MFC原創：車門輕量化的最新研究成果如何？

李建 編譯

汽車裝配完成之後會安裝閉門器，這樣汽車才能走下生產線。安裝到汽車構架上的閉門器可以使用完全不同的材料，比如鋁材。對於車門的減重，一定是一點一滴減下來的。在 2017 年北美國際汽車展上，Magna International 公司宣布，與美 國 能 源 部（DoE）、FCA US 和內飾專家 Grupo Antolin 合作，開發一種鋁加強車門構架，要比 Chrysler200 車門的重量輕 42.5%。MagnaInternational 負責政府合作的高級經理 Tim Skszek 說，如果把 4 個車門都算在內，總重量要比 Chrysler 200輕 50kg。

此外，他還指出，製造車門的材料很容易獲得，而且可以利用原有製造工藝製造，不需要明顯提高生產成本，或改變汽車車體修理廠的基礎設施。這種車門構架適用於 70% 的輕型汽車市場。

完勝增值成本

這個項目沒到 10 個月就完成了。該項目獲得美國能源部部分資金支持。能源部想要為成本效益手段提供資金，滿足不斷嚴格的美國環境及能源規定要求。

與獎勵相關指導方針規定，與現行2016 生產車門（增值成本不會超過每磅 5 美元）總體上要降低 42.5% 的成本。Skszek 說，「這要比製造商所能接受的成本要高一些，但是技術評估還不熟。」

Magna 獲得這個項目之後，就開始選擇合作夥伴。公司在 2014 年，與美國能源部和福特公司（Ford）合作，展示了混合材料輕型汽車（MMLV）的開發技術訣竅。這種汽車的車門由擠壓鋁板材，高壓真空鎂壓鑄零部件和鋼板，以及結構型膠黏劑、自沖鉚釘、單面鉚釘和螺栓製造而成。車門要比2012 款 Ford Fusion 輕 33%。

Magna Exteriors and Cosma 分公司 Magna Closures 全程參與該項目。Grupo Antolin 在輕型內飾製造方面擁有豐富的經驗。因此，FCA 已經使用鋁材來降低汽車的重量。2017 款Chrysler Pacifica（重為 1957kg），比 Town & Country 小 型 貨 車 輕113kg。FCA 僅僅是在滑動邊門上採用鋁材踏板就減重約 18kg。工程師在前懸架上採用鋁材轉向節和鋁材控制桿，並在汽車提升式門上採用輕型金屬，進一步減輕重量。

評估構架選項

有了聯合裝配，幾個合作方開始評估四種構架。Skszek 說：「我們評估了一個碳纖維增強材料設計，一個鋁材衝壓增強設計，一個鋁鎂增強設計，還有一個聚合物（用於各種技術，鑄件、擠制加工和衝壓用於一個車門上）。」最後的選擇證明是最有效的。白車門減重佔到項目總體的 45%。Skszek說：「這種設計從金屬方面來看是全鋁材；三種的不同的合金和三種不同的工藝。」

A 柱結構被 Skszek 稱為「 車門的結構牆角石」，是由 Cosma 公司的Aural-2 合金（AlSi10Mg）製造而成，據說能夠承受 120MPa 的強度，抗拉強度為 180Mpa，延長 10%。這種結構使採用 Cosma 公司的高品質鑄造高壓真空壓鑄工藝，這是在 2012 年公司收購 BDW 技術之後獲得的。

傳統的高壓壓鑄工藝一般用於製造複雜的零部件，圍壁厚度為 3 ～ 8mm。這些零部件需要很少的拋光處理，因此適合於高產量製造。使用這個公益，經書溶液就可以高速注入到模具當中，腔體當中的空氣就停留在鋁中，形成氣孔，影響零部件成品的抗拉強度和延伸率，從而限制了結構應用。此外，這些零部件的熱處理能夠引發更多的缺陷，比如氣泡。使用 High-Q-Cast 工藝，就可以在金屬溶液注入之前就形成真空，從而最大限度減小孔隙的產生，提高機械性能。成品零部件就可以進行熱處理，適合用於各種結合操作。

Magna 目 前 在 英 國 Telford 建造高強度真空壓鑄工廠，用以支持Jaguar Land Rover 公司。工廠的生產將於 2018 年開始。Skszek 還說：「Magna 在全球擁有 5 家能夠製造這種零部件的工廠。我們在過去 3 年左右的時間裡發展了這種生產能力，為全球供應這些零部件。傳統應用主要是在車身結構和底盤上。」

車門上部結構和鉸鏈加固結構使對 Al 6063-T6 擠壓製造而成，而 Al5182 衝壓品用在 B 柱、內加固、門栓加固、內外面板、內外腰線上。據 Skszek 稱，螺栓式的腰線設計師獨一無二的。這種設計用於結構加固，在裝配過程中，內部腰線是最後安裝的，這樣，車門組件就很容易安裝了，腰線可以保證所有事情都各就各位。

熱板及冷模壓工藝

防撞梁連接著 A 柱鑄件中心和車門底端，以及 B 柱，傳統上是用硼鋼通過 7xxx 系列鋁熱成形而成。Skszek 說：「熱板材冷壓鑄工藝是由Cosma 公司在 2012 年開發，能夠提高 5xxx 系列鋁材和鎂內板的成形。」

使用這個工藝，非石墨基潤滑劑首次用於鋁板材，進行乾燥處理。板材就會放在兩個熱盤中間，以 250℃左右的溫度加熱，然後由機器人送到衝壓模具里。模具經過加熱，並在室溫條件下運行。在系列生產中，這些模具將需要冷卻，並保持這個溫度。在傳統機械肘桿式沖床上成形的速度為 160mm/s-1。在零部件完全冷卻之後，就會進行沖孔及修正操作，潤滑劑可以通過加壓水溶液來沖洗。

Skszek 總結說：「7xxx 鋁材車門橫樑的使用可以減輕 1.34kg 的重量，這是相對於硼鋼橫樑而言的。」這些組件通過電阻凸焊工藝（有 Magna附屬供應商 Arplas 開發）接合。電阻凸焊是電阻焊接的變體，電流集中在接觸表面上，經過投影在 3 個接合零部件當中的 1 個上面成形。這種工藝的關鍵就是講熱能集中在板材的配合面上，將零部件的整體加熱最小化，完成精確的接合不同的材質，這些材料的冶金和多種焊接成形同時完成。Skszek 說：「這種工藝的一個好處就是，你可以降低凸緣的寬度。通常你會需要 0.5 英尺寬，或者 12mm 凸緣的焊接點，才能接合零部件。這種工藝可以極大降低圖元的寬度，達到3mm 或 4mm，這樣你就能夠避免外部塊的形成。」

智能技術上位

使用 Magna 公 司 的 出 品 的SmartLatch 電子門閂系統，首次用於寶馬 i8 混合動力跑車上 ，避免車門使用棒條體你和槓桿，形成獨特的帶有綜合玻璃嚮導的車載模塊。總體來說，門閂系統和成形技術能夠減輕 13% 的總重量。Grupo Antolin 製造內飾組件。公司使用先進的成形工藝，比如 Trexel公司的 MuCell 微型注塑工藝，其中的聚合物能夠降低 7% 的總重。車窗總成是一個薄片，包括一個外層的鈉鈣玻璃和一個內層的 Corning公司 Gorilla Glass，通過一層聚乙烯村縮丁醛分給出來。這種方法在總體減重當中占 12%，剩下的 13% 是通過揚聲器、鏡體總成、外事、鉸鏈、密封系統和線束實現的。

Skszek 總結說：「最主要的是，與 FCA Chrysler 200 汽車相比，我們實現的汽車總重減負 42.5%，每磅重量上節約 2.5 美元，我們的目標是 5美元。」

FCA 工程團隊已經證實，車門與原來裝配廠相配，可以實行計算機輔助工程（CAE）耐久性、疲勞及安全測試。合作各方現在計劃適用標準 OEM測試，驗證這一性能。

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