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缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定规律缠绕到芯模上,然后经固化、脱模,获得制品。根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同,分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种工艺。以下就这三种工艺进行比较:

 

1、 干法缠绕:干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带,在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸纱(或带)是专业生产,能严格控制树脂 含量(精确到2%以内)和预浸纱质量。因此,干法缠绕能够准确地控制产品质量。干法缠绕工艺的最大特点是生产效率高,缠绕速度可达 100~200m/min,缠绕机清洁,劳动卫生条件好,产品质量高。其缺点是缠绕设备贵,需要增加预浸纱制造设备,故投资较大此外,干法缠绕制品的层间 剪切强度较低。

 

2、湿法缠绕:湿法缠绕是将纤维集束(纱式带)浸胶后,在张力控制下直接缠绕到芯模上。湿法缠绕的优点为:①成本比干法 缠绕低40%;②产品气密 性好,因为缠绕张力使多余的树脂胶液将气泡挤出,并填满空隙;③纤维排列平行度好;④湿法缠绕时,纤维上的树脂胶液,可减少纤维磨损;⑤生产效率高(达 200m/min)。湿法缠绕的缺点为:①树脂浪费大,操作环境差;②含胶量及成品质量不易控制;③可供湿法缠绕的树脂品种较少。

 

3、半干法缠绕:半干法缠绕是纤维浸胶后,到缠绕至芯模的途中,增加一套烘干设备,将浸胶纱中的溶剂除去,与干法相比,省却了预浸胶工序和设备;与湿法相比,可使制品中的气泡含量降低。</span>

<span> 纤维缠绕工艺</span>

<span>三种缠绕方法中,以湿法缠绕应用最为普遍;干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。

 

 

纤 维缠绕成型的优点:1、能够按产品的受力状况设计缠绕规律,使能充分发挥纤维的强度;2、比强度高:一般来讲,纤维缠绕压力容器与同体积、同压 力的钢质容器相比,重量可减轻40~60%;3、可靠性高:纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产,工艺条件确定后,缠出来的产品质量稳定,精确;4、生 产效率高:采用机械化或自动化生产,需要操作工人少,缠绕速度快(240m/min),故劳动生产率高;5、成本低:在同一产品上,可合理配选若干种材料 (包括树脂、纤维和内衬),使其再复合,达到最佳的技术经济效果。

 

缠绕成型的缺点: 1、缠绕成型适应性小,不能缠任意结构形式的制品,特别是表面有凹的制品,因为缠绕时,纤维不能紧贴芯模表面而架空;2、缠绕成型需要有缠绕机,芯模,固 化加热炉,脱模机及熟练的技术工人,需要的投资大,技术要求高,因此,只有大批量生产时才能降低成本,才能获得较的的技术经济效益。(end) </span>

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_38588.html

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

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如果在停车场发现车上门板洼陷,自然就少不了要去一趟修车厂,也就不得不付一笔额外费用。但是如果你的车门板是采 用一种叫做形状记忆合金(SMA)的材料或聚合物制成的话,可能就只需开回家,用个吹风机就能修补好——这种“智能材料”会在加热后恢复“初始记忆”的形 状,所以能实现简单的自行修补。

 

要使上述场景真正在现实生活中出现,可能还需十年甚至更长的时间。但是这个理念还是很棒的。智能材料和技术可能实现的性能,对于众多材料科学家和汽车工程师而言,更是个很大的动力,驱使他们不断研究以开发智能材料的多种应用方式。

 

比如,在未来几年内,有些车型将配置以形状记忆合金制成的空气抑制板、内饰抓扶把手等零部件。能够自我修复的外饰涂料和以弹性体制成的能遮挡风雨的零部件,将变得越来越普遍。能够自行调整的主动减振器和自紧式紧固件可以长期应用在汽车上。

 

智能表现

 

德尔福公司新业务开发技术经理Andrzej Pawlak说:“迄今为止,全世界在智能材料领域已出现10万多个专利,已记录在档的专利比过去十年多了一倍。应用在汽车传感器和能量转换执行器上的智能材料,是发展最快的领域。”

 

尽 管多年前汽车工程师就已明了智能材料的优势,但是它们的商业化进程还是受到阻碍而延缓了。阻碍的因素也是常常阻碍其他新技术发展的,比如:无竞 争力的成本,性能可靠性、供应短缺、对于“非本处发明产品的性能”的疑虑。不过智能材料的支持者还是认为:越来越多的智能材料,成本已开始降至量产可接受 程度。

 

“严格说来,智能材料和技术集成系统能够察觉并回馈不断变化的环境条件,”斯坦福咨询研究所(SRIC-BI)技术分析家 Carl Telford说:“这是一个充满可能性的领域,也是一个受到太多吹捧的领域。许多技术和材料都被称为‘智能’,但是对于纯粹主义者而言,它们还算不上 ‘智能’,只是性能表现比较‘聪明’罢了。”

 

Telford说:智能材料已成为一个包罗万象的词,其中许多“边缘”材料其实只在建设途径上挖掘了某些内在特征,还谈不上“智能”。比如,许多汽车制造商正在考虑应用能够直接将热能转化为电能的热电材料,以回收发动机废气中产生的热能。

 

“这就是真正的智能吗?”Telford认为:“其实不是。但是人们还是经常将这种应用方式归入智能材料领域。”

 

不 管究竟如何定义,智能材料是多种多样的。许多材料是“具有场依存性的”固体,能够经受尺寸变化(承受拉伸力),对电场或磁场做出回应。这些物质 包括压电陶瓷(比如锆钛酸铅)、塑料(比如聚偏二氟乙烯和聚酰亚胺)以及磁致伸缩材料(比如铽镝铁或Terfenol-D)。其它还有记忆金属合金、塑料 以及磁流液,磁流液的粘度提高可以回应其中的应用磁场。 </span>

<span> 由波兰James Owen设计工作室出品的米其林EAP智能轮胎, 采用电活性聚合物(EAP)制成,已应用于马自达RX-9混合动力车。</span>

<span> “汽车上还 有一些技术颇为智能,但是大家通常并不把它们视为智能材料技术,”Telford说。比如,有些共轨柴油发动机,采用配载了压电校准器的燃料喷射系统,可 以为气缸输送准确的燃料量,有助于满足排放标准。采用磁流液的主动悬架系统,比如德尔福和Lord公司共同推出的磁流变减震系统 (MagneRide),在通用汽车公司推出的模型车以及法拉利车型上,可作为备选零部件使用。由电致变色材料制成的智能玻璃,其实并不属于严格的“智能 材料”这个定义,但是它可以广泛用于后视镜,自动调节光线变暗。

 

形状记忆合金在行动

 

Telford认为:现今的汽车工业正处于智能材料使用量不断增加的时代。他认为在不久和更远的未来,在校准、振动控制、智能夹紧、扭矩传递、触觉及转向系统领域、光热控制、自我修护涂层和零部件以及智能轮胎上大有可为。

 

多家汽车行业组织都在研究形状记忆合金校准器的应用,比如菲亚特技术研究中心和通用汽车公司研发中心。通用汽车公司研发中心执行总监Alan I. Taub说:“我们希望零部件都可以采用形状记忆合金移入车内。”比如:车门锁、车窗、风挡雨雪刷以及液体喷射器。

 

“通常我们用电机、电缆、操作杆或校准器等移动零部件,”Taub说:“现在我们更喜欢通过加热镍-钛形状记忆合金进行这一操作。记忆合金可以替代常规校准器,成本更低、重量更轻,需要的零部件及耗费的能源都更少。它还能让我们将动力设备与零部件打包配置。”

 

Taub 解释说:通用汽车公司以一种特殊的方式处理形状记忆合金,这样他们就能在一个较容易控制的温度下改变形状百万次。公司研发人员发现镍钛金 属可以开关散热器百叶窗,经电阻加热激活后,可以展开后空气阻流板或内饰扶手。Taub说:通用汽车公司还将引进“几种更复杂的应用方案”,有望在 2012年推出的通用车型上与大众见面。 </span>

<span> 由Francois Tournilhac和Ludwik Leibler发明的自愈式超分子橡胶材料, 撕开后再拼接就能自行修复,适用于挡风雨条和其它汽车零部件。</span>

<span> 其他专家对形状记忆 合金的量产满怀期待。福特研发和高级工程中心材料科学及纳米技术经理Matthew Zaluzec说:“镍钛形状记忆合金材料非常适合需要应用精准、可靠性极高的领域,不过量产仍需一定时间。 要是有人能让它尽快满足量产技术要求,我们一定对他脱帽致敬。目前看来这项技术不是短期就能成功应用的。”

 

福特调研人员一直努力 关注电活性聚合物的技术发展,这种聚合物在校准器和传感器上均有应用。从斯坦福研究院分离出来的Artificial Muscle Inc.公司,是领先的智能材料供应商,但是福特对它们短期内投入实际量产的可能性仍有疑虑。“Artificial Muscle的代表曾来过我们的实验室,展示了开发的技术。它们当然很吸引人,但是我们还不知道它们的实际应用情况如何。” </span>

<span> 通用汽车公司推出的散热器护栅,应用了镍钛形状记忆合金丝。</span>

<span> 可能性

 

本 田(美国)研发中心总工程师Lara Minor认为:智能校准材料在汽车上还有一个很重要的可能性应用,就是可调安全带。与本田基金一起,俄亥俄州立大学机械工程师Marcelo Dapino正在进行此项用途研发,对施加在安全带上的加载力和加载率监控,为实现最优抑制效率,自动调整D环摩擦和皮带张力。Dapino说:滑动带的 纵向摩擦将由压电驱动超声波振动控制,改变速度,实现较好的安全性能,降低重量,使设计更简化、更灵活。

 

斯坦福咨询研究所的Telford预测:在未来二十年,“我们应该能够见证形状记忆材料在智能架构上的技术突破,还有智能塑料和聚合光纤材料制成的零部件。”

 

目前,针对新架构的开发已经启动。早在2007年,蒂森克虏伯就与SMA零部件公司在转向柱上开始合作,致力于设计一款撞击时能够立即改变形状的转向柱,以提高乘客安全保护。

 

最 近,这两家公司在由磁滞伸缩材料制成、能感受到直升机旋翼组装的振动并对其进行控制的压电式设备上取得了一些技术进展。这些技术可以应用在道路 车辆上的主动型减震器或自动疲劳磨损监视器上。加州大学欧文分校工程师Lizhi Sun负责本田汽车的技术支持,他希望能够开发出磁激活阻尼器,未来有一天它或许能够应用到减震器、轴衬和发动机架上。

 

其高效磁滞胶质阻尼器以Terfenol-D、二氧化硅、氯硅烷为基础,它们分散在纳米铁颗粒制成的悬架上。当这些颗粒暴露在磁场上就会形成磁场线,可抵御滞流的影响。

 

与 形状记忆合金同期开发的智能坚固件,现大多用于电子应用领域,也能用于汽车上。弗吉尼亚理工大学工程师Daniel J. Inman解释说:其中可自行加热的螺栓,配备了“加热便还原(heat-to-recover)” 形状记忆合金制成的垫片,能够快速拆卸,重新安装。多年来,Inman及其同事一直致力于自紧固螺栓系统。在这个系统内有“一个微缩芯片”监视螺栓张力, 如果感觉到螺栓松动,就会电阻加热激活形状记忆合金垫片,将螺栓紧起。

 

扭力传递是未来使用智能材料的又一大领域,比如洛德公司推出的机 械传动离合器,可替代标准从动盘系统,它应用了磁流变(MR)流体技术,可提供更大抗磨性能和长期可靠性。还有一种产品是冷却风扇离合器。尽管有些工程师 还在考虑是否在汽车传动系统上进行类似项目,绝大多数的专家还是一致认为:这些系统的实际普及起来还有待长足发展。

 

Telford认为: 或许有一天,智能材料还能应用在转向器和触觉系统上。洛德公司与瑞典船艇制造商沃尔沃遍达(Volvo Penta)公司一起,为自动、线控转向舵机系统开发触觉回馈技术,力求降低转向力。“它提供转向力反馈,”如果这些设备应用成功,“我们就有机会将这种 技术应用在汽车转向系统上。”

 

工业观察家们期望广大汽车工程师能够尽可能多地选择智能材料,应用在新车设计上,以提高效能、降低成本、增加实用性。毕竟,在今天这个崇尚“聪明”的时代,选择“聪明”材料的工程师才够聪明。 </span>

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_38615.html

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随着气动热力学、结构力学和材料科学等的飞速发展,较高的性能、良好的经济性、极好的环保特性和很高的可靠性已经成为运输机用大涵道比涡扇发动机研 制的主要目标,而较高的推重比、较低的油耗、较少的信号特征、极高的可靠性已经成为战斗机用小涵道比加力涡扇发动机研制的主要目标。

 

研 究表明,在不改变目前航空涡扇发动机结构布局的前提下,上述目标要想取得突破,创新的材料和新颖的结构方案是极其关键的因素。树脂基复合材料以 其具有:(1)制件质量轻、强度高,具有突出的比强度和比模量;(2)制件成型方便,成本较低;(3)成型工艺成熟等明显优势,并已经成为航空涡扇发动机 设计与制造商所青睐的高性能冷端部件的重要候选材料,已经广泛地应用在大涵道比涡扇发动机和小涵道比加力涡扇发动机的外涵机匣、转子叶片、静子叶片、包容 机匣以及发动机短舱和反推力装置等部件上。

 

纤维增强树脂基复合材料部件的开发和应用

 

纤维增强树脂基复合材料在航空涡扇 发动机上的应用研究始于20世纪50年代。目前,英国的R·R公司、美国的GEAE公司和P&W公司、 德国的MTU公司和法国的SNECMA公司都进行了大量的开发和验证工作,也都取得了很大的进展,已经将树脂基复合材料成功地应用到部分大涵道比和小涵道 比航空涡扇发动机上。

 

1 GEAE公司

 

为了减轻发动机质量,降低生产成本,GEAE公司已经将先进的纤维增强树脂基复合材料应用到航空涡扇发动机的较多低温部件中,如外涵机匣、风扇转子叶片、包容机匣。公司还进行了应用于静子叶片、风扇框架、整流罩、叶冠等部件的大量开发和研究工作。

 

2 P&W公司

 

树脂基复合材料在P&W公司涡轮发动机上的应用始于20世纪70年代。至80年代,P&W公司首先从外部部件入手,尝试研究了喷管外部调节片、加力燃烧室筒体、风扇包容环、风扇机匣等部件。尔后,一直在开发和尝试用于其他一些低温部件。

 

3 R·R公司

 

20 世纪60年代,R·R公司开始开发玻璃纤维增强的树脂基复合材料部件。1977年投入使用的第一代垂直起飞战斗机的升力发动机RB162发动 机,就采用了Kerimid60材料制造的压气机机匣、静子和转子叶片。虽然该发动机仅用于起飞时的几分钟,但是,到目前为止,仍是唯一采用全复合材料压 气机的投入使用的航空发动机。

 

4 MTU公司

 

(1) 驱动涡扇发动机开发的复合材料部件技术。MTU公司开展的齿轮驱动大涵道比涡扇发动机的研制工作,始于1985年起动的德国国家反转闭式整体桨扇发动机 (CRISP)技术研究计划支持的CRISP项目。20世纪80年代中期,MTU公司在CRISP项目下开展了树脂基复合材料压气机静子叶片和转子叶片的 设计、加工和验证工作。

 

(2)J200 发动机未来改进开发的纤维复合材料结构件。

 

按照一项军用发动机技术研究计划(为 改进EJ200发动机),2000年12月,MTU公司开始进行设计点总增压比为5.1的3级低压压气机试验 件的试验。在从慢车到起飞的整个工作转速范围内,该试验件具有令人格外欣喜的喘振裕度和性能。进口导流叶片(IGV)具有由碳纤维增强塑料(CFRP)制 作的可调襟叶。其前支板是固定的钛叶片,有供油和供气通道;钛支板起机械支承结构的作用,以至在直接的高速冲击下也有足够的抗鸟撞能力。与实心钛叶片设计 相比,可调CFRP襟叶能减轻总质量7kg。采用树脂转换模技术,其加工费用与空心钛襟叶设计的加工费用相当。结构设计阶段和在相关的部件机械试验表 明:CFRP襟叶的振动水平较低;耐磨能力足够;支板/襟叶设计合理,可以确保具有抗鸟撞和抗喘振能力。

 

综上所述,经过几十年的发展,纤维增强的树脂基复合材料已经被美国、英国、法国等航空发动机技术先进国家广泛应用在航空涡扇发动机的低温部件上。回顾与总结此类部件的研制历程和应用情况,可以发现其发展具有以下特点。

 

1 耐高温能力提高,应用范围扩大

 

目 前,应用在涡扇发动机部件上的较为成熟的纤维增强树脂基复合材料主要包括纤维增强PMR-15基复合材料和凯芙拉增强环氧树脂基复合材料等。由 于耐温能力较差,这些材料还仅限于应用在工作温度较低的冷端部件上。为了扩大纤维增强树脂基复合材料的应用范围,世界航空发动机技术先进国家开发了耐更高 温度的多种树脂基复合材料,如HT-S/L a R C-160、A S4/P M R-Ⅱ、T40R/PMR-Ⅱ、T40R/V-CAP-50、QuaHZ/AFR-700B、Celion6K/LaRC-RP46等,并在航空涡扇发动 机或验证机上对其进行了验证。具体实例包括:在F110IPE发动机上,对VCAP-75基复合材料后整流部件进行了验证;在IHPTET计划验证机上, 对AFR700B基复合材料支板进行了验证,并准备应用于F136发动机上;在IHPTET计划验证机上,对AFR700B基复合材料外涵机匣等静止部件 进行了验证,并准备用于F119发动机上。

 

由航空涡扇发动机性能不断提高和质量不断减轻的明显发展趋势树脂基复合材料涡扇发动机部件发 展特点决定,未来涡扇发动机不得不大量采用先进复合材料和相应的新颖结 构,因此,有理由相信,随着耐温能力更强的新型树脂基复合材料的验证和成熟,树脂基复合材料涡扇发动机部件的工作温度将得到提高,应用范围也将逐步扩大, 最终将应用到工作温度稍高的核心机上。

 

2 制造技术自动化,成本降低

 

经过多年的开发和研究,国外树脂基复合材料制件的制 造技术已经发展得较为成熟,部分实现了自动化。采用自动化纤维铺放技术,可以取代手工铺放,降 低成本38%,减少劳动工时60%,减少零件数量80%采用自动化RTM成形技术,可以降低纤维铺放成本,制造出形状复杂的制件,提高生产的可重复性,并 可将材料消耗降低到最低程度;采用先进的自动化纤维引导铺放、树脂膜浸渍和真空辅助RTM造型技术,可以实现复杂几何形状、大尺寸、厚截面和高精度的航空 涡扇发动机部件的低成本制造。

 

与RTM相关的制造技术,如树脂膜浸渍技术(RFI)和真空辅助树脂转移造型(VARTM)技术尚在发展之中。2020年前,国外将进一步开发更加高效、可靠、低成本的制造方法和设备,探索研究具有良好加工性能和优良热稳定性的新聚合物合成技术。

 

3 设计与制造一体化,综合能力提高

 

复合材料的形成过程就是复合材料制件的加工过程。复合材料制件的应用不是简单的材料替代,而是需要设计、制造和材料研究人员针对特定的结构,共同选择和确定材料的组分比例与取向、制件的形状和质量等,使材料和制件在同一工艺操作过程中达到整体优化。

 

随着复合材料3D设计方法和设计制造一体化思想的形成和不断成熟,复合材料发动机部件将实现结构设计与材料选择的真正融合,综合性能潜力将得到充分发挥。(end) </span>

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_39196.html

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機航空機械鉸刀主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!

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弊社の製品の供給調達機能は:

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

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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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减速玻璃”--忽悠国人最多的物理常识错误

 

在中国一直有很多人说好汽车的挡风玻璃是“减速玻璃”,尤其近几年高速列车上应用了“减速玻璃”的说法更是传的沸沸扬扬,认为有了这种高科技科的“减速玻璃”就可以让外面的景物移动速度变慢。其实这根本就是一个物理常识错误。

 

一、“减速玻璃”的由来:

 

世 界上根本就没有什么“减速玻璃”。“减速玻璃”这个词是中国老一代司机的杰出“发明”,50-60年代有些原来开大卡车,后来又开了小汽车的老 司机,发现开大卡车与开小汽车会有明显不同的速度感,而又不能用他的知识解释这种现象,于是乎就认为是老外(当时的小汽车几乎都是外国货)在小汽车上用了 什么高科技玻璃,可以减速,于是就发明了“减速玻璃”这个词,以后以讹传讹而广为流传,并被有些商家用来忽悠消费者,也被部分有车族用来炫耀自己的车好。 而外国当时是没有这个名词的,现在中国人用的太多了,许多无知的新闻媒体都在大势宣扬,翻译也就跟着翻译成“decelerating glass”,但国外仍将其归纳为“中国特色”词汇。虽然是中国人的“发明”,但却是违背科学常识的“发明”,其实无论是国内外的汽车及汽车玻璃等有关设 计、生产单位的正规技术资料里或者有关院校的教科书里都不可能有这个词的。你现在去问奔驰、宝马公司的技术人员,也不知道“减速玻璃”为何物。

 

二、为什么开不同的车会有不同的速度感:

 

1、 视角的不同。人判断物体运动速度快慢的主要参数是角速度,不是线速度。相同线速度的物体,如果越近,角速度就越大,越远角速度就越小(线速度 就如同等腰三角形的底边,距离就是三角形的高,顶点与底边的夹角就是角速度。显然如果底边长度相同,高度不同,顶角的大小就完全不同)。比如坐飞机,速度 很快,但是看地面上景物移动很慢,就是因为距离太远,角速度很小的缘故。不同的车,由于车头长度、玻璃斜度、座位高度等均有不同,所以视角就会不同,能看 到的最近景物不同,角速度就会不同,感觉速度就不同。这是主要原因。如高档车引擎部分长、玻璃斜度大、驾驶员坐姿低等,这样视线就越平,角速度就越小,感 觉速度越慢。

 

2、减震性能的不同。减震性能不好,汽车行驶时会有不规则的颠簸,看外面的景物就会有不规则的晃动,就容易使驾驶员视觉疲劳,这就是晃眼,感觉就快。减震好的车,这种不规则的颠簸就小,景物晃动也小,感觉就慢。显然,高档车有更好的减震性能,感觉速度就慢。

 

3、玻璃质量的不同。好的玻璃要和没有玻璃的视觉效果一样,能完全真实的反映外面景物的物理形状与运动状态。不好的玻璃就会有光畸变,给运动物体叠加了一个不规则的变量,同样给你快的感觉。切记:无论什么好玻璃,也不能让你看起来比实际速度更慢!

 

此外,操控性、隔音效果也会影响驾驶员的速度感。

 

三、坐动车组看外面的景物为什么不晕

 

动 车组车窗玻璃也只不过是一种光学性能良好(如光畸变极小、透光率高等)、具有防爆性能的平板玻璃,称为车用安全玻璃,这种玻璃能真实的反映车外 景物的形态与速度,没有所谓的减速效果 ,乘客感觉不快是因为高速铁路路基一般高架,近处没有妨碍视线的障碍,离景物较远,看远处的景物角速度小自然就慢了,这就好像在飞机上看地面的景物移动很 慢一样,近处的景物是看不清的,尤其进入隧道就非常明显 :本来是点状的灯看起来就像是一根很长的灯管了,可见并不存在所谓的“减速”。此外列车运行非常平稳、宁静也给乘客以慢的感觉,并且这才是乘客不晕车的主 要原因。当然高速列车车窗玻璃也不同于普通列车玻璃,它的平度要求更高,光畸变小,看景物不会变形,和没有玻璃一样的视觉效果,看起来就舒服,不会晃眼。 而普通玻璃由于存在一定的光畸变,看景物会变形,会给高速运动的景物叠加一个变形的分量,就容易晃眼。(end) </span>



引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_39260.html

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作者:南京航空航天大学 肖军 李勇

 1. 前言

 

用 于航空航天器的先进复合材料构 件主要采用热压罐成型技术制造。自动铺放是替代预浸料人工铺叠,提高质量和生产效率的重要手段。根据预浸料形态,自动铺放可分为自动铺带与自动铺丝两类: 自动铺带(Tapelaying)采用有隔离衬纸单向预浸带(25~300 mm),多轴机械臂(龙门或卧式)完成铺放位置定位,铺带头自动完成预浸带输送剪裁、加热铺叠与辊压,整个过程采用数控技术自动完成。

 

自 动铺丝(Fiber place-ment)采用多束(最多可达32根)预浸纱/分切的预浸窄带(3~25 mm),分别独立输送、切断,由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸纱根数调整)后铺放在芯模表面,加热软化预浸 纱并压实定型。自动铺带与自动铺丝的共同特点是自动化高速成型,质量可靠,主要适于大型复合材料构件成型;其中自动铺带主要用于小曲率曲面构件(如翼面、 壁板)的自动铺叠,由于预浸带较宽,以高效率见长;而自动铺丝侧重于实现复杂形状双曲面(如机身、翼身融合体),适应范围宽,但效率逊于前者。自动铺放技 术是数控机床技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术的高度集成。

 

自动铺放源于上世纪60年代,在美国空军实验室支持下起步,后经 ACT、CAI(计算机辅助设计)等计划支持,迅速发展:自动铺带机、自动铺丝 机、各种预浸带/纱已经形成系列产品供应,用于多种航空航天器制造。欧洲自动铺放技术近年来长足进步,形成自己的特色:如自动铺带的双头两步法和多带同步 铺放技术,自动铺丝的旋转切割与预浸纱快速续接技术,这些技术大大提高了生产效率和适用性。

 

由于自动铺放成形采用的材料体系成熟度高, 设计成型方法继承性好,易于数字化设计和自动化制造,已经成为发达国家飞机复合材料大型构件的主要成型方法:新一代大型飞机B787、A350的所有翼面 采用自动铺带,而所有机身构件采用自动铺丝。复合材料的大量应用推动了自动铺放技术的快速发展,各类新技术层出不穷。

 

国内自动铺放技术研究已经开展数年,其中自动铺带技术已经开始工程应用。笔者介绍了国内自动铺放技术研究进展,主要是自动铺放设备技术方面的进展,并分析指出未来自动铺放技术发展中需要解决的关键问题。

 

2. 国内自动铺带技术研究进展

 

国 内自动铺带技术起步于“十五”初期,南京航空航天大学设计了具有3轴平移、双摆角运动的5轴台式龙门机械臂,研制了力矩电机收放-步进电机驱动 的预浸带输送,预浸带气动切割与超声辅助切割,主-辅压辊成型等技术。应用开放式数控系统技术开发出5轴联动, 3轴随动切割和温度与压力控制的自动铺带控制系统软硬件,实现了预浸带定位、剪裁、热压铺叠基本功能。根据微分几何理论证明了在可展曲面上“自然路径”与 测地线的等价性,应用弧长展开变换方法构造了柱面铺带轨迹算法,进而开发了基于AutoCAD环境,具有机器代码生成等和自动铺带仿真的自动编程软件,实 现了给定形状、给定铺层构件的铺带轨迹生成与后置处理与加工指令生成。在此基础上, 2005年研制成功国内第一台自动铺带原理样机,实现了自动铺带的基本功能。北京航空材料研究院应用这台样机开展了环氧预浸料和双马来酰亚胺预浸料铺带适 应性与铺带工艺试验。上述基础性的研究工作为进一步发展具有自主知识产权的自动铺放技术奠定了基础。

 

在自动铺带原理样机及工艺研究基础 上,南京航空航天大学继续开发,设计了中型5轴龙门及其与主轴联动的综合运动试验平台,完成了基于UMAC的多 轴多任务开放式数控系统软硬件;研制预浸带双模式精确进给与张力控制技术,提高送带精度达到0•1 mm,与数控系统定位精确协调,铺带精度可达0•2 mm;研制了分体压靴与弹性压辊组合施压及根据模具特征的压力自适应调节控制技术,实现了任意曲面自适应均匀加压及其精确控制;研制了5轴双超声切割系统 技术,实现了复杂产品外廓预浸带切割;研制了预浸带缺陷激光监测技术可以检测3 mm×3 mm的夹杂、研制了基于预浸带各向异性折光和数字图像方法的预浸带铺叠间隙测控技术,识别精度达到0•1mm,实现了自动铺带在线质量检测与测控;以航空 航天设计制造环境CATIA为平台,提出“自然路径”的直接计算方法、提高了铺带轨迹计算的精度和速度,达到国外同类自动铺带软件水平;并根据圆锥体的特 殊性、在国际上首次提出了锥形体自动铺带方法;还根据弹塑性理论提出了基于预浸带有限变形的带隙容差分析新方法,提高了可铺性、实现了复杂曲面和外形构件 的数字化设计。

 

突破上述装备综合技术后,南京航空航天大学2007年研制成功国内第一台中型自动铺带工程样机综合试验系统,可以实现3 m×5 m小曲率面自动铺带和�1m×3m筒段/锥壳自动铺带。除效率较低(试验系统)外,主要功能已接近国外自动铺带机水平。之后根据应用的需要,研制成功 �2•5 m×12 m大型筒段专用自动铺带机及其软件,实现了筒段自动铺带的各种功能,大幅度提高了铺带效率。

 

以自动铺带工程样机试验 系统为平台,南京航空航天大学与北京航空制造工程研究所、航天材料及工艺研究所等合作探索了QY8911双马预浸料和 602环氧预浸料用于自动铺带的工艺,开展了不同特征构件的铺带工艺试验研究,包括典型插层板、凹凸板、双曲板、翼面蒙皮结构和筒形构件,获得了不同国产 预浸料工艺性与铺带工艺规律,为自动铺带工程应用奠定了基础。

 

国内同时开展自动铺带技术与应用研究的有哈尔滨飞机工业公司、北京航空材 料研究院、北京航空制造工程研究所、武汉理工大学和天津工业大学等 [16-19]。武汉理工大学和天津工业大学在自动铺带机机构设计分析、控制系统架构与仿真等基础研究方面开展了诸多有益探索,但尚未达到工程应用水平; 北京航空制造工程研究所等单位合作,采用引进自动铺带头关键部件集成的技术路线研制翼面大型自动铺带机,加速推进了自动铺放技术研究与应用进程,可望在较 短时间内实现工程应用。

 

北京航空材料研究院、北京航空制造工程研究所分别研制了基本满足自动铺带的预浸带和相关工艺,为航空应用打下了基础。哈尔滨飞机工业公司2007年引进西班牙自动铺带机,应用进口预浸料实现了试验翼面的自动铺带工艺,并用国产预浸料开展了工程应用试验研究。

 

3. 国内自动铺丝技术研究进展

 

国 内自动铺丝技术探索研究早于自动铺带技术,但由于技术难度远大于自动铺带,国内的研究工作主要在自动铺丝轨迹规划与仿真、装备构型、数控系统技术等基础研 究层面展开。钱钧等以构架式卫星复合材料三角接头为对象,开展了构件数值建模、铺丝路径规划研究,应用机器人D- H方法建立了典型3P-3R机器人运动学反问题控制方程并实施了成形仿真;邵冠军等对自由曲面的铺丝路径及优化设计做了有益探索;许斌等较为系统研究了自 动铺丝轨迹规划问题,提出了3种铺丝路径轨迹规划方案,建立了丝束覆盖性分析与断纱准则,研究了丝束状态量与切断-重启动作量的映射关系,初步形成了自动 铺丝设计制造的基础框架,在CATIA环境下开展了相关CAD/CAM软件原型编写,以S进气道的自动铺丝问题为例做了系统分析与仿真。党旭丹等专门研究 了自动铺丝路径的平行等距轨迹规划方法,提高了计算效率。田会方等开展了自动铺丝装备构型分析,并以锥壳结构为对象开展了成形仿真技术研究 [32-34]。富宏亚等在缠绕技术研究基础上开展自动铺丝技术基础研究,试制铺丝头原型、在铺丝曲面重构与路径规划、仿真技术方面开展了系列研究。

 

以 装备理论与关键技术研究为基础,南京航空航天大学2006年试制了国内第一台自动铺丝原理样机,架构了基于开放式数控的控制系统和基于 CATIA的和CAD/CAM软件原型,原理样机实现了自动铺丝机各轴运动,验证了轨迹规划方法的正确性,向设备研制跨出了实质性的一步。

 

经 数年研究,自动铺丝技术虽有诸多进展,但关键技术尚未突破:原理样机只验证了方案和核心技术的正确性,还未开展工程样机研制;自动铺丝轨迹规划 的理论研究需要在算法和CAD/CAM软件方面深入开展;自动铺丝材料对材料的工艺性要求远高于自动铺带,不仅对温度敏感性要求更高,由于调节工艺窗口, 而且要求尺寸精确以保障成型质量;因此,受装备制约自动铺丝工艺尚未开展实质性的研究。

 

4. 自动铺放发展趋势和亟待突破的问题

 

先 进复合材料在航空航天器的大量应用直接推动了自动铺放技术的发展。国外自动铺放技术朝着铺放装备专门化、材料体系多样化、设计分析制造集成化, 以及成型高效率和高可靠性方向发展。在铺放设备方面,为提高铺放效率,出现了平板专用铺带机、多头铺带机和单头多带铺带机;研制出了模块化铺丝头-预浸纱 箱系统,多头同步铺放系统和预浸纱自动续接装置,减少无效操作时间;此外,自动铺带与自动铺丝的界限逐渐模糊,形成多窄带铺放技术。在材料技术方面,已经 形成自动铺放专用预浸料体系(包括热塑性材料)以满足不同要求,自动铺丝预浸纱/窄带普遍采用分切制备技术,由专门的预浸纱分切加工商供应。在设计制造方 面,将自动铺放与其他技术融合集成,如采用自动铺带后双隔膜热成型制造飞机C型大梁,采用预浸料拉挤制造长桁预埋在模具中直接铺放共固化制造夹筋壁板等。

 

“十一五”期间,国内已经突破了自动铺带装备和软件关键技术,铺带材料和铺带工艺技术成为制约自动铺带技术发展的关键;进一步完善装备功能,实现设备专用化和多样化以满足不同需求也将是今后一个时期自动铺带技术的发展重点。

 

新 型歼击机S进气道、翼身融合体和大型飞机机身等对自动铺丝技术提出了迫切需求,在民机预研计划和高档数控机床重大专项中已经启动了自动铺丝机研 制项目。迫切需要及时开展自动铺丝专用预浸纱/窄带的材料体系,预浸带分切技术与质量控制研究;同时开展自动铺丝工艺技术研究、模具技术等研究,以建立自 动铺丝技术体系,促进自动铺丝技术早日实现工程应用。(end) </span>



引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_39512.html

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作者:蒋鼎丰    来源:AI汽车制造业

 

前言

 

随 着世界汽车产业的发展,日益增大了对石油能源的消耗,加快了从能源短缺到能源枯竭的步伐。同时,汽车排放造成的大气污染和地球的温室效应,已经 成为全人类的公害。人类社会和汽车产业的可持续发展,受到了极大的威胁。发展汽车新能源、开发汽车新动力,已成为世界汽车产业面临的十分紧迫的任务。在 2008年全球金融危机严峻形势的促动下,汽车动力技术革命的亮点很快被当作振兴经济的突破口而得以引导。

 

新能源汽车产业化现状

 

2009 年以来,各国政府明确传递出了一个强烈的信号——大力推广新能源汽车,尤其是纯电动汽车。为此,世界各国纷纷制订了新能源汽车的国家发展 战略,其行动之迅速、力度之大、步调之一致,是前所未有的,已日益演变成一场争夺未来汽车产业制高点的竞争。美国总统奥巴马实施的绿色行政,将发展电动汽 车作为国家的重要战略组成部分,计划到2015年普及100万辆插电式混合动力的电力汽车;法国政府宣布,启动一项名为“电动车战役”的新能源汽车发展规 划,按照计划,2020年之前,法国的高速公路上将出现200万辆纯电动或油电混合动力汽车;德国政府在2009年11月提出,未来10年将普及100万 辆纯电动汽车和插电式混合动力汽车,进而进入电动汽车时代;日本将发展电动汽车作为“低碳革命”的核心内容,计划到2020年开发出至少17款纯电动汽 车,普及包括电动汽车在内的“下一代汽车”达到1350万辆;韩国政府决定到2014年为止,将投资4000亿韩元,支援企业研发电动汽车相关核心技术以 及零部件和材料,并将从2011年下半年开始大规模进行电动汽车的生产,计划到2015年韩国电动汽车在国际市场上的份额要达到10%。

 

中 国也不例外,新能源汽车特别是电动汽车一直是我国政府优先发展的产业。国家863计划在启动之初即安排了电动汽车专项,累计投入3亿多元支持了 多项关键技术的研究。20世纪90年代以来,国家计委、科技部等部门开始有组织、有领导且有步骤地推动电动汽车的研究开发与产业化。“电动汽车关键技术研 究”、“电动轿车概念车开发”等国家“八五”、“九五”重大科技产业化工程项目的实施,取得了一批世界领先的技术成果,缩小了与世界先进水平的差距。 1999年,国家13个部委联合发起了“清洁汽车行车”号召。作为首选的产业化目标,燃气汽车和电动汽车被列为重点。2000年,科技部进一步将电动汽车 的产业化列为“十五”科技工作重中之重的重大专项。2009年,我国政府更是把新能源汽车作为新一轮的经济增长的突破口和实现交通能源转型的根本途径来 抓。2009年3月,国务院正式出台的《汽车产业调整和振兴规划》明确提出了新能源汽车的3年产业化目标,即到2011年,我国要形成50万辆纯电动、充 电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能,新能源汽车销量占乘用车总销量的5%左右。我国还率先启动了大规模推广电动汽车的10城千辆新能源汽车的 示范工程,第一批电动汽车已经在全国的13个城市开始运行。到2012年,运行的车辆将超过6万辆,相关基础设施也正在加快建设。根据“十二五”新能源汽 车发展规划专家提出的设想,2015年后,我国将真正进入新能源汽车产业化阶段,预计到2020年,国内混合动力汽车保有量将达到1800万辆,纯电动车 保有量将达到400万辆。中国政府对新能源汽车产业的重视程度和取得的进步令世界刮目相看。国际著名咨询研究机构麦肯锡公司的一份最新研究报告指出,“未 来几年,假如中国能够尽快实现电动汽车的商业化和产业化,那么中国甚至有可能在新能源应用引发的第三次汽车产业革命中扮演领导者的角色,走在世界前列。”

 

新能源汽车降低成本的途径

 

在 世界各国政府激励政策的支持下,新能源汽车核心技术正不断取得突破和进展,代表新能源汽车研究最新成果的概念车纷纷亮相在世界各大汽车展会上。 在不久前闭幕的2010北京国际车展上,各国汽车制造商共推出了95辆新能源车,其数量几乎占了参展整车数量的1/10,新能源汽车的全面开花成为此次车 展的一个新亮点。

 

然而,我们不得不面对的一个事实是,大面积地推广普及新能源汽车还面临着诸多阻碍和发展瓶颈,特别是新能源车高于传统 汽车2~3倍的高昂价格令消 费者望而却步。那么,新能源车为什么价格如此高昂?是否有办法将价格降下来,从而使新能源车变成普通百姓能够买得起的代步工具呢?

 

新能源 汽车价格高昂的原因,首先是因为这种动力和汽车结构完全不同于传统车型的新车型,其早期的科研投入和基础设施投入都十分巨大。其次,由于新 能源车的配套设施还不完善,加上本身的续驶里程较短,因此在很长一段时间内,新能源车将是满足短行程的小批量车型,而小批量车型的制造成本是较高的。另一 个更重要的原因是,目前作为电动车动力源的电池能 量密度较低,重量相对较重,而价格则比较贵。以世界上比较先进的锂离子电池为例,平均能量密度仅能达到100Wh/kg左右,而汽油的平均能量密度能达到 12000Wh/kg。相比之下,锂离子电池的能量密度仅为汽油的1/120。而为满足一定的续驶里程(180km)需求,一辆中型的新能源电动轿车,其 携带的电池重量竟然重达450kg左右,电池的价格约为车价的50%左右。因此,不仅因配备较多的电池组而需要支付更多的成本,而且自重的增加也会增加电 动车的能耗,反过来影响续持里程。

 

显然,新能源电动汽车虽然具有零排放、能源结构优化以及驾驶操作方便等优点,但太高的成本却严重制约 了其产业化和市场化的进程。目前,业内的共识 是,新能源电动汽车春天的真正来临,将在一定程度上取决于价格与市场之间的博弈。也就是说,在与传统内燃机汽车相比的情况下,新能源电动汽车的价格需要降 到市场可以接受的程度,而市场接受程度的高低又取决于新能源电动汽车价格的高低。由于新能源汽车价格高昂是全世界普遍存在的问题,因此,学习借鉴先进国家 克服新能源汽车发展瓶颈的具体做法,对我们不无启迪作用。

 

1.政府扶持补贴政策

 

在全球主要的汽车生产和消费国,一个共同的现象是,对新能源汽车的相关政策推动很早就已经进入这些国家政府的视线。这似乎也是保持并发挥本国汽车工业优势的必然选择,毕竟新能源汽车是一个谁都不能错过的千载难逢的良机,领先者希望借其继续领先,落后者希望借其超越。

 

纵 观各国政府的相关扶持政策,大多集中在研发和消费的两端。但自2008年金融危机以来,一个显见的趋势则是,各国政府的新能源汽车扶持政策都开 始加速,并在鼓励消费方面有了更大的力度。例如,2009年8月,美国政府宣布,为鼓励消费,购买充电式混合动力车的车主可以享受7500美元的税收抵 扣;2009年4月,日本政府出台了新的大规模经济刺激政策,其中包括:投入约3700亿日元,进一步加大对购买环保汽车的补贴力度;法国在1995年就 制定了支持电动汽车发展的优惠政策,对购买电动车的消费者提供每辆1.5万法郎的补贴。从2008年初开始,又实行了“新车置换奖金”,即购买小排量、更 环保的新车的车主可享受200~1000的补贴,而购买大排量、污染严重的新车的车主则须缴纳高至2600欧元的购置税。对于CO2排放量低于 60g/km的“超级环保车”,政府将给予5000的高额补贴等等。

 

我国政府也于2010年的6月1日,由发改委、财政部、工信部和科技 部联合发出了《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》。通知规定,新能 源汽车主要指插电式(plug-in)混合动力乘用车和纯电动乘用车。在上海、长春、深圳、杭州和合肥5个城市,按3000元/kWh给予补贴。插电式混 合动力最高补贴5万元,纯电动最高补贴6万元。而混合动力车则被归为节能汽车,一次性补贴3000元。相信我国政府的扶持补贴政策将会极大地促进普通百姓 购买新能源车的热情并加速新能源汽车的普及。

 

2.高性能电池的研制

 

降低新能源汽车成本的一条重要途径是高性能电池的研 究开发。从目前新能源电动汽车成本组成的分析来看,电池成本占了大约50%左右,电池的重量大 约为350~450kg。如果电池成本能降下来,则新能源电动车的成本也将随之降低。而电池成本高昂的原因是目前电池技术性能普遍较低,特别是电池单位重 量的能量密度较低。能量密度是指每kg电池存储的能量数量,计量单位为:Wh/kg。众所周知,普通的铅酸电池的能量密度仅为40Wh/kg,而现在较为 先进和成熟的锂离子电池的能量密度也只有100Wh/kg(也有报道能达到180Wh/kg)。但有专家指出,要使新能源电动车在电池充满电后具有与汽油 发动机汽 车相同的续驶里程,至少需要能量密度为700Wh/kg的高性能电池才行。更有专家指出,电池能量密度必须达到目前锂电池水平的8~10倍(即 800~1000Wh/kg)才能满足需求。由于目前的动力电池达不到理想的高能量密度,因此所能采取的措施是:降低一次充电后的续驶里程数指标(一般为 行驶200km以下),或者增加电池重量。

 

由于电池的能量与重量相关,而电池的成本也与重量相联系,虽然降低了一次充电后续驶里程数的 指标,但满足这个低指标里程数还是需要一定重量的电 池,所以造成新能源电动车的价格还是普遍居高。为此,各国政府和各主要电池能源供应商都把研制高性能的电池作为重要的发展方向,如:美国总统奥巴马 2009年8月宣布,安排24亿美元支持PHEV的研发与产业化,其中20亿美元用来支持先进动力电池的研发和产业化;日本政府计划在2011年以前,投 入400多亿日元用于先进动力电池技术研究,2010年左右,新型的锂电池将规模化地应用于下一代电动汽车;德国从2010年起,启动了一项4.2亿欧元 的车用锂电池开发计划,几乎所有德国汽车和能源巨头均携资加入。我国从“八五”计划起就将电池研究列入国家攻关项目,所开发的磷酸铁锂电池的能量密度已能 达到80Wh/kg,接近国际先进水平。下一步,我国动力电池的发展目标是:到2020年,使其成本下降2/3,能量密度提高一倍多。

 

3.汽车轻量化

 

轻 量化是降低新能源汽车成本的更实际、更便捷的一条途径,能够带来“事半功倍”的效果。有研究数字显示:若整车重量降低10%,燃油效率可提高6 %~8%;汽车整备每减少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6L;汽车重量降低1%,油耗可降低0.7%。这组数据虽然是根据燃油汽车研究统计出 来的,但经过换算,它对于新能源电动车同样适用。国外曾有学者研究:一辆整备质量1550kg的新能源电动车,车载动力电池450kg,一次充电续驶里程 为186km。利用碳纤维复合材料使 其轻量化后,整车减重至1011kg,减重幅度达34.8%,同样充一次电,续驶里程增至275.5km,增加了89.5km,提高了48.1%。如果维 持一次充电续驶里程186km不变,则动力电池仅需250kg就能达到目标,电池重量可减少200kg,减少了44.4%,相应的电池成本也将下降 44%,这是一个非常了不起的降本绩效。更令人兴奋的是,研究发现,减重后整备质量为805kg的新能源电动车(包括250kg电池),由于自重的降低, 导致能耗大幅降低,其电池能量密度只要达到250Wh/kg,充一次电就能续驶里程450km,达到传统汽油发动机车辆加满汽油后能够行驶的里程数,这使 得高性能电池的研究难度门槛大大降低。

 

因此,新能源电动车通过轻量化,不仅节省了能源消耗,还使车载电池的重量大大降低,立竿见影地使 成本得到大幅下降,赢得了新能源电动车生产厂商的 青睐。目前,国外有许多知名汽车制造商纷纷与汽车复合材料企业联姻,合作开发轻量化新能源汽车。例如,2010年4月,德国宝马(BMW)汽车集团公司与 德国西格里(SGL)集团共同宣布,将投资1亿美元合资兴建一座先进的汽车碳纤维制造工厂,2015年将推出型号为Megacity的碳纤维轻量化新能源 车;日本经济产业省计划未来5年投资1850万美元,支持日产汽车、本田汽车、东丽公司和东京大学等科研单位联手开发汽车车体用新型碳纤维材料,目标是在 2015年前后,使“碳纤维汽车”实现商品化。日本东丽(Toray)株式会社日前参股ACE(Advanced Composite Engineering GmbH)公司,决定在欧洲建立一个碳纤维增强塑料的研发基地,此举旨在扩大其在汽车部门的业务;加拿大汽车零件供应商Magna公司与加拿大国家研究委 员会(NRC)结成伙伴关系,重点研发热塑性复合材料汽车零部件,旨在支持加拿大新能源车的发展。以上事实说明,新能源汽车轻量化是节能降本不可忽视的一 条重要途径。在高性能电池技术没有重大突破之前,新能源汽车轻量化可能是降低成本的最佳途径。

 

新能源汽车发展凸现复合材料机遇

 

轻 量化对于新能源汽车节能降本的优势是非常明显的。我们知道,汽车的轻量化主要通过合理的结构设计和使用轻质材料来实现。具体而言,一是优化对整 车的结构设计,如除去零部件的冗余部分(使零部件薄壁化、中空化),部件零件化、复合化以减少零件数量,以及设计全新的结构等。二是优化材料设计,即用低 密度材料代替钢铁材料。通常,能够满足优化结构设计要求且轻质的材料有许多,如高强度钢、铝合金、镁合金、钛合金和塑料等,为什么偏偏说“新能源汽车发展 凸现复合材料机遇”呢?这是因为复合材料不仅轻质、高强和耐腐蚀,还具有以下几个得天独厚的优势:

 

1.复合材料具有可设计性

 

复 合材料不仅材料是可设计的,其机械力学性能以及热、声、光、电、防腐和耐老化等物理、化学性能都可以按汽车的使用要求和环境条件要求,通过组分 材料的选择、匹配、铺层及界面控制等设计手段,最大限度地满足整车优化结构设计的使用性能目标,方便地实现汽车工业中真正意义上的具有最佳性价比的构件开 发和制造,这是其他所有材料无法比拟的。

 

2.复合材料具有整体综合优化优势

 

传统材料受加工工艺和条件的限制,一般很难 一步完成对构件整体的加工,往往是先分割成小件加工,再通过焊接和其他连接手段而最终组合成一个完整的 构件,不仅制造工序复杂,而且生产效率低下,加工成本高。而复合材料的材料和结构可同时成型制得,并且作为汽车复合材料的增强相,纤维和纤维织物是柔软 的,其基体相树脂在成型过程中则易于流动,因此复合材料很容易实现汽车产品构件的整体化设计制造,以及对材料、结构和制造工艺的综合优化。其造型容易,构 件整体性能好,因而可大幅度地减少零部件和连接件的数量,简化工序,缩短加工周期,提高生产效率并降低成本。

 

3.小批量生产复合材料具有制造成本优势

 

汽 车工业原先的生产形式为大批量规模生产,传统材料虽然模具投资大,但由于产量大,冲压效率高,其成本相对于成型周期长、产量低的复合材料仍具有 较大优势。但现在情况发生了变化,随着复合材料技术的进步,复合材料不仅模具投资少,成型效率也有了较大提高。以SMC模压件为例,在年产低于10万辆 (件)的规模下,复合材料比传统材料加工件具有成本上的绝对优势,而新能源汽车的制造规模在很长一段时间内不会超过10万辆/年,所以复合材料在现阶段的 优势将是非常明显的。

 

4.复合材料的材料成本涨幅不大,具有材料价格竞争优势

 

近年来,受世界能源和矿采资源价格上涨因 素的影响,钢材、铝材和塑料等传统材料价格飞涨,直接造成了汽车制造成本的提高。相反,复合材料中占 70%左右的增强材料在我国的资源十分丰富,价格平稳且低廉。而占不到30%的树脂基体虽然受到行业价格波动的影响,但影响的幅度对复合材料整体价格的影 响相对传统材料不是很大。所以复合材料在新能源车轻量化材料中很具有材料价格竞争优势。

 

综上所述,在小批量的新能源汽车轻量化方面,与其他的轻质材料相比,复合材料在设计、性能、制造工艺、成型先进性、投资成本、制造成本和使用成本方面都更具优势,凸现出千载难逢的机遇。

 

结束语

 

目 前,美国、欧洲和日本等主要汽车制造大国在研究开发新能源车时,采取的策略基本上是两路并进,即:一方面加强以高性能动力电池、驱动电机以及电 气控制系统为重点的研发和产业化布局,另一方面加强对复合材料轻量化车身和车身结构为重点的研发和产业化布局,从而真正改善新能源汽车的生产成本与效能, 真正实现新能源汽车的产业化和市场普及化。

 

从国外新能源汽车复合材料轻量化的实例来看,基本上遵循了以下两种工艺技术路线:一是全碳纤 维车身结构的轻量化技术路线,其特点是,不仅车身外履 件全部采用碳纤维制造,而且底盘、车身受力结构件和半结构件全部采用碳纤维材料。典型的车型有美国的TESLA跑车。这种全碳纤维车身结构的新能源汽车, 其减重可达到50%~60%以上。另一种是混合复合材料车身结构的轻量化技术路线,即底盘和车架结构件采用碳纤维复合材料,吸能件采用热塑性复合材料,而 外履件采用热固性复合材料,以充分发挥热固性、热塑性和碳纤维复合材料各自的优势,典型的车型有日本的LEXUS LF-A车。这种混合结构复合材料车型的减重也能达到50%左右。

 

总之,无论新能源汽车轻量化走哪一条工艺技术路线,复合材料轻量化路线的趋势是不会改变的,而且复合材料是新能源汽车轻量化的必由之路。

 

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毫 无疑问,当代融合了多种高新技术而兴起的纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车,尤其是立足于电能源的纯电动汽车正在引发世界汽车工业的一场 革命,展现了汽车工业向新能源、新动力和新车身结构方向发展的光明前景,也为复合材料行业提供了前所未有的发展大机遇。有句话叫做“百年机遇,稍纵即 逝”,新能源汽车是我们汽车工业的百年机遇,也是我们汽车复合材料的百年机遇,如果我们不能正确认识新能源汽车发展带给复合材料行业这个千载难逢的百年一 遇,并且没有做好充分的准备,我们确实有可能丧失良机,与机会擦肩而过。现代产业竞争有“快者得先机”、“掌握技术者获效益”的特点,有心致力于新能源汽 车和零部件的企业,特别是汽车复合材料零部件企业,应当认清当前新能源汽车发展的大好形势和发展趋势,紧紧抓住千载难逢的发展机遇,在全复合材料汽车开发 研究方面敢于进行大手笔的研发投入,在新能源汽车轻量化领域勇于创造自己的核心技术,并且力争尽早跨越产业化这一关口,在新能源汽车产业化高潮到来之前形 成自身的产业优势、人才优势和竞争优势,为我国新能源汽车赶超世界先进水平做出应有的贡献。(end)

引用出處: 

 http://www.newmaker.com/art_39686.html

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