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从奥迪R8碳纤维复材后壁看汽车构造的复合资料应用之路

奥迪碳纤维复材从预研发至奥迪R8、A8碳纤维部件的生产制造的全部环节，包含：奥迪产品研发前所遭遇的瓶颈问题、挑选自主研发的缘故、荷载工作状况的设计方案工作中、超迅速环氧树脂传送模塑的产品研发之途、技术性取得成功后向经销商的应用推广及将来的产品研发之途。

据外媒报道，奥迪挑选设计制作产品研发其碳纤维复材零部件，企业期待将来能完成髙速批量生产。现如今，在优秀复材(advanced composites)这一市场细分内，车配复材或将变成业界各原材料经销商及零部件生产商的新宠儿，做为其眼里的第二大关键市场定位，该市场细分的影响力基本上可匹敌航空公司领域。

奥迪碳纤维复材预产品研发环节所遭遇的难点

殊不知，不锈钢板材和铝型材仍遭受汽车制造业的亲睐，复材的发展还必须時间和业界同行业的勤奋，由于其遭遇下列挑戰：复材构造繁琐，因为这类复材由纺织材料与别的材料混和而成，这代表着要完成需要的技术参数，当今的设计方案及实验还遭遇许多难度系数。

有别于不锈钢板材及铝型材，复材并未完成精益化管理生产制造，这代表着其产品成本较高，生产周期更长。虽然各种汽车企业积极主动着眼于汽车新能源，不遗余力缓解车重。因此，奥迪想要把握住这一机会，关键产品研发碳纤维复材。

现如今，最先要应对的难题是：奥迪需从哪种下手?

现阶段最广泛的作法便是自小大批量运用刚开始，逐渐完成髙速批量生产，这从各汽车企业的产品研发发展战略中就可以清晰地感受到。在近期的七年里，奥迪就这样实际操作的。企业的产品研发工作中起源于其模块化设计超级跑车系统软件(Modular Sports-Car System，MSS)，企业将该车体架构设计方案运用到奥迪R8 Coupe、奥迪R8 Spyder、奥迪R8 LMS(跑车)及法拉利Huracan等诸多车系中，法拉利Huracan是一款二座式超级跑车，其采用了后置摄像头柴油发动机的设计方案合理布局。

奥迪将MSS做为一款专用工具，致力于将优秀的碳纤维复材运用到白车身(body-in-white，BIW)中，进而缓解车重并提高车子的特性。伴随着车子电化的持续推动，奥迪更坚定不移了这一设想。奥迪轻量设计方案管理中心碳纤维复材(CFRP)技术研发运营专员David Roquette表明，第一代奥迪R8车系采用了铝型材，但奥迪决策在第二代R8中采用MSS新项目所产品研发的碳纤维复材。

那麼，第二个难题是：碳纤维原材料将被运用到哪一个车体部件中呢?

Roquette表明，奥迪消耗了三年岁月，对白车身开展了数次产品研发及评定，最后找到回答。他与朋友运用企业內部产品研发的提升程序包，对白车身的23项荷载工作状况(load cases)开展了鉴别，接着再多方面区别。随后，她们对每个白车身部件释放了各种各样地应力(anisotropic stresses)，将标值设定到最高值，随后再从这当中找到最合适采用碳纤维复材的部件。

Roquette强调：“殊不知，地应力仅仅在其中的一项要素，合理性也很重要。奥迪在生产制造碳纤维原材料时可否兼具到所述二点吗?奥迪有着碳纤维复材生产制造需要的技术性吗?成本费及关键层面能获得改善及取得成功吗?”伴随着产品研发工作中的持续推动，奥迪的研发人员逐渐找到合乎所述规范的车配零部件――以转动轴安全通道(driveshaft tunnel)及(电梯轿厢)后壁(rear wall)。后壁的功效取决于将旅客舱(passenger compartment)与后发动机盖(rear engine compartment)分隔。据Roquette表露，2016款R8 Spyder和Coupé车系的后壁均采用了碳纤维复材，进而大幅度提高了扭地应力(torsional stress)及车子的弯曲刚度(vehicle stiffness)，还完成车体减脂。

荷载工作状况的设计方案工作中

Roquette的朋友Felix Diebold表明，当奥迪复材研究所初次关心所述的23种荷载工作状况时，企业正找寻新机会，期待运用碳纤维复材提高白车身的扭地应力，另外缓解其净重，进而提高车子的整体抗压强度及旅客的安全系数。因此，奥迪的设计方案技术工程师们将单边碳纤维纺织物提升件(woven carbon fiber fabric reinforcements)与迅速硫化橡胶环氧树脂胶管理体系(fast-cure epoxy resin system)紧密结合。

Diebold表明，奥迪期待R8 Spyder的一部分复材部件能采用泡沫塑料隔层构造(foam-cored sandwich construction)，非常是B柱填充料及后壁这两个部件。Roquette表明，奥迪采用泡沫塑料隔层，其致力于降低各零部件、B柱填充料、加强件(consolidate part)中碳纤维的使用量，另外提高其抗压强度及弯曲刚度。

当奥迪R8 Spyder的顶棚收拢后，这款车系就发生变化一辆敞篷车。因而，加强B柱的特性就看起来尤为重要了。在非敞篷车方式下，其汽车底盘的可靠性及弯曲刚度在于汽车车门、顶棚梁(roof frame)等部件的弯曲刚度及抗压强度。在敞篷车方式下，汽车车门等部件也是要保证需要的可靠性及弯曲刚度。

奥迪期待采用环氧树脂传送模塑(resin transfer molding，RTM)加工工艺，向被碳纤维包囊的泡沫塑料原材料中引入环氧树脂胶。Diebold追忆道，该方案的关键难点取决于找寻一种易操纵的里层芯板(core material)，且该原材料既不可以过重(相对密度为100-150 kg/m3)，也不可以过轻。不然，在RTM生产过程中，该原材料易被损坏。

奥迪最后谈妥了一款全新升级计划方案，采用了根据聚羟基pe酰亚胺(polymethacrylimide，PMI)的泡沫塑料，归属于目前市面上相对性较新的一款商品。Diebold表明：“该材料不容易被损坏，便于解决。那时候还试着了别的芯板，但存有遇热、成本费或别的限定要素，最后没法采用该原材料。”

他填补道，可采用模塑对泡沫塑料原材料生产加工成各种各样三d样子，完成突起件、置入件(inserts)以及他金属材料部件的一体化。在对复材泡沫塑料芯板开展生产加工时，不用开展机械加工及碾磨。除此之外，据Diebold称，聚羟基pe酰亚胺(PMI)原材料有着匀质芯板构造(homogenous cell structure)，可承受液压机基桩(hydrostatic testing)实验。

超迅速环氧树脂传送模塑的产品研发之途

最终一项产品研发难点取决于：RTM加工工艺的铸轧(refinement)，奥迪期待运用新技术新工艺将各种原材料结合到一起。相比于奥迪的产品研发总体目标，所述加工工艺铸轧看起来甚为零碎，最后，奥迪决策将此项工作中转交给了一家一级供应商，由其承担有关的生产制造工作中。

Roquette表明，髙压环氧树脂传送模塑(HP-RTM)变成轿车复材生产商的新宠儿，虽然奥迪也曾考虑到过是不是要采用该加工工艺，但其注塑加工工作压力达到120-bar。若引入点的工作压力较高，会对泡沫塑料芯板的一体性导致危害，奥迪并不愿在特性上作出让步。因此，企业寻找新方式，期待在减少注塑加工工作压力的另外保证生产周期不容易被拉长。

这看起来是一项无很有可能完成的每日任务，直至奥迪与着眼于压模感应器(mold cavity pressure sensors)产品研发工作中的产品研发组织 建立联系后，该难点才获得处理。彼此对RTM加工工艺中的(fine-tune)了注塑加工工作压力、缩紧力(compression force)及磨具空隙开展了精确调节(调整)，进而进一步提升了该模塑加工工艺。

Roquette表明，奥迪与这种科学研究组织 协作。据检测认证，在开展模塑加工工艺期内，若磨腔工作压力(cavity pressure)是一项基础调节变量(governing and primary variable)，那麼磨具空隙高宽比及缩紧力也许是一个可调整的中等价，可调节该标值，进而保证生产周期尽量地快。即便没法保证迅速，但最少还要比髙压RTM加工工艺快许多。因此，奥迪将该加工工艺取名为超迅速环氧树脂传送模塑(ultra-RTM)。

针对奥迪R8 Spyder的隔层构造(sandwich structures)，注塑加工工作压力不超过40 bar，较大模塑空隙达到0.6mm，较大缩紧力达到500 MT，而磨具溫度不可超出123℃。凭着此项新技术新工艺，注塑加工時间可减少至15秒，而总体生产制造周期可操纵在五分钟之内。这代表着零部件的生产加工可采用容积较小、价钱相对性划算的制冷压缩机，且耗能较低，不容易对芯板的一体性导致威协(不容易被损坏)。

新技术新工艺向生产商的应用推广之途

Roquette表明，当奥迪初次准备为MSS生产制造复材零部件时，企业所制订的第一个生产制造对策是与欧州轿车复材加工商局进行协作，由于后面一种也许有着需要的生产能力及专业技术人员，可高效率而迅速地设计方案并生产制造奥迪需要的零部件。殊不知，奥迪最后還是决策自主产品研发这类复材及有关的生产加工技术性。

Roquette表明：“据大家孰知，若奥迪确实要想在复材行业获得技术性提升，最先奥迪的研发人员尽量要熟练该行业的技术性，次之，尽量要采用自主研发。奥迪有着一支经营规模超大型的研发部门，任何人都会日复一日地花活力刻苦钻研该新项目。”

直到奥迪原材料及加工工艺的自主研发获得成效，并将其成效转交到承担具体生产制造的几大欧州复材经销商时，另一方也对感觉该协作所涉及到的技术性与商品均存有可变性。Roquette表明：“由于这并不是是奥迪从开拓市场上购买的(完善)技术性。奥迪选择的经销商也生产制造过这种原材料，有着很多年的生产工艺工作经验。殊不知，奥迪转送的自主研发技术性与经销商所采用的技术性迥然不同。针对此项新技术应用，经销商层面有点儿无法接纳。”

他还讲到：“因此，奥迪为经销商出示了有关的技术性展现，告之其新技术应用的运用方式。最后，奥迪说动了经销商，由后面一种承担这种零部件的生产制造，经销商因此也担负了很多风险性。做为一家汽车企业的经销商，要保证这一点的确很不易。”

成本费高居牵制生产制造 奥迪再次探寻新技术新工艺

殊不知，该技术研发及运用仍未停步于2016款R8 Spyder。17年，奥迪引进了一款四座豪华轿车奥迪A8，这款车系采用了碳纤维复材后壁之后窗台石(upper rear shelf)，所述2款部件都采用了碳纤维复材，也都采用了超迅速RTM加工工艺。

Roquette表明：“容积越大，需要的劳动量就越大。碳纤维制成品部件的成本费還是太高了。现如今，企业将眼光放到商品的各个方面，不仅是碳纤维的价钱难题，也有RTM加工工艺的生产制造速率。除此之外，也要考虑到环氧树脂价钱、黏合剂价钱，全部原材料链的价钱。因此，大家尽量采用全新升级的核心理念。”

来源于：盖世汽车

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