基于多材料复合材料的轻量化工程



基于多材料复合材料的轻量化工程

日益严格的排放要求，使得提高能源效率成为未来汽车发展的重要方向。阐述了利用多材料复合材料实现液压混合动力系统的轻量化，使其应用得到推广。

液压混合动力系统以液压蓄能器作为储能元件，以液压泵作为动力元件，其能有效回收并利用制动过程中剩余的能量，实现快速补充能量和辅助驱动。目前，常用的液压泵壳体为铸铁材料，质量约为6.5kg，不适用于乘用车。若使用铝合金、镁合金材料替代钢材则能减轻壳体总质量约1/3，但这些合金的成形性能较差，不易于铸造且不能采用点焊连接，同时会增加生产成本。因而，各汽车生产商开始考虑应用复合材料。由于液压泵壳体的主要作用是承受负荷和密封，因此在选择复合材料时，要求其应具有较高的强度以承受负荷，以及具有足够的柔韧性以实现密封。显然，选择单材料复合材料不能满足上述需求，因而需要选择多材料复合材料。

选择含30％玻璃纤维的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT-GF30）和热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）两种复合材料进行液压泵壳体的制造。PBT-GF30复合材料具有较高的强度和刚度，以及耐高温和耐油特性，其可作为壳体的主要材料。TPU复合材料具有较高的耐磨损和耐油特性，其可作为壳体径向轴孔密封处的主要材料。利用双组分注塑成型技术实现壳体的整体化制造，不需要各种连接接头和螺纹，可进一步降低生产成本。利用有限元软件对多材料复合材料壳体进行仿真，结果显示，利用新材料所制造的壳体能够满足汽车使用要求，而质量仅为3.1kg，与钢质壳体相比质量减轻了53％。

刊名：Paramita: Historical Studies Journal（英）

刊期：2014年第24期

作者：Achim Frick et al

编译：陈丁跃