近年来,汽车轻量化技术已经被广大汽车企业所高度认同和重视,骨干汽车企业都在加大投入,在确保和提升车辆安全性的基础上不断提高产品的轻量化技术水平,汽车轻量化技术创新战略联盟各项工作也取得了较好的进展,已经被国家科技部列为首批试点联盟之一。

 

由于纤维强化树脂的强度比高强度钢还高,而密度仅为1.5g/cm3~2.0 g/cm3,比铝合金还要低。利用纤维强化树脂制造压气机叶轮,可达到减轻涡轮增压器质量的目的。

 

1 碳纤维强化树脂PKU的特性

 

新 开发的聚合物材料是以聚醚酮系树脂PKU为基础的30%质量的碳纤维增强复合材料, 用于制造压气机叶轮,以代替以往使用的铝合金材料。表中所列为两者特性的比较。碳纤维强化树脂PKU具有良好的耐蠕变性、耐腐蚀性、耐磨损性和热伸缩性小 (-65℃~105℃之间无伸缩)等特点。与其它碳纤维复合材料相比,PKU/CF30的玻璃转移温度较高(比聚醚酮系树脂约高30℃),适合于压气机叶 轮的使用环境。

 

特性参数 纤维强化树脂PKU/CF30 铝合金,相当于JIS ACA4D

密度g/cm3 1.38 2.7

抗拉强度MPa 290 320

延伸率 1.6 3.8

杨氏模量GPa 25.3  72.5

107疲劳强度(MPa)   常温100℃ 155140 —123

1000h蠕变破坏强度(MPa) 150℃ 127 132

2 碳纤维强化树脂的定向控制技术

 

为 了提高树脂制叶轮的耐久性和可靠性,增加最大应力发生部位的强度和使用寿命,控制复杂形状碳纤维的方向性非常重要。通过三维有限元法对压气机叶 轮的离心应力进行分析,结果表明,最大应力发生在轴孔部位。因此,如图1所示那样,在射出成形金属模的下型设置深度为L的可调整材料积存坑(余料坑),使 碳纤维的方向最佳化。图2所示为从树脂制叶轮上切取试样进行蠕变试验的寿命的比较。试样是从图2所示的部位,从垂直于轴的方向切取的。由图可知,采用材料 积存坑的试样可大幅度提高碳纤维强化树脂的蠕变寿命。 </span>

<span> 图1 射出成形金属模的结构</span>

<span> 图2 蠕变寿命的比较结果</span>

<span>3 树脂制压气机叶轮的应用效果

 

通过涡轮增压器加速性能试验,表明压气机叶轮材料用碳纤维强化树脂代替铝合金后,可使旋转体的惯性降低27%,从踏下加速踏板起到设定增压压力的时间缩短8%~9%,明显改善了涡轮增压器的加速响应性。

 

在涡轮增压器上应用纤维强化树脂代替耐热合金和铝合金,可达到轻量化的目的。今后,随着材料的结合技术和零件设计技术等相关技术的发展,轻量化材料在汽车上将得到广泛应用。(end) </span>

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_39214.html

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