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车身轻量化改装的八大问(下)

2020-05-26  |  作者:admin_4  |  来源:車訊网  |  责任编辑:

摘要:  昨天和大家分享与车体刚性截然不同的车体轻量化改装八大问的中间部分,今天带来的是下篇,希望这篇文章应该能帮助到您,并且充实各位读者的改装知识。

问题六:碳纤维钣件听说还有分等级?

可分成「手积层」、「真空抽吸」与「热压成型」三种类。

最吸引人的轻量化车体钣件,莫过于采用Carbon碳纤维材质打造的部品,外观最大特色就是清晰可见的立体纤维,碳纤维会被当成许多赛车或高科技的应用品,最主要的原因在于相同面积下,能拥有比其他材质(铝合金或钢等)还要高的强度及更轻的重量,而且藉由编织手法的不同,还能创造出不同的强度及韧性,但碳纤维最大的缺点就是成本相当高, 当然也反映在售价上,一块全碳纤维引擎盖单价往往超过3万以上,营造出高不可攀的性能象征。 不过大家是否知道,同样是拥有碳纤维纹路的空力套件,底子里的制程若不同,特性与重量可是天差地别。

碳纤维之所以会被大量使用于赛车上,除其拥有轻量化效果外,硬度与抗冲击的能力也是关键之一,图中的碳纤维锥状物经过撞击后,并不会整个碎裂,而是呈现网状破损,代表碳纤维可有效吸收撞击力道。

许多顶尖超跑的内外车体结构性零件都是采用碳纤维材质所打造,其中的制作技术层次已大大超越一般改装部品的领域,是真正的高科技赛车产物。

不过同样是碳纤维空力套件,其实依照制程方式,还可分成「手积层」、「真空抽吸」与「热压成型」三个种类。 其中「手积层」工法是最低阶的制程,此方式也是目前改装用碳纤维产品的主要制程,所占比例相当高,制造时只须有「外模具」,目的在塑造产品外型曲线,先把以手工方式将玻璃纤维一 层层黏贴于模具上以建立强度,干燥后再从模具中取出,进行表面碳纤维布的披覆、上金油与研磨工作,此工法制成的产品优点在于生产成本低,技术力不高,因此产品售价比较能让人接受 ,仍是汽车改装市场上的主力。 缺点是耐热性差、又厚且重,产品精密度低,而内层为玻璃纤维,不只光滑度不佳,且由于碳纤维只在外层具美观效果而已,并不能算是真正的碳纤维制品,重量无法减经太多,轻量化效果难以跟高阶的碳纤维制品相比拟。

这张碳纤维引擎盖就是热压成型工法所打造,因此背面仍可见玻璃纤维的纹路,且从切面来看,可明显看出中间为半透明的树脂层,表面散热孔还可见黑色未批复碳纤维布的地方。

「手积层」碳纤维制造工法是在FRP部品表面,再贴上一层碳纤维布,并进行上金油与研磨工作,因此底子里还是FRP的材质,重量并无法减轻太多,且整体硬度遇热偏软,尤其是引擎盖更为明显。

问题七:如果碳纤维体积不小,但却需要精密尺寸的话,有哪个方法是可以兼具成本与产品质量的呢?

碳纤维成本与品质均衡点-真空抽吸工法

笔者过去在采访时也曾遇过有些进气集气箱,是采用上下盒组立而成,体积也不小且结构复杂,看起来应该很难使用「手积层」或「热压成型」来制造,因此後来又有厂商研发出所谓的「真空抽吸加压」工法。这样制程中同样需要"内外模具」,只是模具不需金属模,外模一样是塑型用,内模则是加压用,制造时会先在外模上铺设碳纤维布,之后套入内模,内模上有许多条管子,其中一条管子是用来抽吸内外模间的空气,两个模具间是无法让空气进入,因此内模将会紧紧 压住碳纤维材质与外模,另一条连接黏着用的树脂,开始抽吸真空时,环氧树脂会因此被吸入模具中,待树脂流到另一条导流管时,表示模具已被树脂填满,且成型时还会加热内外模具,目的在稳定环氧树脂的性质,并提高产品制 成后的耐高温与耐撞击能力,等树脂干燥之后,再行脱模完成打模、修补、喷金油等后续加工。「真空抽吸加压」是兼具品质与成本的最佳制造方式,制造时需要「内外模具」,先在外模上铺设碳纤维布,之後套入内模,其上有管子用来抽吸内外模间的空气,内模将会紧紧压住碳纤维材质与外模,另一条管子可让环氧树脂吸入模具中。

真空抽吸加压制的产品,不只内外层表面都看得得碳纤维纹路,厚度也超薄重量更轻,成品厚度约1.5mm(手积层碳纤维件厚度约6mm),重点是产品精度高、耐热性也佳,是高档碳纤制程。而此制程有何优点? 完成后的产品不只内外层表面都看得得碳纤维纹路,厚度也超薄重量更轻,成品厚度约1.5mm(手积层碳纤维件厚度约6mm) ,重点是产品精度高,因此即使制成集气箱,也不用担心上下盖子会装不上去,或对不到螺丝孔等问题,能在节省制造成本下,又不会牺牲产品质量,是目前国内外各厂商极力发展的碳纤维部品制造技术。

此为采用真空抽吸制作而成的碳纤维引擎盖,可以从背面纹路看出是真正的碳纤维制品,而非以FRP为底的半碳纤维制品,重量轻且强度不会因高温而软化。碳纤维纹路还可以K数来区分,K数是指一束碳纤维中有几千根的单丝,3K就是指一束碳纤维中有3000根单丝碳纤维,12K就是指一束碳纤维中有12000根单丝碳纤维,反映在纹路上就是K数愈大纹路愈大块。

问题八:有些碳纤维部品可以做到很薄,例如安装在车内的碳纤维饰板,这是什么种的碳纤维制程?

最费工的制程技术-热压成型工法

问题中所提到的碳纤维引擎盖,应该是以热压成型制造而成的部品,「热压成型」制程有别于前述的手积层技术,且就连使用的原料也不尽相同。 手积层所使用的碳纤维布就是一般布料,可摸到纤维丝、触感软趴趴,但热压成型可就不同了,其所使用的碳纤维布已经加入「Epoxy」(环氧树脂),可使碳纤维布变硬、且附有弹性,而且摸起来会黏黏的,平常需要冷藏保存,也因为经过加工,所以光是原料就比手工披覆所使用的碳纤维布要高出2~3倍左右。由于制造过程中需透过高温+高压来成型,因此必须使用钢制模具,所以在产品制造前需要精准丈量尺寸,才能制作模具,而且需要正反模具才能成型,故需要「一对」钢模来制造,不像手积层只需要一个。 而热压成型的过程其实不难了解,成型过程中需加热到130~140°C左右,同时也会加压使其成型,因此制造过程需要专用的热压设备,产品越大所需要的热压设备也越大,成本当然相对提高,这些种种原因都是热压产品无法在汽车市场上普及的原因。此为「热压成型」工法会使用到的钢制模具与热压机,由于制造过程需要专用的热压设备,产品越大所需要的热压设备也越大,成本当然相对提高,这些种种原因都是热压产品无法在汽车市场上普及的原因。

传统手积层披覆碳纤维无法使产品细节突出,体积过小的产品也有制作困难度,使用热压成型工法反而可以解决这些问题,因此愈来愈多的汽车用碳纤维后视镜、方向盘、中控台与排档座饰板等,都可见到热压成型的「薄型」碳纤维部品。

不过随着碳纤维产品需求量大增,运用性也越来越广,汽车用热压产品也有逐渐增加的趋势。 正因为传统手积层披覆碳纤维,无法使产品细节突出,体积过小的产品也有制作困难度,使用热压成型反而可以解决这些问题。 汽车的后视镜、晴雨窗、方向盘、中控台与排档座等碳纤维部品,都可以善用热压方式来制造,毕竟这类饰板的面积小,所需要的模具、热压设备也会相对缩小,可以更有效控制成本,再者、热压成型的产品厚度薄如纸,运用于饰板上恰到好处,可以有效提升安装后的密合度,是碳纤维内装部品很常运用的制造工法。

图中为少数有能力打造F1赛车车架的公司才拥有的碳纤维部品生产设备,可以见到真正的碳纤维部品是透过碳纤维丝线一层层编织而成,

顶尖超跑上的碳纤维部品,也是利用碳纤维布一片片重叠起来,并且须经过高压、高温的真空炉的固形,来赋予碳纤维部品极强的刚性。

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