
F1赛车采用碳纤维强化材料硬壳式结构已有多年历史,其耐撞性已饱经考验,碳纤维座舱宛如金属护笼般牢固可靠其实“单壳体”的称谓只是一种形容,新型兰博基尼硬壳式车体其实是由一系列功能各异的独立部件构造而成,运用“编织”(Braiding)技术制成的加强件就是其一。
全碳纤维硬壳式车身
尽管是由众多部件集合而成,但经过固化之后,这种结构就能化为单一部件统一工作。单壳体的底部结构则采用铝质“骨架”。这种碳纤维车身+铝合金车架的结构,有点像是我国的“金镶玉”工艺,在确保轻量化的同时还能保证车身强度和风度。
除了优越无比的被动安全性以外,全碳纤维硬壳式车体还具备另一大优势——超高抗扭刚度。整个白车身仅重229.5公斤,但抗扭刚度极为出众,高达 35000牛·米度。硬壳式车体前部和后部均与同等刚度的铝质副车架相连,悬挂、发动机及变速器均安装在副车架上。
根据各个元件的外形、功能及要求,兰博基尼采用三种主要制造方法来制作碳纤维强化材料。
(1)树脂传递模塑法∶
这种工艺是对碳纤维毡进行预成型加工,并以精确用量的树脂加以浸渍。然后,碳纤维毡需在高温下固化,部件随即模塑成型。
(2)预浸料:
以此种方法处理过的碳纤维毡通常称为“预浸料”,也就是使用热固性液体树脂进行预注处理,并在低温环境下保存。然后,碳纤维毡要在模具中经过层压处理,并在压热器内进行热压固化。
预浸料部件的制作工序十分复杂,但表面光洁度极佳(A级光洁度),所以是打造汽车外露部位的上选。
(3)编织:
这种碳纤维编织技术来源于纺织业,用于制造车顶结构性支柱以及车门壁板等特殊用途的空心部件。编织部件是将纤维按对角方向分若干层交错编织而成。
品质管理是一项至关重要的因素——每一台硬壳式车体的公差均严格控制在0.1毫米以下,以保证整台车辆达到极致精准的品质标准。
2、极具挑战性的碳纤维车身喷漆
兰博基尼超级跑车无一例外地采用碳纤维制作的车身。但碳纤维车身对于烤漆很有挑战性。
兰博基尼的两条生产线几乎占满整个装配空间,这里已放不下烤漆室。他们只好把未烤漆的车壳送往35公里外的米兰多拉镇(Mirandola)。这家工厂自上世纪70年代起便负责兰博基尼的的许多车款烤漆。
所有碳纤维车身部件,均需先砂磨而让表面粗糙,以利漆料附着。同时,砂磨工艺流程也可以消除碳纤维表面的一些瑕疵。
和钢质车身一样,在喷面漆之前必须先上底漆。这里全以手工喷涂,一天仅涂装不到三辆这种车。底漆颜色是米色的,是上两层,然后还要在加热室以摄氏70度烘烤两小时。
底漆干固后,表面以特制溶剂做湿处理,有助于显露出行家才看得见的细微瑕疵。找出瑕疵后,工匠悉心加以磨除后,然后才能喷涂面漆。手工喷涂面漆是两人工作,一名喷漆师负责喷涂车身内侧,比如车门板的内侧。
另一名喷漆师负责喷涂外侧,比如车门外侧。这样做其实是有原因的。尽管技术要求和喷涂方式都一样,但每位喷涂技师吸涂出来的颜色还是有细微差异。
因此一款车的车身面漆唯有由同一位喷涂技师来执行,才能使其达到整车统一、完美无瑕。依颜色不同,色漆要上二到三层。喷渍从车顶开始,由上往下,然后移往两侧。
喷涂面漆约需要12个小时。等后-道面漆干固后,车上要喷上保护的透明漆层。车内用些不用上漆的碳纤维部件也会喷上透明漆来作为防护。烤漆程序的后一步是抛光。超过50小时的抛光作业,确保面漆永远不会出现裂纹。检验合格后的车身壳将运输到总厂进入主组装线。
3、高逼格的锻造碳纤维
2018年,兰博基尼款SUV Urus就要量产上市了,为了让SUV依旧达到跑车的公路性能,减重是要任务。所以兰博基尼研发了新的碳纤维制造技术,以满足大量、流水线生产的要求,同时也让它的成本大幅降低。这就是碳纤维锻造复合材料技术。
这种新的碳纤维制造技术有别于目前大量应用的碳纤维编织布+树脂的制造流程,它可以大量且高效的流水化生产,为兰博基尼量产全新车型打下坚实的基础。这种技术被命名为碳纤维锻造复合材料,它的优势很多:可以适用复杂的几何结构、节省制造时间并降低原材料成本。这项技术在2010年先开始应用,经过6年的技术积累,现在可以开展大规模化的生产。目前兰博基尼已和日本三菱丽阳株式会社深度合作,共同开发碳纤维锻造技术并将应用到全新车型上。这种新的碳纤维复合材料是根据模具冲压而成:模具中加入碳纤维和树脂之后由液压机锻压成型,所以极大减少了生产时间。
兰博基尼把这种所谓锻造碳纤维称为第三代技术,啥时逼格高大上了!
那么,兰博基尼宣传的碳纤维复合材料锻造技术,又是什么鬼呢?
“FORGED COMPOSITE is produced by Sheet Moulding Compound process with carbon fibres (opposited traditional glass fibre SMC) It uses pre-fabricated sheet material made of vinylester resin and short length carbon fibres (chopped fibers)”
这是引用兰博基尼官方的相关宣传资料里对锻造复合材料技术的应用,说白了就是碳纤维的SMC工艺。
从其工艺流程上就可以看出,其余玻璃纤维复合材料的模压工艺流程一模一样。
从上图我们可以看出,锻造复合材料技术向对于其他工艺,在cycle time上有压倒性的优势,这也是模压工艺的特点决定的。生产周期短,生产效率高。
与目前碳纤维领域比较成熟的RTM工艺相比,cycle time减少了44%.
虽然这种工艺在玻璃纤维复合材料上早已应用,但是在碳纤维复合材料上并不多见,因为使用这种技术,需要纤维的长度在某一个范围之类,比如玻璃纤维一般是6~25mm(凭记忆,可能不准确)。对于碳纤维的模压,其使用的玻璃纤维是一种短切碳纤维材料,这种材料与树脂混合后,在高压的作用下, 流动性好,能够成型复杂结构的零部件。这种短切碳纤维的材料供应商比较较有名的有量子复合材料和三菱丽阳两家,这两家也是兰博基尼的供应商。
所以,做个总结的话,锻造复合材料技术并不是什么特别黑的黑科技,是本身是碳纤维复合材料SMC材料,模压工艺的应用。不过,兰博基尼为了宣传,注册了一个听上去很高大上的名。对于技术的包装上,这点值得广大同行们学习。