7月30日晚8點30分，蓋世汽車網特組建蓋世微課堂，以“汽車非金屬材料精致豪華感及輕量化的應用研究”為主題（以微信為主體的專業(yè)群交流模式），就非金屬精致感及輕量化的應用情況以及長城汽車在輕量化領域的相關成果等話題進行了探討，邀請長城汽車股份有限公司輕量化技術部工程師張湛開堂授課，來自沃爾沃、福特、廣汽、長安等整車廠以及博世、延峰、佛吉亞、麥格納等零部件企業(yè)共393位人士在群內展開熱烈討論。以下是課堂焦點內容速記匯總，與業(yè)內共饗！

今天我講的主題是汽車非金屬材料精致豪華感及輕量化的應用研究，主要分三個部分，第一部分是非金屬精致感及輕量化的應用介紹，第二是長城輕量化工作的一些成果展示，第三部分將我們工作中的一些想法與大家進行交流。

汽車非金屬材料的種類很多，包括塑料、橡膠、彈性體、發(fā)泡材料、紡織面料等，在汽車上的應用領域非常廣，常見于內外裝飾護板、座椅面料、頂棚地毯、發(fā)動機艙周邊附件等等，當前非金屬主要朝著高性能化、環(huán)?；⑤p量化三個方向發(fā)展，實現其在整車上的兩大主要作用：一是裝飾性作用，通過內外飾的精致、豪華及環(huán)保來實現整車品味提升，一個是功能性作用，隨著材料/工藝的技術發(fā)展，不斷擴展非金屬的應用領域，使其能應用于更惡劣的工況下，實現了傳統(tǒng)材料的替代，如金屬、橡膠以及不同塑料間的替代。

豪華感知應用研究領域包括模內裝飾、免噴涂材料、高品質紡織面料/皮革的應用，以及低壓注塑/發(fā)泡工藝等方面上的一些研究，本次主要從模內裝飾、鋼琴黑、防麂皮材料以及在吸音隔熱方面的效果上進行展示。

模內裝飾效果可以實現更豐富的花紋設計、金屬質感、凹凸的立體紋理以及大縱深的幅面裝飾效果，其帶來的高質感和強烈的視覺感受，是傳統(tǒng)的水轉印、熱燙印等工藝無法比擬的，在提升整車精致豪華感方面是非常重要的一個應用。

而在內外飾方面，外飾的A/B立柱裝飾板、散熱格柵以及內飾的換擋器面板、中控面板等部位上均可通過高光澤的鋼琴黑效果，帶給人們高檔的品質感受。

防麂皮面料在中高端車型的頂棚、座椅面料、門嵌飾板等部位均有應用，其觸覺柔軟，抗污性能好，磨砂質感為內飾帶來了穩(wěn)重大氣的感覺。

在吸音隔熱方面，材料的耐溫性、吸音效果是兩項重要指標。三聚氰胺泡沫材料耐180℃長期高溫，具有極佳吸音效果，并可直接模壓成型，同時它密度小于傳統(tǒng)的PU泡沫、玻璃棉，實現輕量化。

而在輕量化方面，則主要是從非金屬的塑料替代鋼材、橡膠或塑料，以及非金屬新的工藝和結構等方面進行研究。我們的輕量化研究領域非常廣泛，從熱塑性材料、發(fā)泡材料、彈性體材料到碳纖維材料都有研究。

聚酰胺纖維增強材料的特點就是強度高、耐熱性好、沖擊性好，是綜合性能均衡的主要以塑代鋼材料，它大量應用于高溫或者強度要求較高等惡劣工況下，如進氣歧管、氣門室罩蓋、節(jié)溫器、空氣管路等發(fā)動機周邊零件，及油門踏板、換檔器骨架等，都在廣泛應用尼龍材料。

聚苯醚改性材料低線性膨脹系數、耐熱性和強度，應用于車身面板件如翼子板、加油口蓋等，實現以塑代鋼。

同時，PC、PMMA材質的塑料玻璃，可較傳統(tǒng)玻璃減重50%，并有較大的設計自由度，能實現三維立體造型設計，在天窗、固定窗有較好的應用前景，目前成本還較高。

玻纖增強聚丙烯、玻氈增強聚丙烯(GMT)材料，是非常主流的以塑代鋼材料，密度小于尼龍材料、PC/ABS、SMC，材料成本低，但強度、尺寸穩(wěn)定性好，既能替代金屬，同時也能替代傳統(tǒng)的高性能材料，應用領域較廣，如長纖PP前端模塊，長纖儀表板骨架，長纖PP換擋器底座，長纖PP電池托架，GMT防撞梁、GMT備胎倉等等。

熱固性材料SMC、BMC在某些零件上是比較常見的，如BMC大燈反射鏡，強度、尺寸穩(wěn)定性、耐候性較好，但密度較大。在傳統(tǒng)的車身外板上面，熱固性材料應用最早，最成熟，但由于輕量化效果不明顯，逐漸被熱塑性材料替代。

發(fā)泡材料的研究主要集中在聚丙烯發(fā)泡(EPP)、雙組份吸音棉、輕質聚氨酯(PU)、三聚氰胺幾方面。

EPP材料主要是在功能性方面的一些替換，比如說替換部分PU發(fā)泡的座椅坐墊，及EPP頭枕，而輕質聚氨酯材料和三聚氰胺可替代傳統(tǒng)的吸音隔熱材料，既可以實現輕量化同時也能提升車型的NVH品質。

在模塊化、集成化方面，非金屬材料有非常明顯的優(yōu)勢，像前端模塊、門模塊都是非常好的模塊化應用，也是各主機廠大力推行的以塑代鋼項目，可大大減少零件的數量，提升裝配效率。其輕量化的意義不僅在于輕質材料的應用，還在于零件的集成化。

三明治結構就是采用輕質內芯外加高強度外板的三層結構，質量輕，強度好，常見蜂窩板PHC材料，應用于車內擱物板等零件，既能提升性能，又能實現輕量化設計。

在工藝方面，微發(fā)泡工藝通過向傳統(tǒng)的塑料注入惰性氣體后在里面形成微小氣泡來減少材料密度，從而實現質量更輕，尺寸穩(wěn)定性更好。在內外飾的包覆件、以及一些結構件上均可以使用。

當然，塑料車身外板包括翼子板、加油口蓋、后尾門外板等，可應用的材料種類非常多，像PP、PC/PBT、在線噴涂PPO/PA等材料，如SMART全塑的車門外板，就是用自帶顏色的PP材料去做的，輕量化效果非常好，SUV全塑尾門，及微小型車塑料外板，都是目前我們主要開展的項目。

塑料輕量化座椅，包括骨架（靠背、坐盆）可采用PA、GMT、LFT、LFT-D等材料，配合一些緩沖減震發(fā)泡材料如EPP，都可以使整個座椅骨架實現較大幅度的減重效果，同時也可以實現高集成化的設計。

當然，高性能工程塑料（PA、PPA、PPS等）仍主要應用于更惡劣的發(fā)動機周邊附件。在發(fā)動機周邊管類零件里，聚酰胺材料可替代金屬、橡膠，應用于空氣管路、冷卻管路等零件。同時由于管的減震、耐油要求，耐熱性較好的彈性體材料應用也越來越多，常見聚酰胺PA11、硫化聚烯彈性體（TPV）、聚醚酯彈性體(TPEE)和聚酰胺彈性體(TPA)。這樣的塑料替代傳統(tǒng)的金屬管和橡膠管可實現減重百分之十到百分之四十，同時它采用更快捷的擠出、吹塑、注塑工藝，生產效率遠高于金屬管和橡膠管，設計自由度也很好。目前應用的領域主要是在于燃油管、機油冷卻管、空氣管路等等。

聚酰胺材料高強度、高耐熱性，使其在發(fā)動機的進氣管、缸蓋罩以及周邊的鏈條張緊器、氣門室罩蓋、節(jié)氣閥上有很多塑代鋼的應用。塑料進氣歧管和缸蓋罩已較為普及，除可實現更好的減重效果外，還在于其優(yōu)異的功能集成度，如塑料缸蓋罩可集成油氣分離功能，塑料可變進氣歧管大大提升發(fā)動機進氣效率。

長城汽車一直大力推行非金屬輕量化工作，也取得了一定成果。在發(fā)動機上開展了塑料油底殼、缸蓋罩和進氣歧管等零件的系統(tǒng)研究。GMT后防撞梁、GMT座椅座盆在我司的車型上已經應用。

在空氣管路方面，系統(tǒng)調研了不同的工況條件下可應用的塑料管路材料，并完成了注塑中冷管以及一體式彈性管路的開發(fā)應用，可較傳統(tǒng)橡膠方案減重25%~40%。

完成在線噴涂PPO/PA材料在加油口蓋和翼子板上的調研，在線噴涂加油口蓋已應用于各車型上，塑料翼子板完成工藝、成本及供應商資源的可行性分析。

完成PP長纖前端模塊的可行性研究，并立項開發(fā)，在各車型平臺上進行全面應用。

大家都在講碳纖維復合材料，但目前國內主機廠還遠未到廣泛使用碳纖維的地步，因此如何更好地在現有材料工藝上進行創(chuàng)新和改善，實現精致感、輕量化，應該是供應商方面和主機廠自身方面都要下力度地去做的一件事，重視現有技術積累和創(chuàng)新，通過現有材料創(chuàng)新性的應用，來實現產品品質提升。

從國內供應商方面來說，在實現材料密度更小、更耐久、更耐熱、尺寸穩(wěn)定性更好等性能上進行持續(xù)創(chuàng)新，來實現材料本身的升級換代，以及生產工藝上的效率提升、節(jié)能化及新工藝的引入等方面，來實現產品品質更佳、成本更低。

從主機廠方面來說，我們研究程度還較淺，主要精力仍放在了材料應用上，側重材料信息調研，以及應用技術可行性分析。在材料性能數據以及其對產品性能影響上還沒有系統(tǒng)性地技術積累，因此對產品設計及性能保證的支持力度還較小。

當然，前沿性材料工藝的引入對主機廠來說是有系統(tǒng)性的影響，它不僅僅是一種簡單材料和工藝的替代，還需要與產品設計、性能進行掛鉤，局部零件的新材料應用不能只考慮它在局部性能的改進，還要把它放在整車性能的框架下去考慮它的性能是否能滿足整車的性能要求（安全、NVH等），這可以說是輕量化材料工藝進行減重的前提。

問答環(huán)節(jié)：

1、高光度高硬度2H鋼琴黑免噴涂的材料，以及金屬色塑料在汽車中的應用相關知識

免噴涂材料可直接實現產品表面的金屬質感、啞光、彩色以及高光澤等效果，包括PMMA材料可直接注塑實現高光澤的鋼琴黑效果，POM、PA/ABS、PC/ABS等材料加入金屬粉后，直接注塑出來就可以實現金屬質感的效果。

金屬質感的裝飾效果應用領域是非常廣的，如內外飾裝飾條、換擋器面板、門扣手、門前飾板、門踏板等都可應用。造型對裝飾條要求是非常高的，免噴涂產品表面光澤度要好，不能出現瑕疵，對材料的流動性及工藝會有較高要求。

2、想了解下關于新材料PDCPD在國外的發(fā)展情況

對于主機廠來說，推行新材料會考慮多方面的因素。如果這種新材料能夠在材料性能上不弱于原替代材料的性能，在工藝、成本上具有明顯優(yōu)勢，并能夠保證品質的穩(wěn)定性，那它在汽車上的應用前景就會很好。所以判斷這個材料是否有好的應用前景，還應結合本土的實際情況，看它是否能滿足前面所說的要求，如果滿足，那么這個材料就是一個好的材料。

3、對于輕量化材料部件的連接問題通常有幾種解決方案？分別傾向于在什么情況下采用？

傳統(tǒng)鋼材間的連接形式主要有點焊、縫焊、螺栓連接，輕量化帶來了不同材料間連接的問題，像鋁鋁、鋁鋼間的連接主要有鉚接、膠接，還有攪拌摩擦焊等新的連接形式，當然點焊、縫焊、螺栓連接依然有應用，但焊材及表面處理工藝會完全不同，在一個產品系統(tǒng)中往往需要有多種連接形式的組合。以寶馬鋁合金車門為例，車門內外板都是采用的鋁合金材料，而車門防撞梁則采用是高強鋼，其連接形式包括鉚接、激光焊和螺栓連接等，而螺栓連接，是需要做不同于鋼材連接的表面處理，以防止不同材料間引起的表面化學反應。

4、今后長城汽車對輕量化的復合材料使用有何目標？

長城汽車復合材料應用在車身的底護板、前端模塊、座椅骨架、換擋器支座及塑料尾門等部件上。其中尾門個性化的造型給鈑金沖壓工藝帶來的較大的挑戰(zhàn)，但對塑料來說卻不存在難度，同時也可以實現較好的輕量化，全塑尾門在國外車型上有不少車型在用，但在國內車型上還是比較少的，是我們正在推行的一個項目。

復合材料將在合適部位盡可能地進行塑代鋼，當然除了要滿足零部件的性能要求之外，還要考慮產品成本是不是在車型開發(fā)成本的接受范圍之內。

5、儀表管梁塑料化后對儀表線束搭鐵設計的影響，以及相應的應對措施？

整體塑化有成功案例，如要應用在國內車型上，還要結合研發(fā)要求，考慮成本和車型安全性能的要求，當然局部塑化會更加容易實現，包括很多優(yōu)秀的供應商都可以在傳統(tǒng)儀表板管梁上協助進行局部塑化的設計。塑料很容易實現與零部件的搭接，因為塑料的設計自由度遠遠高于金屬，它可以不通過增加支架，而通過集成設計及工藝如金屬嵌件注塑來實現搭接關系，同時也能滿足性能要求，當然這個應該根據裝配關系去探討設計的細節(jié)。

6、主機廠是如何考慮成本與效益，就是輕量化成本與節(jié)油耗效益的關系

油耗法規(guī)會促使主機廠增加一個較大的研發(fā)投入，進行技術升級。輕量化是其中的一個關鍵技術，通常我們會用下圖曲線來表示重量和成本間的關系。

從A至C點應該是主機廠都在探索的設計優(yōu)化空間，也就是去掉過剩設計和冗余的材料，在這個過程是有一定的成本降低的。由于國內主機廠在設計開發(fā)能力還存在不足，往往通過采用產品的增厚、增件來保證整車安全、耐久及NVH性能要求，當前輕量化應首先考慮如何建立更系統(tǒng)的性能評價體系來發(fā)現性能過?？臻g，以去除這些冗余，如果把這個階段做好以后，也就具備了正向設計的能力，再去考慮使用更輕質材料及更先進的工藝來進行下一階段的輕量化。

7、現在長城汽車輕量化項目越來越多，也確定會逐步轉成模塊化，那么在這個過程中是如何考慮未來的技術升級呢？比如塑料前端模塊，未來可以通過優(yōu)化結構設計達到進一步減重的優(yōu)化，但那時如果該零部件已經平臺化或者模塊化了，要改設計的話是否會涉及成本比較大，長城是如何考慮這些的呢？

輕量化的工作肯定會考慮非金屬材料本身模塊化的功能性，以及后期的技術升級。通常的產品成本構成主要是材料用量、工藝成本，這是固定的消耗成本，而模具成本則是分攤成本，往往只占產品成本的10%。前期設計不可能一步到位，通過技術升級會帶來材料用量更小、結構更優(yōu)化、性能更好，其收益會遠遠大于技術升級之后增加的模具分攤成本。

8、想了解彈性體材料TPEE，TPA的應用問題，以及長城汽車熱塑性彈性體TPV有無應用的案例

TPV、TPEE、TPA是熱塑性彈性體，既具備塑料較好的可塑性，也具備了一定的橡膠彈性，常見應用于空氣管路、防塵套等零件上。生產效率高于橡膠材料，且輕量化效果較好，可以實現較復雜的管路設計，在傳統(tǒng)橡膠替代方面是有較大的優(yōu)勢，TPEE、TPA材料的耐熱性較好，可承受140～150℃的溫度，在增壓發(fā)動機周邊部件下仍可使用。

9、長城汽車作為國內在SUV車型方面的佼佼者，長城后期的H3、H8等車型上會用上輕量化的設計嗎？

H3、H8上有較多的非金屬輕量化應用，包括鋁合金防撞梁、三明治材料的應用、以及塑料底護板等，我們會根據車型需求，采用這些已經成熟的材料/工藝，去替代現有的較重的材料。

嚴格的油耗法規(guī)促使著主機廠不斷地進行輕量化的研究，尤其作為主要的SUV生產商，長城會加大力度在輕量化上進行新材料/工藝的推廣，包括車身系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、內外飾系統(tǒng)的材料、工藝、結構，都會進行系統(tǒng)性的技術提升。