制造内饰件。在汽车轻量化中用的最多的通用塑料有：聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、和ABS四大类。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 一、聚丙烯（PP）塑料在汽车上应用 目前，在汽车上使用的聚丙烯零部件品种已达70多种。在表10-5中列出了一些用聚丙烯制造的主要汽车零件的名称及质量。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础表10-3 PP汽车零件汽 车 零 件 名 称 质 量（kg）功能件 及外壳件分电器盖 0.092仪表灯表 0.021加速踏板 0.082后灯壳 0.423冷却风扇 0.380暖风壳 2.190刮水器电动机套 0.014转向盘 0.744
14、杂物箱盖 0.207杂物箱 0.669空气滤清器壳 1.800第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础附件及其他后视镜外框 0.038后视镜内框 0.059安全腰带 0.023高压线夹 0.010打火机 0.003车内灯具 0.028 天线柱 0.080其他灯具 0.012扶手 0.120第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 1聚丙烯材料的特性 聚丙烯具有较高的热变形温度、耐药品性好、耐应力开裂性好的特点，而且通过各种无机填料和各种弹性体的改性，可以得到具有多种特性的聚丙烯品种。2.聚丙烯的改性 1）增韧型聚丙烯。2）填充增韧型聚丙烯。3）填充型聚丙烯。4）增强型聚丙烯。第10章 汽车
15、制造轻量化 汽车制造工艺基础3聚丙烯在汽车工业中的实际运用 1）硬质仪表板的注射成型工艺 汽车仪表板的结构和用材一般可分为硬质和软饰仪表板两大类。2）保险杠的改性PP注射成型工艺 改性PP保险杠具有成本低、质量小、可循环再利用等优势，其数量已占保险杠总数的70%。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 改性PP注射成型保险杠生产工艺过程：（1）选用EPDM塑炼成薄片,并切成粒状。（2）在室温下混合机内先加入粒状的EPDM，再加人粉末状光稳定剂UV-327和抗氧剂1010，将三者先充分搅拌分散均匀。（3）加人PP和黑色母粒，常温下充分混合分散均匀。混好的料用双螺杆混炼挤出机挤出，温度1802
16、00，挤条冷却后切成粒状，经过烘干制成PP/EPDM共混热塑性弹性体粒料。粒料需干燥至水分含量6%，灰分0.4%。在19023O的温度下用注塑机注射成型。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 3）聚丙烯材料制造的其他汽车零部件（1）主要包括车内顶棚、侧面、座垫以及乘客周围的零件，如方向盘、仪表板等；（2）发动机和取暖通风系统有关零件,如发动机冷却风扇、电瓶外壳、汽车分电器盖、通气管、除霜器喷嘴和暖风风扇等；（3）汽车外装件，如汽车照明灯、闪光指示灯和测向灯外壳、格栅、车轮挡泥板等。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础二、聚乙烯（PE）在汽车工业中的应用 1聚乙烯材料的种类 聚乙烯按
17、其生产方式的不同，所得分子结构、密度、分子量也不同。按其密度分为：低密度聚乙烯（LDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯（HDPE）。2.聚乙烯在汽车上的实际应用第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础表10-4 PE应用实例使用部位 零 件 名 称 树 脂外饰件 挡泥板、汽油箱、衬板、弹簧衬垫、车轮罩、汽油过滤器壳套MDPE、LDPE内饰件空气导管、扶手、覆盖板、承载地板、夹钩扣、柱套、风扇护罩、行李舱格板、备胎夹箍、转向盘遮阳板、行李箱衬里（顶蓬与门的减振材料）HDPE、LDPE底盘 空气导管、蓄电池、制动液储罐、夹钩扣、清洗液罐 HDPE第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺
18、基础 三、聚氯乙烯（PVC）塑料在汽车工业中的应用 1聚氯乙烯的分类、特性及其改性 聚氯乙烯是一种多组塑料，根据加入增塑剂的不同，可将其分为硬质聚氯乙烯、软质聚氯乙烯和聚氯乙烯热塑性弹性体3种。1）聚氯乙烯的结构与性能。2）聚氯乙烯的改性。3）聚氯乙烯的工艺性能与成型加工。第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 2聚氯乙烯在汽车上的应用 聚氯乙烯在日本汽车所用塑料中约占3040，而美国约占1620。在汽车上主要用作表皮套、内饰件座垫套、车门内衬、汽车顶盖衬里表皮、仪表板罩、地毯、后盖板表皮、操纵杆盖板、备胎罩盖、转向盘、货箱衬里、窗玻璃升降器盖、保险杠套，所有电线包皮（即绝缘层）等。第10
19、章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 3聚氯乙烯注射成型工艺性 1）因热稳定差，故应严格控制成型温度。2）制品壁厚应尽可能均匀，并不能太薄。3）聚氯乙烯的收缩率因添加剂用量不同而不同。4）模具外要加设冷料井，防止冷料堵塞浇口第10章 汽车制造轻量化 汽车制造工艺基础 三、改性聚苯乙烯及ABS塑料在汽车上的应用 改性聚苯乙烯是指苯乙烯的集聚物及其与其他单体共聚物、合金等一簇树脂的总称。1ABS的特征、种类及性能 ABS由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）这三种物质组成，其比例为：A占10%30%，B占5%30%，S占40%70%。如果改变这三种成分的比例，并加入第四种组分，就可得到品种较多，用途各异的ABS品种。