直接喷涂汽车用聚丙烯塑料底漆制备

直接喷涂汽车用聚丙烯塑料底漆制备直接喷涂汽车用聚丙烯塑料底漆制备 双击自动滚屏发布者 北京德美世涂料有限公司办公室 阅读 113 次 摘要 介绍了一次性直接喷涂汽车用聚丙烯塑料底漆的研制和施工 分别讨论了树脂 填料和防沉剂的选择 PP 底漆与面漆 罩光清漆配套性测试及 PP 底漆在其他底材上 附着力性能 关键词 一次性喷涂 聚丙烯 PP 塑料 汽车底漆 0 前言前言 随着塑料产品质量的调整发展 性能的不断提高 汽车工业已经越来越多地采用工程塑料来代替 各种金属材料 因为塑料的密度低 耐腐蚀性能好 力学性能也不低于金属材料 这样就可实现汽 车的轻量化 目前汽车生产企业所用的塑料主要是 PP EPDM 聚丙烯 乙烯 丙烯 二烯三元共聚物 混 合塑料 用作保险杠 PP 和 ABS 混合塑料 用作其他车内部件如阻流板 汽闸等 聚醚醚酮 PEEK 聚砜 PSF 等 这些用于车体的塑料部件需要涂装涂料 其底漆主要是为了遮盖未精饰模制件的缺陷 和流痕 减少表面的孔隙和凹槽 提高耐磨性 耐化学品性和抗划伤性以保护底材等 目前 市面 上 PP 涂料的产品主要分两次施工 即第一道先打一层 PP 水 再喷涂底漆 而本试验研发的产品不 需要使用 PP 水处理 可直接将 PP 涂料喷涂于各种 PP 素材塑料上 附着力强于使用 PP 水 重涂 效果好 可大大节省 PP 水打底的原料 人工和时间 并可耐水煮 2h 以上 1 试验部分试验部分 1 1 原材料及规格 PP 塑料专用热塑性树脂 A B C 国产 Cp 343 1 聚丙烯促进剂 Eastman 羟基丙烯酸树脂 A B 国产 1500 目滑石粉 自制色浆 国产 钛白粉 自制 防沉剂 国产 300 流平剂 紫外 线吸收剂 1 二丁基锡液 进口 BYK 141 BYK 331 BYK 358 BYK OK BYK 溶剂 二甲 苯 醋酸乙酯 醋酸丁酯 环己酮 醋酸溶纤剂 高沸点溶剂 120 白电油 碳酸二甲酯 异丙醇 混丙醇 乙二醇丁醚 100 重芳烃 均为化学纯 国产 1 2 参考配方及施工 1 2 1PP 涂料参考配方 见表 1 表 1 汽车用 PP 底漆参考配方 工艺 先将溶剂投入反应釜中 加入防沉剂 搅拌均匀 然后加入树脂 颜填料 充分搅匀后 静置 24h 再上砂磨机分散至细度为 15 m 即可 1 2 2PP 涂料稀释剂参考配方 见表 2 表 2PP 涂料稀释剂参考配方 1 2 3 汽车用 PP 底漆的施工工艺 先将工件表面用白电油或异丁醇将油渍清除 然后用稀释剂调整 PP 底漆喷涂黏度为 15 21s 涂 4 杯 25 气压控制在 3 4kPa 喷涂时大出油量 正常枪法喷涂 涂层干膜厚度在 25 m 左右 喷好工件后 风干 15 20min 然后在 70 30min 条件下干燥或自干 24h 底漆可干碰湿喷面漆 也可湿碰湿喷面漆 1 3 底漆性能检测结果 见表 3 表 3 底漆性能检测结果 2 结果与讨论结果与讨论 2 1PP 涂层附着机理 涂层能在 PP 塑料上附着 是由于有两种作用的存在 一种是物理机械作用 PP 塑料制品表面具 有均匀的微观粗糙结构 涂料喷涂到这种微观粗糙表面后 在液体状态时就能侵入微观粗糙的 孔 中 干燥后涂料发生交联 涂膜就像钉子一样 钉 在 PP 塑料制品上 这就是机械锚合锁扣效应 另一种 就是化学键作用 经试验证明 PP 分子中含有一定的极性基团 由于受涂料中溶剂的侵蚀 这些极 性基团被激活 与涂料中的一些极性基团形成化学键 随着涂料的固化 二者发生交联 同时 涂 料中溶剂的侵蚀也使 PP 塑料表面产生凹坑 从而也为机械锚合锁扣效应创造了条件 由此表明 涂 层在 PP 塑料上附着是物理和化学两种效应共同作用的结果 附着力是由涂层与 PP 塑料间物理机械 结合及极性基团间化学键合产生的 2 2 树脂的选择 用于塑料表面的涂料首先应具备两个基本的性质 1 涂料对塑料必须具有良好的附着力 润湿是 涂料附着的前提 但是 PP 塑料表面张力相对较低 涂料要在 PP 塑料上达到良好的附着 应使 PP 塑料表面产生良好的润湿 可以通过改变溶剂的成分来使 PP 塑料表面适当的溶蚀以使其产生良好的 润湿 2 涂料的结构应尽量与 PP 相似 PP 分子中含有极性基团 根据 相似相溶 原理 应选择含 有一定极性基团的涂料 因此 选用与其结构相似的 PP 塑料专用热塑性树脂来配制汽车用 PP 底漆 通过对比 3 种不同树脂配制底漆后的性能测试 筛选出了性能优良的 PP 树脂 B 见表 4 表 4 不同树脂对涂膜性能的影响 2 3 填料的选择 汽车用 PP 底漆要求有良好的填平性和打磨性 以减少工件表面的孔隙和凹槽 这要求在配方中 加入填料 选用 1500 目滑石粉具有良好的填平性和打磨性 但填料加入的量要适宜 过多或过少都 会影响涂膜的性能 如表 5 所示 当滑石粉添加量为 10 时 涂膜的各项性能佳 满足技术指标要 求 2 4 防沉剂的选择 防沉剂选用膨润土 配方中添加少量膨润土可以使涂料在储存过程中增稠 防止已分散的颜填料 沉降 并且会使涂料产生触变性黏度 在施工条件下 使涂料黏度变小易于流平 而涂膜达到流平 后 又能恢复到原始黏度 防止流挂 添加方法可先制成 10 含量的预凝胶 于搅拌后加入研磨料 中一起研磨 如表 6 所示 表 6 反映了不同添加量的情况下 防沉效果的变化 加入 1 0 的防沉剂 即可达到满意的效果 表 5 填料的量对涂膜性能的影响 表 6 防沉剂的量对涂料的影响 2 5 与面漆 罩光清漆配套性测试 将 PP 车用底漆喷涂于 PP 底材上 湿碰湿喷涂面漆和罩光清漆后 70 30min 烘干 检测涂膜 层间附着力 面漆及罩光清漆参考配方分别见表 7 表 8 层间附着力测试结果见表 9 从表 9 可知 涂膜具有优良的层间附着力 表 7 面漆参考配方 表 8 罩光清漆参考配方 表 9 涂膜层间附着力的测试 2 6 在其他底材上附着力测试 将 PP 车用底漆调好黏度后分别喷涂于 PP PP EPDM PP POE PP 滑石粉 PP 玻纤和 PP 阻燃底材上 70 30min 烘干 测试其附着力 并且将喷好的板分别耐沸水 2h 40 水 10d 后测 试其附着力 结果见表 10 表 10PP 底漆在其他 PP 改性材料上性能测试 由表 10 知 PP 车用底漆在其他 PP 改性材料上的附着力优良 耐水性优良 3 结语结语 研发的一次性直接喷涂汽车用聚丙烯塑料底漆具有优越的附着力 耐水煮性 储存稳定性 并且 与面漆 罩光清漆配套性良好 通过 SGS 公司无毒测试 符合 RoHS 认证 产品广泛应用于各种汽 车塑料内饰件 汽车仪表盘 汽车门板等内饰件 汽车塑料保险杠等各种 PP 塑料件的表面喷涂 对经过清洗的保险杠的表面进行各种化学处理 以提高涂膜的耐腐蚀性和涂膜与工件表 面的附着力 4 q l d C N 3 采用机械的办法消除保险杠的加工缺陷 调整基体表面的粗糙度 以提高产品的 外观质量和附着力 B s m4 u1 J7 Y9 p4 g 2 水分烘干 烘干的目的是使保险杠表面生成的化学转化膜充分脱水 获得最佳的附着力和耐蚀力 但 烘干温度不应过高 否则过度脱水会引起涂层性能大幅下降 T k W k t Z A 3 表面喷涂 u6 n R3 L T b 通常保险杠表面层由多道作用不同的涂膜组成 现喷涂工艺多采用湿喷湿的喷涂方式 这 样既可节省能源 简化工艺 又能适应大批量流水线生产的需要 目前比较先进的徐装线由喷漆机器人 双组份供漆 自动换色 工件识别 同步 总控等 子系统组成 具有自动换色 自动识别 同步运动 离线仿真等功能 多台机器人依次运 动 一次完成打磨擦净 火焰处理 静电除尘 底漆 面漆和罩光漆喷涂等工序 1 打磨擦净 保险杠经过表面处理后 第一道工序是打磨擦净 这道工序可根据工件的表面实际情况 可以省用 但对工件表面有凹凸不平或其它损坏现象 必须进行这道工序的作业 然后进 行表面擦净清理工作 5 f4 u S t C D o O x6 b 2 火焰处理 0 E t2 h B 火焰处理这种方法是利用高温 30000 F 以上 气体火焰使塑料的表面氧化 火焰激活空气 中的氧分子 使它们在材料的表面形成带有碳分子的极性分组 表面分组极性的增加和氧 化减少了塑料的表面张力 增加材料基体对油漆的吸附力 保持一定的火焰温度和距离 是在适当的移动速度下对工件表面进行的一种喷涂前的处理 以达到降低工件表面应力 提高工件表面的附着力 提高喷涂的质量 3 静电除尘 R M r N 3 2 u 可以去除工件表面由于静电吸附的毛刺 保证工件在喷涂前的洁净度 有利于提高喷涂 过程的良品率 主要设备可以用静电除尘枪 静电除尘离子风机 静电除尘离子除尘风棒 等 8 e8 D w W q 4 涂底漆 V4 E0 F5 A w烘烤过度轻则涂膜失色 重则涂膜焦化 机械强度严 重下降 6 4 工件运输 5 质量检测 轻不等于不安全轻不等于不安全 汽车轻量化已成发展趋势汽车轻量化已成发展趋势 2010 03 19 08 06 00 来源 大洋网 广州日报 广州 跟贴 0 条 手机看新闻 汽车轻量化已成发展趋势 上周末 标致 408 在中山举行了上市仪式 东风标致中山永达 4S 店销 售经理余兰在 介绍标致 408 时 记者留意到其比较特别的是将轻量化作为其中一个卖点 余兰介绍 408 使用了较传统钢材更轻的新型结构材料 高强度特殊 钢材被广泛应用到车身结构的各个部 分 采用新材料的 408 空间更大 安全性更高 无独有偶 推出轻量化的不光是标致 408 还有马自达睿翼 配置 图库 口碑 论坛 2 0 马自 达 CX 7 奔驰全新 E200 E260 轿 车 兰博基尼 Murcielago 配置 图库 口碑 论坛 LP640Roadster 海马丘比特 配置 图库 口碑 论坛 宾利欧 配置 图库 口碑 论坛 陆 Super sport 等 均是以轻量化为主打卖点 很多车主还是认为车重一些会比较安全 这也是很多人选择欧洲车而非日系车的原因 之一 现在欧洲车也推轻量化 可见汽车的轻量化已经成为汽车发展的趋势 文 记者 潘斌 陆先念 图 于涛 车减重可降低油耗 在我们传统的观念中 认为同级别的车 车子越重就越安全 至少跑高速的时候速度 快一点也不会飘 所以 有很多人会选择重一点的车 认为更安全 其实安全 并不仅仅是 重就可以 而且车身重还会带来油耗大等方面的问题 据了解 若汽车整车重量降低 10 燃油效率可提高 6 8 汽车整车质量每减少 100 公 斤 百公里油耗可降低 0 3 0 6 升 汽车重量降低 1 油耗可降低 0 7 目前国内外汽车轻量化技术发展迅速 主要的轻量化措施是轻量化的结构设计 和分析 全铝车身设计 变速器轻量化 同时 机 体是发动机中单件质量最大的零件 一般都超过发动机质量的 1 4 甚至接近 1 3 与铸铁 发动机相比 全铝 合金发动机可以轻一半的重量 本来轿车的总重量就不高 发动机所占 的比例可是不能忽略 重量减轻的最直接效果便是油耗方面表现的增强 2009 年一汽马自达在国内率先推出了一款轻量化轿车 睿翼 2 0 马自达公司号称 其为 节油王 据其有关负责人公开表示 睿翼局部采用的高强度钢板 最高强度达 1480 兆帕 之前只有航天飞行器才采用 并不是人们习惯上认为的轻量化会导致不安全因素增 加 上周末上市的标致 408 车身相对较轻的原因是 采用了更轻的新型结构材料 408 的 结构采用共同承载型 笼式 车身结构 HLE 高强度车身 最大限度地保护驾驶舱以及舱内 乘员 车主可接受轻量化车型 随着越来越多的轻量化车型的上市 顾客对车身重量也不再敏感 据中山永达 4S 店 展厅主管张游对记者介绍 目前 408 已经预订了近 60 辆车 现在客户订车都是在 5 月份才 开始交车 市场反应比较理想 记者在中山中达 4S 店了解到 目前主推轻量化的睿翼在中山的销售有不错的表现 每个月都有 20 辆左右的销量 中山中达市场部经理刘剑芳表示 睿翼的轻量 化主要是减 轻了车身的重量 同时在钢化结构上更加加强 因此睿翼更节油 更安全 前来试驾的车 主对睿翼的综合评价都非常高 仁孚汽车中 山推广部负责人介绍 车辆的轻重只能说明一个数字的变化 作为一辆 车来说 一吨多重的车身重量相差一两百斤 也不会说明多大的问题 估计汽车厂家不会 为了 节油 而去有意减轻车身的重量 就车辆的安全性能来说 抛开刹车系统 单说车身 车辆的各种综合性能取决于制作材料 有些材料也许比较轻 但却更具有抗撞 性 材料的 硬度和韧度都具备非常好的条件 这样车的安全性能才会更加出色 顺应环保节能 汽车轻量化成车业发展趋势 2010 09 28 16 40 来源 腾讯汽车 网友评论 0 汽车轻量化英文名称 汽车轻量化英文名称 LightweightLightweight ofof AutomobileAutomobile 汽车的轻量化 就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下 尽可能地降低汽车的整 备质量 从而提高汽车的动力性 减少燃料消耗 降低排气污染 实验证明 若汽车整车 重量降低 10 燃油效率可提高 6 8 汽车整备质量每减少 100 公斤 百公里油耗可降 低 0 3 0 6 升 汽车重量降低 1 油耗可降低 0 7 当前 由于环保和节能的需要 汽 车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流 汽车轻量化的主要途径是 缩小汽车的尺寸 在内部空间尺寸基本不变的前提下缩小外形尺寸 可减少材料消 耗 减小质量 同时还可减少占路面积和停车面积 采用轻质材料 如铝 镁 陶瓷 塑料 玻璃纤维或碳纤维复合材料等 采用计算机进行结构设计 如采用有限元分析 局部加强设计等 采用承载式车身 减薄车身板料厚度等 其中 当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料 可用于汽车轻量化设计的金属材料可用于汽车轻量化设计的金属材料 车用材料主要通过汽车的轻量化来对燃料经济性改善作出贡献 理论分析和试验结果 都表明 轻量化是改善汽车燃料经济性的有效途径 为了适应汽车轻量化的要求 一些新 材料应运而生并扩大了应用范围 有色合金 以乘用车来说 1973 年每辆车所使用的有色合金占全部用材的重量比为 5 0 1980 年增至 5 6 而 1997 年则达到了 9 6 有色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 铝合金 铝的密度约为钢的 1 3 是应用最广泛的轻量化材料 以美国生产的汽车产品为例 1976 年每车用铝合金仅 39kg 1982 年达到 62kg 而 1998 年则达到了 100kg 1 铸造铝合金 许多种元素都可以作为铸造铝合金的合金元素 但只有 Si Cu Mg Mn Zn Li 在大 量生产中具有重要意义 当然 在汽车上广泛应用的并不是上述简单的二元合金 而是多 种元素同时添加以获得好的综合性能 汽车工业是铝铸件的主要市场 例如日本 铝铸件的 76 铝压铸件的 77 为汽车铸件 铝合金铸件主要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 空压机连杆 传动器壳体 离合器壳体 车轮 制动器零件 把手及罩盖壳体类零件等 铝铸件中不可避免地存在缺陷 压铸件还不能热处理 因此在用铝合金来生产要求较 高强度铸件时受到限制 为此在铸件生产工艺上作了改进 铸造锻造法和半固态成型法将 是未来较多用的工艺 2 变形铝合金 变形铝合金指铝合金板带材 挤压型材和锻造材 在汽车上主要用于车身面板 车身 骨架 发动机散热器 空调冷凝器 蒸发器 车轮 装饰件和悬架系统零件等 由于轻量化效果明显 铝合金在车身上的应用正在扩大 如 1990 年 9 月开始销售的日 本本田 NSX 车采用了全铝承载式车身 比用冷轧钢板制造的同样车身轻 200kg 引起全世 界的瞩目 NSX 全车用铝材达到 31 3 如在全铝车身上 外板使用 6000 系列合金 内板 使用 5052 0 合金 骨架大部使用 5182 0 合金 由于侧门框对强度和刚度要求很高 使 用以 6N01 合金为基础 适当调整了 Mg 和 Si 含量的合金 在欧美也有用 2036 和 2008 合金 作车身内外板的 铝散热器发源于欧洲而后遍及全世界 在欧洲 到 20 世纪 80 年代后期铝散热器已占 领市场的 90 随 车用空调 油冷却器等的大量使用 铝热交换器的市场迅速扩大 从材 料的角度看 铝在热交换器上的广泛应用在很大程度上归功于包覆料覆层铝板和铝带的成 功开发 3 铝基复合材料 铝基复合材料密度低 比强度和比模量高 抗热疲劳性能好 但在汽车上的应用受到 价格及生产质量控制等方面的制约 还没有形成很大的规模 目前 铝基复合材料在连杆 活塞 气缸体内孔 制动盘 制动钳和传动轴管等零件上的试验或使用显示出了卓越的性 能 如本田公司开发成功的由不 钢丝增强的铝基复合材料连杆比钢制连杆降重 30 对 1 2L 的汽油发动机可提高燃料经济性 5 采用激冷铝合金粉末与 SiC 粉末 重量百分数 2 混合并挤压成棒材 用此棒材经锻造成型的活塞因强度高可降重 20 发动机功率大幅度 提高 用铝基复合材料强化活塞头部而取消第一道环槽的奥氏体铸铁镶块可降重 20 铝 基复合材料制动盘比铸铁制动盘降重 50 镁合金 镁的密度约为铝的 2 3 在实际应用的金属中是最轻的 镁合金的吸振能力强 切削 性能好 金属模铸造性能好 很适合制造汽车零件 镁合金大部分以压铸件的形式在汽车上应用 镁压铸件的生产效率比铝高 30 50 新开发的无孔压铸法 Pore Free Diecast 可生产出没有气孔且可热处理的镁压铸件 镁铸件在汽车上使用最早的实例是车轮轮辋 在汽车上试用或应用镁合金的实例还有 离合器壳体 离合器踏板 制动踏板固定支架 仪表板骨架 座椅 转向柱部件 转向盘 轮芯 变速箱壳体 发动机悬置 气缸盖和气缸盖罩盖等 与传统的锌制转向柱上支架相 比 镁制件降重 65 与传统的钢制转向轮芯相比 镁制件降重 45 与全铝气缸盖相比 镁制件降重 30 与传统的钢制冲压焊接结构制动踏板支架相比 整体的镁铸件降重 40 同时其刚性也得以改善 镁基复合材料的研究也有进展 以 SiC 颗粒为增强体 采用液态搅拌技术得到的镁基复 合材料具有很好的性能且生产成本较低 在 AZ91 合金中加入 25 的 SiC 颗粒增强的复合材 料比基体合金拉伸强度提高 23 屈服强度提高 47 弹性模量提高 72 钛合金 钛的密度为 4 5g cm3 具有比强度高 高温强度高和耐腐蚀等优点 由于钛的价格昂 贵 至今只见在赛车和个别豪华车上少量应用 尽管如此 对钛合金在汽车上应用的试验 研究工作却不少 例如用 系钛合金制造的发动机连杆 强度相当于 45 钢调质的水平 而重量可以降低 30 系钛合金 Ti 13V 11Cr 3Al 等 经强冷加工和时效处理 强度 可达 2000MPa 可用来制造悬架弹簧 气门弹簧和气门等 与拉伸强度为 2100MPa 的高强 度钢相比 钛弹簧可降重 20 钛合金应用的最大阻力来自其高价格 丰田中央研究所开发了一种成本较低的钛基复 合材料 该复合材料以 Ti 6Al 4V 合金为基体 以 TiB 为增强体 用粉末冶金法生产 已 在发动机连杆上应用 钢铁材料的轻量化举措钢铁材料的轻量化举措 钢铁材料在与有色合金和高分子材料的竞争中继续发挥其价格便宜 工艺成熟的优势 通过高强度化和有效的强化措施可充分发挥其强度潜力 以致迄今为止仍然是在汽车生产 上使用最多的材料 高强度钢板 轿车自重的 25 在车身 车身材料的轻量化举足轻重 20 世纪 90 年代 世界范围内的 35 家主要钢铁企业合作完成了 超轻钢质汽车车身 ULSAB Ultra Light Steel Auto Body 课题 该课题的研究成果表明 车身钢板的 90 使用现已大量生产的高强度钢板 包括高强度 超高强度和夹层减重钢板 可以在不增加成本的前提下实现车身降重 25 以 4 门轿车为参照 且静态扭转刚度提高 80 静态弯曲刚度提高 52 第一车身结 构模量提高 58 满足全部碰撞法规要求 当然 这还是一个研究的成果 高强度钢板在 车身上的实际应用还未达到如此高的水平 在普通的 IF 钢板的基础上相继开发了高强度 IF 钢板和烘烤硬化 IF 钢板 在保持高成型性的同时提高了强度和抗凹陷性 为车身钢板 的减薄和实现轻量化创造了条件 加入 Ti Nb 和 V 等元素的析出强化钢板拉伸强度在 500 750MPa 可用于车轮和其它 底盘零件 近来开发的多相钢有相当大的应用潜力 其中铁素体 贝氏体钢强度级别为 500MPa 双相 DP 钢和相变诱发塑性 TRIP 钢强度级别为 600 800MPa 复相 CP 钢强度级别 在 1000MPa 或更高 这些钢的成型性能也很好 日本日产汽车公司进行了 590MPa 级高强度 钢板在车身上的应用研究 他们选用 TRIP 钢和 DP 钢裸板以及 DP 钢镀锌板并运用有限元分 析技术解决了冲压开裂和回弹问题 优化了焊接工艺参数 通过实车检测 刚度和碰撞性 能满足要求 比采用 440MPa 级钢板时降重 10kg 激光拼焊毛坯 Tailored Blank 是新近开发并应用的钢板轻量化技术 在前述 ULSAB 车身有 18 个零件采用了此技术 结构钢 钢铁材料的用量虽逐年减少 但高强度钢的用量却有相当大的增加 高强度结构钢使 零件设计得更紧凑和小型化 有助于汽车的轻量化 1 弹簧 悬架弹簧轻量化的最有效方法是提高弹簧的设计许用应力 但是为了实现这种高应力 下的轻量化 材料的高强度化是不可少的 在传统的 Si Mn 弹簧钢的基础上通过降低 C 并 添加 Ni Cr Mo 和 V 等合金元素 开发出强度和韧性都很高的钢种 设计许用应力可达 1270MPa 这种弹簧钢的应用可实现 40 的轻量化 在传统的 Cr V 系弹簧钢中添加 Nb 可提 高钢的抗延迟断裂性能 结合改进的奥氏体轧制成型 可使钢的拉伸强度达到 1800MPa 的 水平 气门弹簧用的 Si Cr 钢中添加 V 通过晶粒细化确保韧性 由增 C 提高强度 这样改 进后 弹簧的高周疲劳强度约提高 8 可实现 15 的轻量化 通过有限元分析 螺旋弹簧 内 外侧应力均匀分布的柠檬形断面弹簧钢丝得以开发 使弹簧实现 7 的轻量化 提高弹簧疲劳强度的有效途径是对弹簧进行喷丸和氮化处理 弹簧的喷丸 除了传统 的应力喷丸之外又发展了双级喷丸 喷丸和氮化也可以复合使用 2 齿轮 汽车发动机有高功率化的趋势 而传动器有紧凑小型化的倾向 这势必加大传动齿轮 的负荷 从而对齿轮钢的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的要求也相应提高 提高钢中 Ni Cr Mo 等合金元素的含量可以提高齿轮钢的淬透性和强度 但单纯靠合 金元素来强化齿轮钢会使钢的切削性能变坏 热处理工艺复杂 原材料成本和生产成本都 会大幅度提高 齿轮渗碳时 为了防止或减少异常层的出现 降低钢中的 Si 和 P 含量 Mo 量增加到 0 35 0 45 并采用经改良的碳氮共渗工艺 改进的钢种可使齿轮实物的冲击 寿命提高 3 5 倍 若在上述降低表面异常层钢种加上强力喷丸 可使齿轮疲劳极限提高 20 30 齿轮钢中的非金属夹杂物是疲劳裂纹的起点 会降低强力喷丸的强化效果 为此开发 了高纯净度齿轮钢 例如对 SCM420HZ 钢 将氧浓度降到 9ppm 以下 磷浓度降到 90ppm 以 下时 与前述降低表面异常层的低 Si 高 Mo 钢相比 齿轮齿根弯曲疲劳寿命提高 10 17 接触疲劳寿命提高 25 高强度铸铁 铸铁由于其性能和成本方面的诸多优点 在汽车材料中仍然占有一席之地 铸铁材料 的进步更使之在汽车上的应用出现了新亮点 1 球墨铸铁 铁素体球墨铸铁拉伸强度可达 500MPa 韧性也较高 因此多用于底盘零件 有的车型 甚至用作转向节等保安件 珠光体球墨铸铁强度更高 在一些零件上可代替锻钢件 带平衡块的 4 缸轿车发动机 曲轴采用球墨铸铁加圆角滚压强化 已成为美 德 法等国汽车厂家的标准工艺 因球铁 的密度比钢约小 10 所以以球铁代钢可以产生一定的轻量化效果 奥贝球铁 ADI Austempered Ductile Iron 具有很高的强度和韧塑性 按美国和德国 标准制造的奥贝球铁牌号 其最高强度级别达到 1400MPa 超过了调质钢和渗碳钢的强度 水平 可以用 ADI 代替钢制造汽车轮毂 全轮驱动双联杆 转向节臂 发动机正时齿轮 曲轴和连杆等 经实物测量 代替锻钢制造曲轴可以降重 10 代替铝合金制造载货车轮 毂每只可降重 0 5kg 2 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁 Vermicular graphite cast iron 又称紧密石墨铸铁 Compacted graphite cast iron 其机械 物理性能和铸造工艺性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间 很适合制造 强度要求较高和要承受热循环负荷的零件 如气缸体 气缸盖 排气歧管和制动鼓等 蠕墨铸铁的发现与球铁同时 但由于蠕化工艺控制难度较大而应用受到限制 Sinter Cast 工艺控制系统为蠕铁的应用开辟了广阔的前景 Ford 汽车公司从 1996 年开始应用这 套系统生产发动机气缸体 据称蠕铁气缸体比灰铸铁气缸体降重 16 而结构刚度则提高 12 25 采用蠕铁制造气缸体还可改善摩擦磨损性能 降低振动和噪音 改善排放 粉末冶金材料 粉末冶金材料成分自由度大和粉末烧结工艺的近净形特点 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越来越多 组装式粉末冶金空心凸轮轴是近年来的新产品 它是由铁基粉末冶金材料制成凸轮 然后用烧结或机械的办法固定在空心钢管上组成 与常规的锻钢件或铸铁件相比 可降重 25 30 此种凸轮轴已在高速汽油机上使用 随 柴油机凸轮轴服役工况的日益苛刻 粉 末冶金空心凸轮轴有推向柴油机的趋势 粉末锻造连杆已经成功应用 近年开发的一次烧结粉末冶金连杆技术的生产成本较低 可实现 11 的轻量化 德国 Opel 公司装在 2 0L 的 OHC 发动机上行驶 30 万 km 的效果未见 异常 塑料在汽车轻量化技术中的应用塑料在汽车轻量化技术中的应用 塑料在汽车行业的应用前景同样看好 目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过 120 千克 辆 个别车型还要高 德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到 150 千克 辆 国内 一些轿车的塑料用量也已经达到 90 千克 辆 可以预见 随着汽车轻量化进程的加速 塑 料在汽车中的应用将更加广泛 汽车轻量化使塑料作为原材料在汽车零部件领域被广泛采 用 从内装件到外装件以及结构件 塑料制件的身影随处可见 目前 发达国家已将汽车 用塑料量的多少 作为衡量汽车设计和制造水平的一个重要标志从现代汽车使用的材料看 无论是外装饰件 内装饰件 还是功能与结构件 到处都可以看到塑料制件的身影 汽车轻量化 相中 塑料汽车工业的发展与塑料工业的发展密不可分 近年来汽车轻 量化成为降低汽车排放 提高燃烧效率的有效措施 也是汽车材料发展的主要方向 它使 塑料在汽车中的用量迅速上升 目前发达国家已将汽车用塑料量的多少作为衡量汽车设计 和制造水平的一个重要标志 统计显示 汽车一般部件重量每减轻 1 可节油 1 运动部件每减轻 1 可节油 2 国外汽车自身质量同过去相比 已减轻 20 26 预计在未来的 10 年内 轿车自 身的重量还将继续减轻 20 而塑料等轻量化材料的开发与应用 在汽车的轻量化过程中 发挥着重大作用 汽车材料应用塑料的最大优势是减轻车体的重量 一般塑料的比重在 0 9 1 5 纤维 增强复合材料的比重也不会超过 2 0 而金属材料的比重 A3 钢为 7 6 黄铜为 8 4 铝为 2 7 这就使得塑料材料成为汽车轻量化的首选用材 从现代汽车使用的材料看 无论是外 装饰件 内装饰件 还是功能与结构件 到处都可以看到塑料制件的影子 外装饰件的应 用特点是 以塑代钢 减轻汽车自重 主要部件有保险杠 挡泥板 车轮罩 导流板等 内装饰件的主要部件有仪表板 车门内板 副仪表板 杂物箱盖 坐椅 后护板等 功能 与结构件主要有油箱 散热器水室 空气过滤器罩 风扇叶片等 汽车轻量化 使包括聚丙烯 聚氨酯 聚氯乙烯 热固性复合材料 ABS 尼龙和聚乙 烯等在内的塑材市场得以迅速放大 近两年 车用塑料的最大品种 聚丙烯 每年以 2 2 2 8 的速度加快增长 预计到 2020 年 发达国家汽车平均用塑料量将达到 500 千克 辆以上 目前国外汽车的内饰件已基本实现塑料化 塑料在汽车中的应用范围正在由内装件向 外装件 车身和结构件扩展 今后的重点发展方向是开发结构件 外装件用的增强塑料复 合材料 高性能树脂材料与塑料 并对材料的可回收性予以高度关注 统计显示 全世界 平均每辆汽车的塑料用量在 2000 年就已达 105 千克 约占汽车总重量的 8 12 而发 达国家汽车的单车塑料平均使用量为 120 千克 占汽车总重量的 12 20 如奥迪 A2 型轿车 塑料件总重量已达 220 千克 占总用材的 24 6 目前 发达国家车用塑料已占 塑料总消耗量的 7 8 预计不久将达到 10 11 对于中国来说 塑料在汽车行业的应用尚处于初级阶段 目前 塑料等非金属材料在 国产车上的应用状况还比不上进口车 在欧洲 车用塑料的重量占汽车自重的 20 平均 每辆德国车使用塑料近 300 千克 占汽车总重量的 22 与国外相比 国产车的非金属材 料用量仍然偏少 国产车的单车塑料平均使用量为 78 千克 塑料用量仅占汽车自重的 5 10 发动机机体的轻量化技术发动机机体的轻量化技术 为了减少燃油消耗和降低二氧化碳排放 汽车的轻量化已经成为众所关注的焦点之一 研究表明 汽车整备质量 每减少 100 kg 百公里油耗可降低 0 3 0 6 L 此外 汽车轻 量化还可以提高汽车动力性 节省材料 降低成本 有人预计 到 2010 年汽车整备质量平 均将减轻 17 即 250 kg 轿车整备质量将从目前的平均 1300 kg 左右降至 1000 kg 发动机的轻量化 除了上述目的以外 还涉及到整车的质量分布 汽车行驶动力学 将汽油机改换成柴油机时 往往会使发动机变重 坚固的结构 涡轮增压器 增压空气冷 却器 喷油装置等 导致前桥轴荷增加 使得整车的均衡性受到了破坏 所以 轿车发动 机的轻量北已经成为整车开发中一个不可忽视的问题 发动机轻量化的途径 首先是提高升功率 以降低发动机单位功率的质量 最先进的 功率密度指标已逼近 1 kg kW 以轿车柴油机为例 如果 20 世纪 90 年代初升功率还只是 在 20 30 kW L 徘徊 那么自从 20 世纪末开始 其上升趋势可谓 突飞猛进 如今 柴 油机最大爆发压力已经达到 20 MPa 升功率达到 60 kW L 整整车车及及零零部部件件轻轻量量化化成成为为未未来来发发展展趋趋势势 2011 年 03 月 28 日 09 05 来源 慧聪汽车配件网 字号 T T 0 人参与 0 条评论打印转发 慧聪慧聪汽车汽车配件网配件网 中国汽车产业的高速发展 令世界瞩目 据统计 2010 年中国汽 车年产销量仍然处于全球第一位置 当前中国机动车保有量将超过 1 99 亿 其中汽车保有 量达到了 8500 万辆 汽车零部件业作为中国汽车产业中最为关键的一环 在其整车的拉动 下 同样得到了飞速的发展 然而市场的高速发展给中国零部件企业带来了机会的同时也 面临着巨大的挑战 全球的零部件巨头们开始将目光移向中国市场 同时待机纷纷进入 这让原本竞争就非常激烈的中国市场 进入白日化状态 而中国本土的零部件企业 普遍 存在着技术落后 企业规模偏小 自身品牌影响力不足等问题 并严重制约了企业的发展 速度 2011 年 恰逢国家 十二五 规划的开篇元年 汽车产业的发展依然是促进国民经济发 展的重点产业之一 必将迎来一个新的飞跃 国内的零部件市场发展也将会更加稳健迅速 随着全球经济一体化进程的加快及中国汽车产业持续高速的发展 加剧了中国汽车售后市 场的竞争 而在中国汽车零部件市场表现的尤为突出 这让国内的零部件企业意识到提高 企业技术水平 提升产品质量的同时 增强企业品牌影响力势在必行 中国第十一个五年规划中 汽车工业相关内容主要关注提升汽车零部件行业关键领域 竞争力 提升自主品牌份额 节能环保等方面 主要内容包括 增强汽车工业自主创新能 力 加快发展拥有自主知识产权的汽车发动机 汽车电子 关键总成及零部件 发挥骨干 企业作用 提高自主品牌乘用车市场占有率 鼓励开发使用节能环保和新型燃料汽车 引 导企业在竞争中兼并重组 形成若干产能百万辆的企业 在提到 振兴东北地区等老工业基 地 时 指出建设汽车基地 在提到 促进中部地区崛起 时 也指出要支持发展汽车等装备 制造业 同时提出 加大汽车燃油经济性标准实施力度 加快淘汰老旧运输设备 制定替 代液体燃料标准 积极发展石油替代产品 鼓励生产使用高效节能产品 加大汽车尾气治 理力度 零部件全球化采购成为潮流零部件全球化采购成为潮流 伴随着汽车零部件产业组织结构的变化 越来越多的整车厂将实行零部件全球化采购 目前中国已成为低附加值和劳动密集型产品的制造中心 中国的劳动力成本相比欧美有很 明显的优势 是吸引全球车企的重要因素 未来中国汽车零部件产业应在产品技术含量和 企业规模化水平方面进行改进 以便抓住机遇 适应全球化采购的发展要求 汽车零部件新技术发展趋势汽车零部件新技术发展趋势 汽车零部件新技术发展呈现以下几个主要趋势 开发深度不断加深 零部件通用化和 标准化程度提高 零部件电子化和智能化水平提高 整车及零部件轻量化成为未来发展趋 势 清洁环保技术成为未来产业竞争制高点 轻量化科技轻量化科技 汽车节能环保新趋势汽车节能环保新趋势 2011 年 05 月 15 日 新闻类别 企业新闻 大 中 小 打印 什么是轻量化科技呢 什么是轻量化科技呢 在全球环保消费观念盛行的今天 汽车轻量化技术的地位日益重要 正成为通向未来节能 汽车发展之路的主流技术 马自达在此技术领域已经走到了行业的前端 汽车的轻量化主要通过合理的结构设计和使用轻质 高强度的材料来实现 高强度材料 采用高强度钢板 在等强度设计条件下可以减少板厚及重量 并提高了 汽车车体的抗凹陷性 耐久强度和大变形冲击强度安全性 抗拉强度在 270 700Mpa 的属于高强度钢 超过 700Mpa 的为超高强度钢 而睿翼的钢 板最高强度达到了 1480Mpa 什么是轻量化科技 什么是轻量化科技 在全球环保消费观念盛行的今天 汽车轻量化技术的地位日益重要 正成为通向未来 节能汽车发展之路的主流技术 马自达在此技术领域已经走到了行业的前端 汽车的轻量化主要通过合理的结构设计和使用轻质 高强度的材料来实现 高强度材料 采用高强度钢板 在等强度设计条件下可以减少板厚及重量 并提 高了汽车车体的抗凹陷性 耐久强度和大变形冲击强度安全性 抗拉强度在 270 700MPa 的属于高强度钢 超过 700MPa 的为超高强度钢 而睿翼 的钢板最高强度达到了 1480MPa 轻量化科技的三大好处 轻量化科技的三大好处 1 更节油 数据表明 整车重量降低 10 燃油效率可提高 6 8 睿翼比 Mazda6 还轻 4kg 自然更省油 2 更安全 更高强度钢板取代普通钢板 防撞能力更强 刹车时制动距离更短 睿翼在同 等刹车技术 行驶条件下 刹车距离在同级别竞品中最短 3 更环保 轻质高强度车身 降低车重 减少污染物排放 轻量化科技的未来发展趋势 轻量化科技的未来发展趋势 欧洲 美国 日本等主要汽车生产厂商都在推进汽车轻量化项目 欧洲的汽车制造商正 在进行 超轻型汽车 工程 力争减轻车重 30 我国汽车轻量化技术略联盟宣布要通过 3 5 年时间 使我国汽车平均自重降低 8 10 所谓气体辅助射出成型 GAS INJECTION 就是在射出 成型加工的塑胶射出后 或是在射出中将惰性气体注入塑胶 制品内 利用该气体压力 将一般成型中的缩孔 凹陷或翘 曲问题降至最低的成型方法 一般的射出成型 是将熔融塑胶注入模具内 再利用冷 却后的体积收缩来抑制收缩缺陷 所以在完成浇口密封前必 须施加较高的射胶压力 然而 这极大压力会在成型品上形 成很大的残留应力 进而造成翘曲 变形等质量上的问题 此外 需要较大的锁模压力 提高成型机的等级 以及因为 模具刚性提升所造成的成型成本增加 相对于此 气体辅助射出成型是在熔融塑胶内注入惰性 气体 并利用气体压力从成型品内部来保压 此气体压力会 小于射胶保压 在冷却时塑胶的收缩会变大 但高压气体会 从内部补偿此类收缩 故可以在比一般成型方法更低的压力 下有效解决收缩缺陷的问题 另外 因为施加均匀的压力 也可以减少反翘等变形 气体辅助 以下简称 气辅 注射成型是利用高压气体在注塑件内部产生中 空截面 实现气体保压 消除制品表面缩痕的一种新型塑料成型技术 保险杠 是汽车上较大的外覆盖件之一 作为一个独立的部件安装在汽车上 它对车辆 的安全防护 造型效果和气体动力性等都有较大的影响 随着气辅注射成型技术的不断提升 气控设备日益完善的注气控制系统的 研发 以及气辅注射成型计算机辅助工程 CAE 模拟技术可信度的日渐改进 越来越多的保险杠生产厂商都选择采用气辅注射成型技术来开发新型保险杠 气辅注射成型技术具备了传统注射成型技术的优点 同时又能较大程度地避免 传统注射成型所产生的制品缺陷 笔者研究了保险杠的气辅注射成型技术 并 运用 CAE 模拟技术对保险杠的气辅注射成型工艺参数进行了优化 1 汽车保险杠结构及使用性能 由于汽车保险杠为一大平面的力学结构件 需要在很多部位设置加强筋 因此经常会在保险杠表面出现凹痕等缺陷 严重影响制品的表面质量 采用传 统注射成型方法生产的保险杠表面质量总是不如人意 同时由于注塑压力较大 开模后保险杠的翘曲也较大 为了提高保险杠的质量 降低成型时的注射力 需要研究开发新型保险杠与相关车型匹配 通过分析 比较 并借鉴国外的生 产经验 确定采用气辅注射成型工艺生产汽车保险杠 在设计汽车保险杠时 首先要考虑其使用性能 满足其强度 刚度及与车 体配合的要求 同时为满足保险杠的外观要求 在与用户充分讨论的基础上 采用 Pro E 软件对保险杠进行了三维造型 见图 1 所设计的保险杠长度约 1660mm 高度 186mm 保险杠在开模方向的最大距 离为 158mm 平均壁厚约 3mm 从图 lb 可以看出 保险杠设置了较多的加强筋 以增强保险杠的力学性能 保证其具有足够的刚性和韧性 采用气辅注射成型 生产的保险杠含有中空气道的结构 与传统注塑件相比具有更为优良的冲击韧 性和较理想的缓冲效果 2 保险杠气辅注射成型工艺过程 保险杠气辅注射成型采用气针进气 型腔进气 方式 首先向模具型腔中 注入一定量的塑料熔体 再把氮气经分段压力控制系统直接注入保险杠型腔厚 壁部位的塑化熔料中 使注塑件内部膨胀而形成中空 从而完成充填过程 保险杠气辅注射成型过程大致可分为 4 个阶段 第 1 阶段将给定体积的塑 料熔体注入型腔 以实现熔体的预充填过程 第 2 阶段是在注射完熔体后开始 注入气体 用高压氮气推动塑化熔料继续填充型腔 第 3 阶段为气体保压阶段 同时使气体二次穿透直至熔体完全充满型腔 第 4 阶段为制品凝固成型 撤回 气体由喷嘴释放氮气 气辅注射成型所需的设备是在普通的注塑机上再加装一套气体注入装置 气体注入装置包括气体压力制备系统 气嘴和气体压力控制系统 图 2 为气辅 注射成型工艺装备示意图 生产该保险杠时选择的注塑机最大锁模力为 25000kN 最大注射量 20kg 气辅设备采用益宇气辅设备有限公司 由于保险杠成型面积较大 为了保证充 模充分 一般设计流道直径较大 且分布流程较长 另外 由于保险杠尺寸较 大 成型时需要很大的注塑压力 所以传输塑料熔体过程中应避免压力损失 鉴于以上原因 设计保险杠模具时采用了热流道技术 3 气辅注射成型过程模拟与工艺优化 3 1 浇口分析及流道设计 为了能在 Moldflow 软件中进行模拟流动分析 首先应对分析对象进行前置 处理 这种前置处理主要包括制品三维模型导入 有限元网格划分 网格模型 优化 分析参数和条件变量设定等 将三维造型的文件导入到 Moldflow 时需进 行文件格式转换 即把采用 Pro E 软件造型的保险杠文件格式转换成 IGS 或 STL 文件后再导入到 Moldflow 经有限元网格划分 网格模型优化后 网格模 型与实体模型的匹配度可达到 87 7 网格平均纵横比约为 3 其它网格缺陷均 已得到合理修整 有限元模型符合分析前处理要求 图 3 为保险杠浇口位置分析云图 由图 3 可知 保险杠最佳浇口位于中部两圆孔附近 为了解决因制品尺寸较大给注射成型带来的成型困难及工艺范围狭窄的问 题 大型塑料件的气辅注射成型往往采用增加热流道和浇口数目的设计形式 根据保险杠的外形特征 在确定分型面后可根据浇口位置分析图及设计经验来 确定浇口位置 浇口形式宜采用半圆形横浇口 该保险杠的流道系统整体结构 设计如图 4 所示 其中图 4 右上角流道系统是从充填模型中抽取的 3 2 保险杠气辅注射成型过程模拟 3 2 1 保险杠熔体充填与气体穿透 该保险杠选用聚丙烯 PP 规格为 Generic 材料 在模拟中可使用软件 材料库中的 Generic PP PP 材料的特性及成型条件如表 1 图 5 所示 表 2 图 6 为利用 Moldllow 软件分析对熔料注射与气体注入预设定的主要 模拟工艺参数 保险杠气辅注射成型工艺中熔体充模时序如图 7 所示 熔体充满型腔的时 间约为 13 12s 注塑机的注料时间设置为 8s 此时充填的熔体已达到型腔体积 的 96 而后在注入气体的推动下熔体继续充填型腔 直到 13 12s 时熔体完全 充满型腔 气体穿透熔体的时序及效果如图 8 所示 由图 8 可知 气体能较好 地沿着设计的气道布局穿透熔体 在气嘴位置出现了轻微的 手指 现象 有 少许气体穿透了气道附近的薄壁区域 总体看来 气体整体穿透效果比较理想 3 2 2 保险杠气辅注射成型压力和锁模力 图 9 为保险杠气辅注射成型时熔体喷嘴处的注射压力 时间曲线 由图 9 可 见 注射压力峰值出现在 8s 时刻 注射压力值约为 47MPa 保险杠气辅注射成 型工艺下的锁模力 时间曲线如图 10 所示 由图 10 可以看出 该锁模力 时间 曲线有 2 个峰值 1 个在 8s 时刻 锁模力约为 5800kN 另一个在 18s 时刻 锁 模力约为 8000kN 第 1 个锁模力峰值出现在熔体注射阶段的填充 保压转换时 刻 此时型腔平均压力处于熔体注射阶段的最大值 因此锁模力也要随之增大 在填充 保压转换时刻的型腔压力分布如图 11 所示 由图 11 可见 最大 型腔压力位于热流道喷嘴处 其值为 46 8MPa 与喷嘴注射压力 时间曲线的峰 值相对应 图 12 为气辅注射成型型腔内不同部位的压力 时间曲线 由图 12 可 以看出 填充 保压转换时刻型腔的平均压力约为 20MPa 该压力为熔体注射 阶段型腔整体压力的最大值 在气体注入阶段其气体注射压力一般要高于