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SMC材料在某电动汽车发动机罩盖上的应用

SMC材料在某电动汽车发动机罩盖上的应用

在某新型纯电动汽车上使用了SMC材料替代传统的钢板作为汽车发动机罩板件的材料,从而实现了相比传统汽车的钢板发动机罩减重23%的目标。其次根据SMC材料与钢板不相同的成型特性,优化设计了发动机罩里板的结构,从而相较钢板发动机罩取消了锁加强板、铰链加强板和撑杆支撑板等板件,简化了发动机罩板件结构。同时本方案发动机罩里、外板之间采用粘胶连接,与传统机罩折边、涂胶、点焊和铆接结合的方式相比,连接工艺大大简化。 
目前,实现汽车节能减排有两个可行方法:一是提高能量利用率或者采用更清洁高效的能源;二是在不降低汽车车身强度和安全性能的前提下,尽量降低汽车车身重量。据资料介绍,汽车自重减轻100 kg,行驶100 km,可节油0.3 kg;自重减轻10%,燃料经济效益提高10%[1]。要降低汽车自重,除了采用结构优化设计外,目前最有效的手段就是在汽车上大量使用轻量化材料,如塑料基体复合材料等,其中,片状模塑料(SMC)便是应用最广泛的一种。 
SMC是60年代在西德发展起来的一种新型玻璃钢模压材料。国外汽车市场上以美国使用SMC最多,65%的轿车采用SMC作为发动机面罩,SMC在汽车上的应用,几乎涵盖了美国所有车厂,尤其以重型卡车上面使用最多,原三大车厂莫不如此。欧洲市场以德国、法国、英国、意大利、瑞典为主,在梅赛德斯-奔驰、宝马、大众、标致、莲花、菲亚特、曼恩等车厂的轿车、客车和载货车上大量应用。国内市场,随着上个世纪80年代末国家汽车产业发展政策的重大转型,国外汽车巨头纷纷进入中国,带来了复合材料在汽车上的大量应用,SMC得到大的发展,尤其是近几年来发展势头更加迅猛[2]。 
在新型电动汽车开发项目中,采用SMC代替传统汽车的钢板作为发动机罩的内、外板结构材料,以实现轻量化的目的。 
1、 SMC材料介绍 
SMC材料是一种干法制造不饱和聚酯玻璃钢制品的模塑料。20世纪60年代初,这种塑料首次在欧洲出现,之后美国和日本相继发展了这种塑料材料的加工工艺。目前,SMC材料被广泛应用于车辆、建筑、电子、电器等行业中。 
SMC具有轻质、高强、耐腐蚀、成本低及可大规模生产等特点 ,使其在汽车等工业上替代钢铁、减轻自身质量的过程中脱颖而出
针对发动机罩板件的受力特点,某纯电动车所采用SMC材料在抗弯强度和抗冲击强度两个方面通过调整材料配比进行了增强。同时SMC材料相较钢板而言有很轻的密度,故SMC是代替钢板材料用作新能源汽车发动机罩材料的优良选择。 
2 某纯电动车发动机罩板件方案介绍 
2.1 总体方案介绍 
纯电动车发动机罩外板和内板分别采用料厚为2.5 mm和2.0 mm的SMC材料,它们之间通过粘胶连接。与传统的钢制发动机罩板相比,该内、外板之间不需锁加强板、铰链加强板、撑杆安装支架等结构,且侧面通过双面胶固定机罩侧密封条实现密封,以达到电动汽车前机舱更高的防水要求。 
2.2 板件结构 
某纯电动车发动机罩采用抗弯性能跟钢板相当的SMC材料,考虑到机罩外板指压刚的要求,外板料厚定义为2.5mm,里板料厚定义为2mm。机罩里板通过设计沉台、十字筋等加强结构,以保证机罩里板的刚度及强度要求。与传统的钢板机罩里板总成相比,取消了发动机罩锁加强板、铰链加强板和撑杆安装板等加强板件。 
2.3 里外板连接 
传统钢板发动机罩里、外板之间通过折边、涂胶结合的方式连接,同时锁加强板、铰链加强板和撑杆安装支架等与里板之间采用点焊连。基于一种结构胶良好的耐候性和高强度的粘接性能,某纯电动车发动机罩里、外板之间的连接方式与传统钢板机罩不同,其里、外板之间完全采用粘胶连接。 
2.4 侧边密封防水 
一些普通燃料汽车一般采用U形结构的钣金防止雨水等通过侧面分缝进入前机舱,新型电动汽车前机舱盖和前翼子板分别采用SMC和PA66等塑料材料,成型方式不同决定了这些零部件局部结构与传统钣金件会不相同;同时相较于传统燃料汽车,电动汽车前机舱电器元件更多,相应防水密封等级也更高。某纯电动车用粘接侧密封条结构在满足前机舱防水密封性和非金属材料成型性基础上能大大简化机舱侧面分缝断面结构,减少零件数量。该防水结构已经申请了实用新型专利。 
3、SMC材料在发动机罩上应用的效果 
3.1 机械性能 
3.1.1 板件结构和连接方式 
该电动车发动机罩板件去掉了锁加强板、铰链加强板和撑杆安装支架等结构,使机罩结构大大简化;同时其里外板之间采用粘胶连接,与传统机罩折边、涂胶、点焊和铆接结合的方式相比,连接方式与工艺大大简化。 
3.1.2 板件刚度强度CAE分析 
对该SMC发动机罩的自由模态、安装刚度、扭转刚度、冲击刚度和掌压刚度进行CAE分析。 
综上,引擎盖安装变形、冲击分析及掌压分析均满足目标设定要求;目前缺少非金属引擎盖的扭转刚度目标值,但从其模态频率及其他工况变形均较小来判断,认为满足刚度要求,有待试验加以验证。 
3.2 重量性能 
将某纯电动车发动机罩重量与一个与该机罩形状大小相同,外板料厚0.7 mm,里板料厚0.6 mm,锁加强板、铰链加强板和撑杆支架预估质量为1.1 kg的钢板件发动机罩重量相比较,SMC材料机罩与传统钢板发动机罩相比,重量降低至少23%以上。 
4 结论 
通过采用SMC替代钢板作为生产新型电动汽车的材料,并结合SMC材料的成型特性、材料物化性能等采用胶粘连接工艺,使板件结构和连接工艺大大简化。 
在简化板件结构的同时,SMC材料发动机罩与传统钢板机罩相比重量减轻至少1.7 kg,为本纯电动车型降低车身重量,增加续航里程贡献了力量。同时也为车身其他相关零部件使用SMC材料减重提供了参考。 

 

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