隨著汽車(chē)向輕量化方向發(fā)展以及“以人為本”的制造理念的提出，GMT汽車(chē)前端模塊框架以其所具有的諸多優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。作為模塊化汽車(chē)端的核心部件，GMT汽車(chē)前端模塊框架的制造技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的最終質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用。
為使GMT 汽車(chē)零部件的制造技術(shù)更廣泛地為我國(guó)的汽車(chē)制造業(yè)和汽車(chē)復(fù)合材料行業(yè)所認(rèn)識(shí)和了解，在此以GMT 汽車(chē)零部件中較為經(jīng)典的汽車(chē)前端框架為例，詳細(xì)介紹GMT 汽車(chē)零部件的成型制造技術(shù)。
GMT汽車(chē)前端模塊框架的優(yōu)點(diǎn)
考慮到前端模塊框架位于轎車(chē)前端并作為引擎的安全擋塊而需要承受具大的沖擊力和承重載荷，因此通常汽車(chē)制造廠(chǎng)會(huì)考慮采用鋼鐵來(lái)制作。至今國(guó)內(nèi)外很多汽車(chē)的前端框架均采用的是鋼制液壓成型和沖壓-焊接成型技術(shù)制造而成的。但隨著汽車(chē)向輕量化方向發(fā)展以及“以人為本”的制造理念的提出，對(duì)轎車(chē)前端框架材料的選用也在不斷創(chuàng)新，由鋁合金、鎂合金、金屬/ 尼龍、SMC、GMT等各種輕質(zhì)材料和各種成型工藝制成的前端框架紛紛出現(xiàn)在各大汽車(chē)公司的各種車(chē)型上，展示著各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。其中GMT 材料以其超一流的輕質(zhì)高強(qiáng)、良好的成型性能以及可循環(huán)使用的綠色環(huán)保特點(diǎn)而倍受汽車(chē)制造商的青睞，已成為一些新型轎車(chē)前端框架制作的主要材料，圖2 所示為GMT材料制造的前端模塊框架。
GMT是以連續(xù)玻璃纖維氈，或連續(xù)玻璃纖維針刺氈為增強(qiáng)芯材與改性聚丙烯復(fù)合而成的一種復(fù)合材料片材，其英文名為 Glass MatReinforced Thermoplastics。由于GMT具有材料密度低、成型周期短、沖擊韌性好以及可再生利用和貯存期長(zhǎng)等顯著的優(yōu)點(diǎn)，因此作為綠色環(huán)保輕質(zhì)材料，從20世紀(jì)80年代起就已被歐美國(guó)家廣泛推廣應(yīng)用，其中80% 被用于對(duì)輕量化要求最為迫切的轎車(chē)領(lǐng)域。目前GMT可取代的鋼制轎車(chē)零部件主要有：前端模塊框架、儀表板骨架、抗撞保險(xiǎn)杠、座椅骨架、蓄電池托架、備胎倉(cāng)、行李架、車(chē)身底部擋泥板、引擎隔聲罩等。近年來(lái)，在我國(guó)生產(chǎn)的汽車(chē)中也有很多GMT 汽車(chē)零部件開(kāi)始得到應(yīng)用。
世界汽車(chē)前端模塊技術(shù)的進(jìn)步
汽車(chē)前端模塊技術(shù)包括：前端的設(shè)計(jì)、制造以及交付給OEM裝配廠(chǎng)前的包裝方式等。傳統(tǒng)意義上的汽車(chē)前端通常由100 多個(gè)散部件組成，這些散部件經(jīng)零部件供應(yīng)商生產(chǎn)出來(lái)后被交付到OEM 的裝配廠(chǎng)中，然后在裝配廠(chǎng)的總裝線(xiàn)上按工序逐一裝配而成。
隨著全球汽車(chē)制造技術(shù)向模塊化、集成化方向發(fā)展，對(duì)汽車(chē)實(shí)現(xiàn)模塊化的一個(gè)主要趨勢(shì)是集中在汽車(chē)的前端上。目前，全球各大汽車(chē)公司對(duì)汽車(chē)前端都進(jìn)行了不同程度的模塊化，其中包括目前在中國(guó)建有合資企業(yè)的美國(guó)通用汽車(chē)公司、福特汽車(chē)公司、德國(guó)大眾汽車(chē)公司等。這些公司使用了一定程度集成化了的格柵構(gòu)架，即用前端模塊框架將照明系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)、減震裝置、空調(diào)冷凝器和空氣凈化器以及引擎蓋鎖緊裝置、軟管和接頭等組裝在一起形成一個(gè)趨向于滿(mǎn)載的前端模塊，如圖1所示。這種汽車(chē)前端模塊化形式在很大程度上改變了汽車(chē)總裝生產(chǎn)線(xiàn)上繁雜的組裝過(guò)程，因此對(duì)汽車(chē)的設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生了很大的影響。顯然，今后汽車(chē)的設(shè)計(jì)和制作將只涉及到一個(gè)白車(chē)身和一個(gè)開(kāi)口的前端模塊，而不再需要考慮使用傳統(tǒng)的連接桿構(gòu)架或采用眾多的橫向構(gòu)件來(lái)連接車(chē)輛骨架。毫無(wú)疑問(wèn)，現(xiàn)代汽車(chē)前端模塊的核心在于對(duì)前端模塊框架的設(shè)計(jì)、集成和制造。由于這個(gè)前端模塊框架將放置多個(gè)次模塊和部件，因此它的制造精度、強(qiáng)度將是影響汽車(chē)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。
GMT汽車(chē)前端模塊框架的優(yōu)點(diǎn)
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材料牌號(hào) |
PP-GF30 |
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性能 |
數(shù)值 |
測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) |
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拉伸強(qiáng)度 |
80 MPa. |
ISO 527 |
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拉伸模量 |
4500 MPa. |
ISO 527 |
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斷裂伸長(zhǎng)率 |
2.8% |
ISO 527 |
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彎曲強(qiáng)度 |
110 MPa |
ISO 178 |
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彎曲模量 |
4000 MPa |
ISO 178 |
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沖擊強(qiáng)度 |
40 kJ?m-2 |
ISO 179 |
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比重 |
1.12 |
ISO 1183 |
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熱變形溫度 |
158℃ |
ISO 75 |
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熱老化（150°C, 500h） |
通過(guò) |
ISO 188 |
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材料牌號(hào) |
PP-GF40 |
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性能 |
數(shù)值 |
測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) |
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拉伸強(qiáng)度 |
90 MPa. |
ISO 527 |
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拉伸模量 |
5000 MPa. |
ISO 527 |
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斷裂伸長(zhǎng)率 |
2.5% |
ISO 527 |
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彎曲強(qiáng)度 |
120 MPa |
ISO 178 |
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彎曲模量 |
4500 MPa |
ISO 178 |
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沖擊強(qiáng)度 |
50 kJ?m-2 |
ISO 179 |
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比重 |
1.20 |
ISO 1183 |
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熱變形溫度 |
158℃ |
ISO 75 |
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熱老化（150°C, 500h） |
通過(guò) |
ISO 188 |
考慮到前端模塊框架位于轎車(chē)前端并作為引擎的安全擋塊而需要承受具大的沖擊力和承重載荷，因此通常汽車(chē)制造廠(chǎng)會(huì)考慮采用鋼鐵來(lái)制作。至今國(guó)內(nèi)外很多汽車(chē)的前端框架均采用的是鋼制液壓成型和沖壓-焊接成型技術(shù)制造而成的。但隨著汽車(chē)向輕量化方向發(fā)展以及“以人為本”的制造理念的提出，對(duì)轎車(chē)前端框架材料的選用也在不斷創(chuàng)新，由鋁合金、鎂合金、金屬/ 尼龍、SMC、GMT等各種輕質(zhì)材料和各種成型工藝制成的前端框架紛紛出現(xiàn)在各大汽車(chē)公司的各種車(chē)型上，展示著各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。其中GMT 材料以其超一流的輕質(zhì)高強(qiáng)、良好的成型性能以及可循環(huán)使用的綠色環(huán)保特點(diǎn)而倍受汽車(chē)制造商的青睞，已成為一些新型轎車(chē)前端框架制作的主要材料，圖2 所示為GMT材料制造的前端模塊框架。
GMT 汽車(chē)前端模塊框架具有如下優(yōu)點(diǎn)：
● 能較為方便地綜合前端的各項(xiàng)功能；
● 具有很高的模塊剛度和抗疲勞性能；
● 引擎蓋鎖具耐沖擊且鎖緊安全度高；
● 耐腐蝕，不生銹，無(wú)需油漆保養(yǎng)；
● 具有良好的加工成型性和低的成型周期；
● 制造成本較低，且重量輕；
● 材料可回收循環(huán)利用。
GMT汽車(chē)前端模塊框架的制造工藝
GMT 片材通常為材料供應(yīng)商根據(jù)制品的應(yīng)用特點(diǎn)專(zhuān)門(mén)定制的，一般情況下制品生產(chǎn)商只要根據(jù)材料供應(yīng)商提供的GMT 材料技術(shù)參數(shù)進(jìn)行選購(gòu)即可。由于GMT汽車(chē)前端模塊框架的形狀較為復(fù)雜，而且又是受力的結(jié)構(gòu)件，因此通常我們會(huì)選擇流動(dòng)性較好和玻纖含量較高的、專(zhuān)用于前端框架的GMT 片材。GMT 汽車(chē)前端模塊框架的制造工藝過(guò)程為：下料→稱(chēng)量→坯料預(yù)熱→鋪料→模壓→垂直沖切→水平?jīng)_切→整理→檢測(cè)→成品入庫(kù)。每一道工序雖然看似簡(jiǎn)單，但都很重要，都有可能因不認(rèn)真操作而最終影響制品的質(zhì)量，甚至造成廢品。因此，必須認(rèn)真對(duì)待。最關(guān)鍵的步驟是：
● 要根據(jù)產(chǎn)品的形狀和受力的方向來(lái)設(shè)計(jì)出最佳的坯料尺寸，并進(jìn)行精確切割；
● 要將坯料送入烘箱預(yù)熱，經(jīng)烘箱加熱后的坯料的理想表面溫度應(yīng)為205℃~230℃；
● 嚴(yán)格按設(shè)定的位置和步驟將加熱后的GMT 坯料鋪設(shè)在模具上；
● 快速閉模、快速加壓，使樹(shù)脂在熔融、流動(dòng)狀態(tài)下模塑成型。
當(dāng)GMT 前端模塊框架被壓制成型后，還需要對(duì)其進(jìn)行后處理。目前有多種后處理工藝可供選擇，如機(jī)械切削加工或高壓水切割加工，當(dāng)然，也有一些是通過(guò)沖壓工藝來(lái)完成的。通常，我們建議采用沖壓工藝。雖然采用沖壓工藝會(huì)增加2 套沖壓模，但生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的制造精度都能得到明顯提高，而且能夠保證框架的內(nèi)外結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度。
GMT汽車(chē)前端模塊框架成型模具
除了原材料、設(shè)備和工藝參數(shù)的選擇之外，GMT汽車(chē)前端模塊框架成型模具及后處理沖切模具是GMT汽車(chē)前端模塊框架制作過(guò)程中最核心的技術(shù)。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、制造是否精細(xì)會(huì)直接影響到產(chǎn)品的外觀(guān)及內(nèi)在質(zhì)量的均勻性，同時(shí)還影響產(chǎn)品的成型效率。因此，設(shè)計(jì)周到和制作精良的模具不僅能使GMT材料在加熱、加壓過(guò)程中確保纖維增強(qiáng)材料向四周均勻流動(dòng)并充滿(mǎn)模腔，還能保證制品各點(diǎn)溫度均勻，尺寸精確，不致于產(chǎn)生GMT制品加工中經(jīng)常遇到的“注量不足”和留下流痕痕跡以及部件從模具移出后發(fā)生收縮率和撓曲變形大大超標(biāo)而成為廢品的尷尬境遇。
從事GMT 制品生產(chǎn)的工程技術(shù)人員通常非常重視模具的設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量，普遍認(rèn)為：一副高質(zhì)量、高精度的成型摸具是GMT 汽車(chē)前端模塊框架成功的一半。圖3所示為意大利RANGER 公司為一汽大眾BORA轎車(chē)所設(shè)計(jì)制造的GMT前端模塊框架成型模具和沖壓模具，目前一汽大眾BORA 轎車(chē)的前端模塊框架已首先在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。
GMT 汽車(chē)前端模塊設(shè)計(jì)和制造技術(shù)在歐美已經(jīng)非常成熟，并為歐美汽車(chē)制造商所熱崇推廣。在我國(guó)，上海大眾、一汽大眾、神龍汽車(chē)等公司新推出的新型轎車(chē)上也已廣泛使用了GMT汽車(chē)前端，只是絕大部分車(chē)型的前端模塊框架還是采用進(jìn)口GMT制件，使這一新技術(shù)的應(yīng)用成本過(guò)高。專(zhuān)家們預(yù)測(cè)，采用包括GMT 在內(nèi)的長(zhǎng)玻璃纖維/ 聚丙烯材料生產(chǎn)的高集成型前端模塊框架部件將在以后或更長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，在降低汽車(chē)制造成本和提高汽車(chē)性能方面顯示出更為突出的優(yōu)勢(shì)。因此，國(guó)內(nèi)的汽車(chē)復(fù)合材料行業(yè)應(yīng)把GMT汽車(chē)前端模塊框架的國(guó)產(chǎn)化作為提升自身技術(shù)水平的一個(gè)主要發(fā)展方向之一，與我國(guó)汽車(chē)界的專(zhuān)家一起，共同努力設(shè)計(jì)、制造出具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的汽車(chē)前端模塊。
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