三明治材料轻量化汽车发动机罩盖的创新设计

 

       作为InCar plus项目的一部分，蒂森克虏伯开发了“三明治钢板材料”Litecor。该材料由上下两层薄钢板，加上中间纤维增强热塑性复合材料芯层组成。钢板和芯层的厚度可根据特定的应用需求量身定制。Litecor作为发盖材料在实现轻量化的同时将更利于行人保护。
 

       蒂森克虏伯在该项目的研究中做了大量的工作，开发的新型发盖材料具有较好的刚性和抗凹性能。同时，行人保护也是发盖设计需要考虑的一个重要方面。Euro-NCAP碰撞测试就包括了发盖的碰撞测试，在车辆前部结构上设置168个测量点，模拟头部冲击来衡量行人保护性能。Litecor材料加上优化的设计，InCar plus项目开发的发盖将具备Euro-NCAP五星潜力。

 

       使用Litecor三明治材料制造的发盖外板具有出色的刚度和轻量化效果，其比对标的传统发盖外板轻了2.9千克。厚度方面，由于Litecor层状结构使得其厚度比对标金属发盖的0.70 mm要大，总厚度达到了0.85 mm。因此，研究人员进行了进一步的结构优化设计，通过减小厚度和优化支柱设计来调整内部结构，实现了1.5千克的减重。综上，新型发盖实现了4.4 kg的减重。
 

        力学性能方面，通过前、后横向刚度以及纵向刚度的测试，该发盖的刚性满足条件要求。Euro-NCAP的HIC值（头部损伤标准）测试可达到五星评级。

 

多材料混合应用的优化
 

       对于金属材料部分，蒂森克虏伯通过在内板中使用镁合金材料来达到减薄外部钢板的目的，多材料混合应用的设计使得发盖重量仅在11.3千克。蜂窝状的镁合金材料给钢制外板提供了很好的支撑，使得外钢板厚度可做到0.50mm，且刚度完全符合要求，Euro-NCAP行人保护达到五星评级。
 

       蒂森克虏伯通过多次的试验研究，确定镁在240℃温度下，在模具中实现热成型。铰链和加强件通过点焊进行连接，周期在0.4-0.65s。考虑到镁合金的耐腐蚀性，内部镁合金部件需要进行多层涂覆，以满足防腐要求。

 

成本分析及未来市场
 

        Litecor材料发动机罩盖的成本低于2.20欧元/千克，引入镁合金材料的混合材料发盖的成本达到4.11欧元/千克。此外，考虑原材料采购、材料制造、材料回收的全周期，新型发盖更具环保优势。

 

       目前，Litecor发盖已应用于大众Polo RWRC(世界拉力赛用车)上。后期，还将在尝试在更多汽车部件上的应用。