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1、热塑性SMC模压片材汽车件GMT汽车前端模块框架制造技术随着汽车向轻量化方向发展以及“以人为本”的制造理念的提出，GMT汽车前端模块框架以其所具有的诸多优点而得到了广泛应用。作为模块化汽车端的核心部件，GMT汽车前端模块框架的制造技术对产品的最终质量起着非常关键的作用。GMT是以连续玻璃纤维毡，或连续玻璃纤维针刺毡为增强芯材与改性聚丙烯复合而成的一种复合材料片材，其英文名为 Glass MatReinforced Thermoplastics。由于GMT具有材料密度低、成型周期短、冲击韧性好以及可再生利用和贮存期长等显著的优点，因此作为绿色环保轻质材料，从20世纪80年代起就已被欧美国家广泛推
2、广应用，其中80%被用于对轻量化要求最为迫切的轿车领域。目前GMT可取代的钢制轿车零部件主要有：前端模块框架、仪表板骨架、抗撞保险杠、座椅骨架、蓄电池托架、备胎仓、行李架、车身底部挡泥板、引擎隔声罩等。近年来，在我国生产的汽车中也有很多GMT汽车零部件开始得到应用。为使GMT汽车零部件的制造技术更广泛地为我国的汽车制造业和汽车复合材料行业所认识和了解，在此以GMT汽车零部件中较为经典的汽车前端框架为例，详细介绍GMT汽车零部件的成型制造技术，以飨读者。世界汽车前端模块技术的进步汽车前端模块技术包括：前端的设计、制造以及交付给OEM装配厂前的包装方式等。传统意义上的汽车前端通常由100多个散部件
3、组成，这些散部件经零部件供应商生产出来后被交付到OEM的装配厂中，然后在装配厂的总装线上按工序逐一装配而成。随着全球汽车制造技术向模块化、集成化方向发展，对汽车实现模块化的一个主要趋势是集中在汽车的前端上。目前，全球各大汽车公司对汽车前端都进行了不同程度的模块化，其中包括目前在中国建有合资企业的美国通用汽车公司、福特汽车公司、德国大众汽车公司等。这些公司使用了一定程度集成化了的格栅构架，即用前端模块框架将照明系统、发动机冷却系统、减震装置、空调冷凝器和空气净化器以及引擎盖锁紧装置、软管和接头等组装在一起形成一个趋向于满载的前端模块，如图1所示。这种汽车前端模块化形式在很大程度上改变了汽车总装生
4、产线上繁杂的组装过程，因此对汽车的设计和制造产生了很大的影响。显然，今后汽车的设计和制作将只涉及到一个白车身和一个开口的前端模块，而不再需要考虑使用传统的连接杆构架或采用众多的横向构件来连接车辆骨架。毫无疑问，现代汽车前端模块的核心在于对前端模块框架的设计、集成和制造。由于这个前端模块框架将放置多个次模块和部件，因此它的制造精度、强度将是影响汽车质量的关键因素之一。GMT汽车前端模块框架的优点材料牌号PP-GF30性能数值测试标准拉伸强度80 MPa.ISO 527拉伸模量4500 MPa.ISO 527断裂伸长率2.8%ISO 527弯曲强度110 MPaISO 178弯曲模量4000 MP
5、aISO 178冲击强度40 kJm-2ISO 179比重1.12ISO 1183热变形温度158ISO 75热老化（150C, 500h）通过ISO 188材料牌号PP-GF40性能数值测试标准拉伸强度90 MPa.ISO 527拉伸模量5000 MPa.ISO 527断裂伸长率2.5%ISO 527弯曲强度120 MPaISO 178弯曲模量4500 MPaISO 178冲击强度50 kJm-2ISO 179比重1.20ISO 1183热变形温度158ISO 75热老化（150C, 500h）通过ISO 188考虑到前端模块框架位于轿车前端并作为引擎的安全挡块而需要承受具大的冲击力和承重载
6、荷，因此通常汽车制造厂会考虑采用钢铁来制作。至今国内外很多汽车的前端框架均采用的是钢制液压成型和冲压-焊接成型技术制造而成的。但随着汽车向轻量化方向发展以及“以人为本”的制造理念的提出，对轿车前端框架材料的选用也在不断创新，由铝合金、镁合金、金属/尼龙、SMC、GMT等各种轻质材料和各种成型工艺制成的前端框架纷纷出现在各大汽车公司的各种车型上，展示着各自的优势和特点。其中GMT材料以其超一流的轻质高强、良好的成型性能以及可循环使用的绿色环保特点而倍受汽车制造商的青睐，已成为一些新型轿车前端框架制作的主要材料，图2所示为GMT材料制造的前端模块框架。 GMT汽车前端模块框架具有如下优点： 能较为
7、方便地综合前端的各项功能； 具有很高的模块刚度和抗疲劳性能； 引擎盖锁具耐冲击且锁紧安全度高； 耐腐蚀，不生锈，无需油漆保养； 具有良好的加工成型性和低的成型周期； 制造成本较低，且重量轻； 材料可回收循环利用。 GMT汽车前端模块框架的制造工艺 GMT片材通常为材料供应商根据制品的应用特点专门定制的，一般情况下制品生产商只要根据材料供应商提供的GMT材料技术参数进行选购即可。由于GMT汽车前端模块框架的形状较为复杂，而且又是受力的结构件，因此通常我们会选择流动性较好和玻纤含量较高的、专用于前端框架的GMT片材。GMT汽车前端模块框架的制造工艺过程为：下料称量坯料预热铺料模压垂直冲切水平冲切整
8、理检测成品入库。每一道工序虽然看似简单，但都很重要，都有可能因不认真操作而最终影响制品的质量，甚至造成废品。因此，必须认真对待。最关键的步骤是： 要根据产品的形状和受力的方向来设计出最佳的坯料尺寸，并进行精确切割；要将坯料送入烘箱预热，经烘箱加热后的坯料的理想表面温度应为205230；严格按设定的位置和步骤将加热后的GMT坯料铺设在模具上；快速闭模、快速加压，使树脂在熔融、流动状态下模塑成型。当GMT前端模块框架被压制成型后，还需要对其进行后处理。目前有多种后处理工艺可供选择，如机械切削加工或高压水切割加工，当然，也有一些是通过冲压工艺来完成的。通常，我们建议采用冲压工艺。虽然采用冲压工艺会增
9、加2套冲压模，但生产效率和产品的制造精度都能得到明显提高，而且能够保证框架的内外结构具有足够的强度。GMT汽车前端模块框架成型模具除了原材料、设备和工艺参数的选择之外，GMT汽车前端模块框架成型模具及后处理冲切模具是GMT汽车前端模块框架制作过程中最核心的技术。模具结构设计是否合理、制造是否精细会直接影响到产品的外观及内在质量的均匀性，同时还影响产品的成型效率。因此，设计周到和制作精良的模具不仅能使GMT材料在加热、加压过程中确保纤维增强材料向四周均匀流动并充满模腔，还能保证制品各点温度均匀，尺寸精确，不致于产生GMT制品加工中经常遇到的“注量不足”和留下流痕痕迹以及部件从模具移出后发生收缩率
10、和挠曲变形大大超标而成为废品的尴尬境遇。 从事GMT制品生产的工程技术人员通常非常重视模具的设计和加工质量，普遍认为：一副高质量、高精度的成型摸具是GMT汽车前端模块框架成功的一半。图3所示为意大利RANGER公司为一汽大众BORA轿车所设计制造的GMT前端模块框架成型模具和冲压模具，目前一汽大众BORA轿车的前端模块框架已首先在国内实现了国产化。GMT汽车前端模块设计和制造技术在欧美已经非常成熟，并为欧美汽车制造商所热崇推广。在我国，上海大众、一汽大众、神龙汽车等公司新推出的新型轿车上也已广泛使用了GMT汽车前端，只是绝大部分车型的前端模块框架还是采用进口GMT制件，使这一新技术的应用成本过
11、高。专家们预测，采用包括GMT在内的长玻璃纤维/聚丙烯材料生产的高集成型前端模块框架部件将在以后或更长的一段时间内，在降低汽车制造成本和提高汽车性能方面显示出更为突出的优势。因此，国内的汽车复合材料行业应把GMT汽车前端模块框架的国产化作为提升自身技术水平的一个主要发展方向之一，与我国汽车界的专家一起，共同努力设计、制造出具有中国知识产权的汽车前端模块。 关键词： 汽车轻量化，玻璃钢材质商用汽车零部件、汽车用品，玻璃钢材料及其制品，出人意料地成为汽车零部件中最引人注目的焦点。业内人士评价说，轻质带来节能，这是中国汽车工业向着节能型和谐社会进步的必然趋势。 玻璃钢，轻量化的理想材料 轻量、节能一
12、直是国际汽车工业的研究方向。有关研究数据显示，汽车车重每降低10%，燃油效率可提高68%。伴随轻量化而来的突出优点就是油耗的显著降低。尤其汽车车身约占汽车总质量的30%，对空载而言，约70%的油耗是用在车身质量上的，因此车身的轻质化对减轻汽车自重，提高整车燃料经济性至关重要。同时，轻量化还将带来车辆操控稳定性和冲撞安全性的提升：因为车辆行驶时的颠簸会因底盘重量减轻而减轻，整个车身会更加稳定；轻量化材料对冲撞能量的吸收，又可以有效提高冲撞安全性。 玻璃钢复合材料以其轻质高强、设计自由度大、不锈蚀、无干扰、成型工艺性好等优点，是汽车工业轻量化的理想加工材料。 来自法国INOPLAST 公司的一组数
13、据，以玻璃钢复合材料中的SMC（片状模塑料)、 玻璃纤维毡增强热塑性材料(GMT)为例，可以非常清晰地说明玻璃钢材料的轻质量和高强度。 材料名称材料密度（g/cm3）等强度下厚度（mm）钢7.8100铝2.750SMC1.975低密度SMC1.455GMT1.145 数据显示，达到与钢铁同样的强度要求，SMC和GMT材料只需要75%和45%的厚度，而质量仅仅约为原来的25%和15%。 轻量化之外，玻璃钢材料的还具有模块化和成本上的突出优势。 汽车零部件的发展正向着模块化设计的方向发展。玻璃钢材质良好的成型性，带来较高的设计自由度，为设计师拓宽视野、灵活设计提供了便利条件；玻璃钢材质的零部件向结
14、构复杂、功能集成的大型化、模块化部件拓展，使原本需要组装的零部件数量大大降低，大大减少了模具数量和相关费用。以普通轿车后举升门为例，采用金属材料加工，需要制作模具10套，花费达400万之巨，而采用SMC材料加工，仅需要制作模具3套，花费120万。且大大减少了组装成本。 与此同时，按照INOPLAST的综合成本计算，在批量较小的应用中，SMC玻璃钢成型工艺的成本，一直低于金属冲压成型工艺的成本，直到15万辆的规模后，前者成本才高于后者。 按照有关业界人士的说法，SMC、GMT等玻璃钢复合材料除了作为车身材料具有刚柔并济的特点，在技术和成本上都完全可以满足车身外饰材料的需要之外，GMT在对外载荷的
15、冲击和吸收方面，还有非常稳定而均衡的优越表现。 全球知名GMT厂商QPC公司的葛悦先生展示了GMT在“行人保护”方面的应用，利用GMT可以有效吸收外来冲击的优势，他们开发了GMT材质的“小腿保护器”构件，安装于汽车的前围，当车辆不慎撞到行人时，在该构件的作用下，行人将慢慢倒向车体，而不是飞向车外的交通洪流中。 玻璃钢材料的应用 目前玻璃钢复合材料的应用非常广泛，尤其在欧美车系中。其中尤以SMC、和GMT的应用最为广泛。MAN、RENAULT、VOLVO、BENZ、IVECO、DAF等欧洲重型卡车制造商的驾驶室材料中，都大量选用了SMC。按照2004年的数据，平均每个卡车驾驶室 SMC / BMC （用于立体造型的SMC）的用量，达到70公斤。在国内，SMC材料在汽车领域也得到了广泛的应用，尤其是商用汽车领域。中国重汽、陕西重汽、福田欧曼、重庆红岩等主要重型卡车制造商，其驾驶室的制
