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汽車輕量化未來發展趨勢_三維_3D_吹塑成型技術的應用.pdf

摘要：面對日趨嚴峻的能源短缺、環境危機等挑戰，汽車行業采取了重要的改進措施，即汽車輕量化。汽車輕量化不僅能提高汽車的動力性、減少燃料消耗、降低排放污染，還能提高安全性和舒適性，是未來汽車行業發展的主要趨勢之一。分析三維（3D）吹塑成型工藝和相關材料的優勢、以及其在汽車零部件上的應用，同時指出了我國先進技術和新型材料的發展趨勢。

關鍵詞：汽車輕量化三維（3D）吹塑技術新型材料進氣管

亞大集團研發中心 楊志強 于發 田堯松

1 汽車輕量化的背景及意義

汽車工業已經成為我國國民經濟發展的重要支柱產業之一，自2009年以來，我國已經連續五年蟬聯全球汽車產銷第一，且未來仍有巨大的增長潛

力。然而，汽車給人們的生活帶來方便的同時，在能耗、環保、安全等方面存在重大問題，節能減排已成為汽車行業發展的主要目標之一，而汽車輕量化是實現車輛節能減排最有效且直接可行的措施。

汽車輕量化，就是在保證汽車強度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性、減少燃料消耗、降低排放污

染。在穩定提升性能的基礎上，節能化設計各總成零部件，持續優化車型。實驗證明，若汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，排放降低

5%～6%；而燃油消耗每降低1 L，CO2 排放量將降低2.45 kg；汽車整備質量每減少100 kg，百公里油耗可降低0.3～0.6 L；汽車整車重量降低1%，油耗可降低0.7% [1,2]。因此，由于環保和節能的迫切需求，汽車輕量化已經成為世界汽車行業發展的主流趨勢。

在汽車輕量化這個大前提下，世界范圍內衍生出很多新型材料，新的技術替代原有材料和技術，以達到輕量化、節能減排的目的。

2 三維（3D）吹塑成型工藝

近幾年，三維（3D）吹塑成型技術是吹塑工藝中一項重要的新發展，也稱少廢料或無飛邊的中空吹塑。隨著工業制件形狀和容器的復雜化、多樣化，采用常規的擠出吹塑工藝成型這類彎曲管件時，由于型坯的平折寬度要比管件的投影寬度大，會產生大量的飛邊（達50%），且夾坯縫較長，

不僅影響外觀，還影響制品的強度。然而，三維吹塑成型技術不但飛邊少，并且制品上無合模線并可順序擠出，使用3D吹塑成型工藝可以加工[3，4]很多復雜形狀的制品。3D 吹塑產品的成型過程：在模具的兩半閉合之后，吹塑型坯被擠壓進入模腔中，再引入型坯的另一端，產生了一個“真空”流，使它沿著模腔的整個長度走到要求的位置。吹塑型坯的兩端閉合，使用一個或多個針進行穿孔并將空氣吹進內部。

3D吹塑產品的成型工藝流程見圖1。

隨著3D吹塑成型技術的發展，3D吹塑成型設備開始進入汽車零部件生產商家，以滿足復雜異形管路的生產，擴大塑料零部件在汽車上的應用

范圍，進而減輕汽車重量，實現節能減排。3D吹塑設備作為現代先進的塑料零部件的生產設備，具有適合性、便捷性、高精度、高效性等獨特的技術特性。下面以ASPI 系列吹塑機為例，將其前沿技術特性見表1。

3 新型材料的優勢

近年來，由于發動機內部空間不斷減小，更小巧、強勁、先進的發動機（直接噴射燃油、廢氣再循環等）逐漸投入使用，發動機內部空間的溫度不斷升高，因此發動機周邊塑料部件的耐高溫性能變得越來越重要。同時，實現汽車輕量化需要使用輕質材料，但不能影響材料的使用性能。

為了滿足輕量化及發動機工作環境的需要，采用TPEE、尼龍合金、柔性PPA 等多種新型材料制備3D 吹塑管路。這些材料不僅具有普

通塑料的優點，而且具有獨特的性能優勢。與AEM 和EPDM 相比，新型材料的性能優勢主要有以下幾點。

a.優異的物理化學性質。結構強度高、耐蠕變性好、抗沖擊、耐彎曲疲勞、耐磨、尺寸穩定，耐多種工業化學品、油和溶劑的腐蝕。

b.性能穩定。與橡膠的加工工藝相比，尼龍合金等新興材料的加工制品自動化程度高、工藝穩定，制品性能穩定。

c.制品較輕。與AEM 相比，新型材料的密度較小，壁厚較薄，使得制品質量較輕，不僅降低了成本，還可實現輕量化，滿足節能減排的要求。材

料密度與材料用量之間的關系見表2。

d.加工成本低。新型材料不需要進行熱硫化，因而使用簡單的塑料加工機械即可制得最終產品，提高生產效率。

e.降低環境污染。橡膠的生產過程中會產生廢水、廢氣、粉塵及噪聲污染，同時還存在著化學原料的危害，而新型材料在環境污染方面要好得多，可大大降低對環境的污染程度。

f.可回收利用。橡膠材料回收困難，回收方式耗能較大或產生二次污染；而新型材料可回收再利用，能夠節約能源，減少環境污染。同時，這些

新型材料主要來自于植物油，可生物降解，符合生態設計概念。這一點在環境法規越來越嚴格的今天非常重要。

4 3D 吹塑和新型材料在塑料零部件中的

應用實例

汽車主要由車身、底盤、發動機和電氣設備等四個基本部分構成，而這四個部分又是由成千上萬的零部件裝配而成，因此，汽車輕量化實際上就

是零部件的輕量化。統計顯示，汽車一般零部件質量每減輕1%，可節省油耗1%；而運動零部件的質量每減輕1%，可節省油耗2% [5]。發動機周邊零

部件質量的降低能更有效的提高燃油效率。因此，用塑料零部件代替金屬和橡膠管路成為降低車輛重量的有效措施。3D吹塑成型技術是生產發

動機周邊異形件的最優選擇。發動機周邊管路的工作環境見圖2。以發動機進氣管為例，3D 吹塑管路具有以下優勢。

a.技術優勢。節約原材料，制造復雜形狀零件，保證零件壁厚均勻。

b.耐高溫環境材料。可以滿足發動機內峰值在150～220 ℃之間的高溫工作環境，見表3。

c.與金屬和橡膠管路相比，3D 吹塑管路所用材料的密度較低、且壁厚較薄（見表2），減少了材料用量，降低生產成本及管路重量，進而實現車輛

輕量化，達到節能減排的目的。

d.與金屬和橡膠管路相比，3D 吹塑的一體化成型技術，使得管路總成的零件數量減少，縮短組裝時間，組裝方便，見圖3。

5 結論及展望

近年來，汽車行業的發展方向主要是減輕自重，提高燃料效率，降低排放。為此，汽車零部件生產廠家為了抓住汽車輕量化的發展商機，將3D

吹塑技術和性能優異的新型材料應用于管路系統的生產制造，并取得了優異的成果。但是，與發達國家相比，我國汽車零部件的生產和新型材料的

開發技術還相當落后，嚴重影響了汽車輕量化的發展進度。因此，隨著汽車行業對新材料和新技術需求的不斷增長，與汽車輕量化相關的各研發部門及商家應該密切配合，推陳出新，圍繞汽車輕量化，加大自主研發投入，尤其是先進成型工藝和新型材料的開發，爭取推出多項全球汽車輕量化

新技術，加快我國汽車輕量化的發展。

參考文獻：

[1]劉建才，曹渡，李劍等. 塑料復合材料在汽車輕量化中的創新應用[J]. 現代零部件，2013（12）：39-42.

[2]馬鳴圖，易紅亮，路洪洲等. 論汽車輕量化[J]. 中國工程科學，2009,11（9）：20-27.

[3]黃漢雄，黃耿群，李炯城等. 吹塑的理論研究及高性能低能耗設備與關鍵技術研發[J]. 華南理工大學學報（自然科學版），2012,40（10）：203-210.

[4]Ro-bert Leaversuch. 三維吹塑成型技術取得前所未有的進展[J]. 前沿科技，2004，22（10）：42-43.

[5]朱俊. 塑料技術開創汽車輕量化的新時代[J]. 上海塑料，2009，（4）：23-27.