前途K50——以铝为骨以碳为肤的精灵

前途K50是首款国产纯电动跑车,它将“轻盈”做到了极致——通过采用全铝合金框架的车身结构以及碳纤维复合材质的车身覆盖件,白车身整重仅234千克。



那为什么用的是铝和碳纤维?

铝单质在1808年被首次电解还原出来,在当时的欧洲铝被看作是一种贵金属。后来随着铝的产量不断提高,它终于褪去了奢侈品属性走入工业邻域。


铝合金的密度较钢低近3倍,所以虽然在强度参数上铝并不如钢一样出色,但是比强度参数稍高于钢。因此铝合金能用体积更大但重量更低的构件达到和钢制构件同样的效果。而碳纤维增强复合材料的比强度数据更是可以比钢和铝合金等传统金属材料高一个数量级。铝合金还可以通过在塑性变形过程中引发材料内部微观组织的变化即变形热处理提高强度。

这一过程中会发生动态回复,动态再结晶,亚动态在结晶,静态再结晶,静态回复等晶体结构的变化。这些晶体结构的变化,如控制得当,会显著提高材料的力学性能,增强材料的使用寿命。



飞机比汽车对重量更为敏感。在1903年惊鸿一跃的飞行者一号上就搭载了一台莱特兄弟手工打造的铝制四缸发动机,1935年住友公司受委托研制出了后来的7000系列航空铝合金——由此为骨架诞生了传奇的零式战斗机。2009年首飞的波音787梦想客机第一次大规模使用了碳纤维复合材料,燃油经济性得以大幅提升。

而汽车工业现在也同样对轻量化趋之若鹜。汽车工业皇冠上的明珠——F1赛车就不计成本使用了大量的碳纤维材料。自1980年迈凯伦首先引入碳纤维以来F1在成绩和安全性两方面都已经大大优于过去的金属材料赛车。



2014年银石赛道莱科宁的事故,当时莱科宁的法拉利赛车在失控之后以大约 240 公里的时速笔直撞上护墙,碰撞瞬间的冲击高达47g。但令人惊讶的是经历这样的撞击之后,莱科宁只是轻微擦伤脚踝和膝盖,而后自己爬出了赛车。

如今的F1赛车也不仅仅是粗暴地用碳纤维代替传统的金属材料来打造部件。他们在传统的单层碳纤维中加入了铝合金制成的蜂窝状结构。本田车队的测试表明在加入了厚度为三倍碳纤维厚度的铝合金蜂窝结构后用仅仅6%的重量增幅将刚度提高了37倍。当发生碰撞时铝合金的断裂和形变能吸收大量能量,由此来保护乘员安全。



现在的车企不遗余力在汽车中越来越多地使用铝合金零件——如铝合金气缸、铝合金轮毂、铝合金外饰件等等。可是为什么第一辆使用全铝车身的量产车1995才出现呢?

在工业化量产一辆车的过程中成本和技术都是必须考量的重要因素。可恰巧铝合金成本和加工技术难度较汽车钢高很多。铝合金在常温下成型性极差,对冲压设备提出了更高的要求;铝合金的熔点低,在焊接时又易氧化,焊缝变形和形成裂纹倾向大。焊接和冲压又是汽车零部件中占比最大的两项技术,因此铝合金在汽车中的使用难度极大。

前途汽车为K50打造了中国首条全铝合金框架式车身生产线。可以说K50从设计到制造都依据铝的特性量身定做。



通过69种截面形式的挤出工艺、二维拉弯和三维拉弯工艺的铝合金型材,铝板材和铝铸件,通过SPR自穿刺铆接、FDS热熔直钻自攻连接、CMT冷金属过度焊接、TIG/MIG 惰性气体保护焊、Adhesive结构胶胶接、SCREW螺接等先进工艺连接在一起,解决了铝合金成形和焊接两大技术难题,终于较传统钣金钢制车身减重38%。工厂中安装了大量的吸尘设备,保证了良好的作业环境。此外,前途汽车还选择了湿式打磨除尘房,通过火花消灭装置进入湿式除尘器,彻底消除铝合金粉末的爆炸隐患,保证生产安全。

而在碳纤维的使用方面,前途汽车开创性地探索碳纤维批量生产工艺,开发出全新的高温快速固化预浸料模压工艺,在降低了碳纤维生产成本的同时实现高度自动化生产。与高压树脂传递模塑工艺(HP-RTM)相比,高温快速固化预浸料模压工艺生成的零件的碳纤维含量更高,轻量化效果更优。




通过几乎不计成本的技术和资金投入,前途汽车终于攻克了全铝车身这一技术。小编相信前途汽车一定不会止步于此。前途K50展现出了其强大的技术实力和野心,而K50设计和制造中掌握的新技术、获得的新经验、锻炼的新能力,将来一定会被运用于新的大众车型中,为中国的汽车工业以及整个中国制造业的进步贡献力量,引领前途。


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车系: 前途K50
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