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基于多材料復(fù)合材料的輕量化工程

日益嚴(yán)格的排放要求，使得提高能源效率成為未來汽車發(fā)展的重要方向。闡述了利用多材料復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)液壓混合動力系統(tǒng)的輕量化，使其應(yīng)用得到推廣。

液壓混合動力系統(tǒng)以液壓蓄能器作為儲能元件，以液壓泵作為動力元件，其能有效回收并利用制動過程中剩余的能量，實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)充能量和輔助驅(qū)動。目前，常用的液壓泵殼體為鑄鐵材料，質(zhì)量約為6.5kg，不適用于乘用車。若使用鋁合金、鎂合金材料替代鋼材則能減輕殼體總質(zhì)量約1/3，但這些合金的成形性能較差，不易于鑄造且不能采用點(diǎn)焊連接，同時(shí)會增加生產(chǎn)成本。因而，各汽車生產(chǎn)商開始考慮應(yīng)用復(fù)合材料。由于液壓泵殼體的主要作用是承受負(fù)荷和密封，因此在選擇復(fù)合材料時(shí)，要求其應(yīng)具有較高的強(qiáng)度以承受負(fù)荷，以及具有足夠的柔韌性以實(shí)現(xiàn)密封。顯然，選擇單材料復(fù)合材料不能滿足上述需求，因而需要選擇多材料復(fù)合材料。

選擇含30％玻璃纖維的聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT-GF30）和熱塑性聚氨酯彈性體橡膠（TPU）兩種復(fù)合材料進(jìn)行液壓泵殼體的制造。PBT-GF30復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度和剛度，以及耐高溫和耐油特性，其可作為殼體的主要材料。TPU復(fù)合材料具有較高的耐磨損和耐油特性，其可作為殼體徑向軸孔密封處的主要材料。利用雙組分注塑成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)殼體的整體化制造，不需要各種連接接頭和螺紋，可進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。利用有限元軟件對多材料復(fù)合材料殼體進(jìn)行仿真，結(jié)果顯示，利用新材料所制造的殼體能夠滿足汽車使用要求，而質(zhì)量僅為3.1kg，與鋼質(zhì)殼體相比質(zhì)量減輕了53％。

刊名：Paramita: Historical Studies Journal（英）

刊期：2014年第24期

作者：Achim Frick et al

編譯：陳丁躍