減輕汽車(chē)重量以提高燃油經(jīng)濟性并降低CO2排放，這是汽車(chē)OEMs面臨的一項持久性挑戰。

     在汽車(chē)制造中使用碳纖維復合材料，可以顯著(zhù)減輕部件和結構的重量，并確保高性能，這是汽車(chē)行業(yè)為達到CO2排放目標而優(yōu)先考慮的一個(gè)關(guān)鍵的戰略性領(lǐng)域。

     2015年，福特汽車(chē)公司與華威大學(xué)WMG學(xué)院以及Gestamp和GRM公司合作，開(kāi)展了復合材料輕量化汽車(chē)懸架系統（簡(jiǎn)稱(chēng)CLASS）項目的研究，該項目旨在減輕一種轉向節（用于懸架系統的部件）示范件的重量。

     由Innovate UK資助的這項研究，對采用鋼嵌件的復合材料部件進(jìn)行了優(yōu)化設計，使其比原來(lái)的部件減輕了35%，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了一種大批量的生產(chǎn)工藝。

     在設計過(guò)程中，這種系桿葉片部件的形狀發(fā)生了很大變化，因而需要在模壓成型前增加預成型步驟，這改變了原項目的研究范圍，從而開(kāi)發(fā)了一種由人工操作的預成型工藝，以用于創(chuàng )造原型。

     CLASS項目讓福特團隊看到了在他們的車(chē)輛中使用多種材料制成的單一部件對減重帶來(lái)的巨大潛力。

     福特汽車(chē)公司輕量化創(chuàng )新經(jīng)理Alan Banks說(shuō)：“CLASS項目取得的成果大大超出了我們的預期。隨著(zhù)該項目的結束，我們相信，碳纖維和多種材料的應用能夠使我們的汽車(chē)更輕，但我們需要看看預成型在實(shí)踐中是如何實(shí)現的，這就是我們要在后續的項目中希望解決的挑戰性問(wèn)題，這個(gè)項目就是“提高高產(chǎn)量汽車(chē)復合材料的預成型能力（簡(jiǎn)稱(chēng)EPOCH）” 。

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     推進(jìn)研究

     在成功完成CLASS項目之后，由WMG的“High Value Manufacturing Catapult”中心資助的EPOCH項目，通過(guò)論證一種全自動(dòng)化的解決方案，將這項開(kāi)發(fā)成果進(jìn)一步地引入到系桿葉片部件上，以實(shí)現該部件的大批量生產(chǎn)。

     利用目前安裝在WMG材料工程中心（簡(jiǎn)稱(chēng)MEC）的新的預成型生產(chǎn)線(xiàn)，該團隊生產(chǎn)了一種新的預成型模具，它集成了修邊功能，這意味著(zhù)他們能夠一步完成部件的成形和切邊，從而直接獲得部件的最終形狀。

     WMG汽車(chē)復合材料研發(fā)中心（簡(jiǎn)稱(chēng)ACRC）的Ken Kendall教授說(shuō)：“由于我們在CLASS 項目中通過(guò)嘗試切割材料而積累了經(jīng)驗，所以我們確認，剪切過(guò)程會(huì )更加高效而精確。我們還開(kāi)發(fā)了一種訂制的夾持系統，它可以確保在成形過(guò)程中保持張力以防止起皺。”

     該夾持系統可以遠程控制，以便讓預成型件保持繃緊，并確保部件每一次都能正確生產(chǎn)。

     如果該部件要在福特投入生產(chǎn)，那么論證自動(dòng)化的預成型過(guò)程是向前邁進(jìn)的重要一步。

     福特的一級供應商Gestamp在CLASS項目基礎上為EPOCH項目提供了設計、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品驗證，以及專(zhuān)利的CLASS鋼壓制品。

     Gestamp的全球創(chuàng )新項目經(jīng)理Gareth Bone表示：“我們在EPOCH項目中開(kāi)發(fā)的原型擁有比CLASS原型更好的質(zhì)量，它像鋼一樣堅硬。雖然由于采用多種材料而使其更加復雜，但卻能夠在300 s的時(shí)間內交付，這是福特現在鋼部件的節拍時(shí)間，這表明采用多種材料的解決方案是可以按行業(yè)正常的生產(chǎn)速度進(jìn)行生產(chǎn)的。”

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     論證生產(chǎn)儲備就緒

     CLASS與EPOCH項目共同論證了大批量生產(chǎn)輕量化復合材料部件的可行性，這為福特成為業(yè)內第一家將此類(lèi)部件用在汽車(chē)上的OEM提供了寶貴的機會(huì )。

     Alan說(shuō)：“我們現在懂得了如何開(kāi)發(fā)和設計一種由多種材料制成的部件，唯一阻礙我們的是材料成本，因為目前碳纖維行業(yè)還沒(méi)有做到大批量的生產(chǎn)。因此，福特和其他OEMs必須向供應鏈傳遞信息，一旦碳纖維行業(yè)的產(chǎn)量上來(lái)，我們就能夠將這種部件用到車(chē)上。我們不再懼怕使用碳纖維或多種材料。”

     基于這兩個(gè)項目的成功，福特與Gestamp正在開(kāi)展后續項目的研究，該項目名為“復合材料混合的汽車(chē)懸架系統創(chuàng )新結構（簡(jiǎn)稱(chēng)CHASSIS）”，目的是調查適用于全運輸貨車(chē)底盤(pán)的且處在福特目標價(jià)格范圍內的混合材料。

     WMG則繼續增強了他們的預成型能力，并將從參與CLASS和EPOCH項目的供應商合作伙伴那里學(xué)到的知識應用于CHASSIS項目。

     Gestamp公司的 Gareth介紹了由這些項目產(chǎn)生的結果，是如何為他們的“先進(jìn)技術(shù)與底盤(pán)應用”團隊與他們的全球研發(fā)團隊展開(kāi)合作提供支持的，他說(shuō)：“創(chuàng )新是我們業(yè)務(wù)的關(guān)鍵，因為我們總是希望為我們的客戶(hù)提供一流的汽車(chē)解決方案。我們專(zhuān)注于開(kāi)展‘為正確的應用，將正確的材料用到正確的地方’的創(chuàng )新，而上述幾個(gè)項目所涉及的范圍，使我們能夠探索這一領(lǐng)域。Alan Banks提到的將這些復合材料用于量產(chǎn)產(chǎn)品上的主要挑戰是成本。”

     Kendall教授補充說(shuō)：“在EPOCH 項目中，我們已經(jīng)在大批量的復合材料生產(chǎn)中驗證了完全自動(dòng)化的預成型工藝，我們將繼續支持福特汽車(chē)公司和其他項目合作伙伴將該項目的成果用于生產(chǎn)之中?，F在，我們在WMG擁有預成型生產(chǎn)線(xiàn)，我們看到了許多公司對它的興趣，從SMEs到OEMs以及一級供應商們都希望利用這種獨特的能力。”

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