裝備制造新工藝，為新能源汽車插上翅膀

裝備制造新工藝

為新能源汽車插上翅膀

高端裝備制造可謂是現(xiàn)代工業(yè)的一顆明珠，也是現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系的脊梁，推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的引擎。當前，我國高端裝備制造業(yè)處在向中高端邁進的關鍵時期，對經(jīng)濟社會的支撐作用更加突出，但也存在諸多短板，特別是部分領域關鍵核心技術長期被國外“卡脖子”,嚴重制約其進一步的升級。

以高性能復合材料高精高效成形技術工藝為例，它是節(jié)能與新能源汽車實現(xiàn)高端制造的重要方向，也是汽車工業(yè)輕量化、實現(xiàn)“雙碳”目標的重要核心技術。所謂高性能復合材料，主要是指碳纖維和玻(璃)纖維兩大類，它比一般材料質(zhì)量更輕，強度更高，耐溫性、安全性等也更好。而且，相比金屬等材質(zhì)，它的可塑性更強，可成形性、可制造性也更好，用于汽車等的生產(chǎn)制造優(yōu)勢十分明顯。

隨著我國新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，高性能復合材料制造裝備及技術工藝的需求也越來越多。但我國本土的工藝及裝備存在生產(chǎn)效率低、制造成本高等問題，難以滿足新能源汽車等行業(yè)批量化生產(chǎn)制造的需要。另外，國外的碳纖維復合材料先進成形設備及關鍵技術對我國長期實施封鎖、禁運，即便是一些并非最先進的設備、工藝，也被德國、法國、奧地利等國的企業(yè)壟斷了市場，價格昂貴，還被嚴格限定了使用范圍。

很多外國企業(yè)都規(guī)定，一種型號的設備只能生產(chǎn)一種產(chǎn)品。生產(chǎn)車門的，不能生產(chǎn)座椅；生產(chǎn)引擎蓋的，不能生產(chǎn)車架。外國企業(yè)會派人到工廠來設定相關的操作程序，中方用戶不能自主修改。如果中方用戶想再生產(chǎn)別的器件，需要另外再購買設備，調(diào)整相關參數(shù)也只能由外國企業(yè)派人來操作。此外，諸如設備維修、零部件更換等也都要由國外企業(yè)派人或送貨過來，特別麻煩。

這種情況下，國內(nèi)迫切需要進行高性能復合材料模壓成形裝備的自主研發(fā)，以打破相關設備、技術被“卡脖子”的局面，從而實現(xiàn)我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的高端化與自主可控。為此，工信部、北京市科委等相繼出手，通過設立專項，組織行業(yè)企業(yè)開展科技攻關。經(jīng)過考察審核，最終將這一重任交到了北京機科國創(chuàng)輕量化科學研究院有限公司(以下簡稱“輕量化院”)手上。

這家公司前身為2006年成立的機械科學研究總院先進制造技術研究中心，2017年改制更名為北京機科國創(chuàng)輕量化科學研究院有限公司，成立有國家輕量化材料成形技術及裝備創(chuàng)新中心、先進成形技術與裝備國家重點實驗室等一批高水平的研發(fā)平臺，是國內(nèi)具有較高水平的高端裝備制造研發(fā)企業(yè)。

2018年，輕量化院承接了“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項“汽車復合材料車身模壓成形技術與裝備”,結(jié)合新能源汽車、軌道交通及航空航天等領域輕量化制造的實際需求，經(jīng)過幾年持續(xù)不懈的攻關努力，最終成功突破了一系列的技術難關，開發(fā)出了具有世界先進水平的高性能復合材料高精高效模壓成形關鍵技術及成套裝備，填補了國內(nèi)空白。

此項目的一大創(chuàng)新點就是開發(fā)出了一種“熱固性碳纖維增強復合材料濕法浸潤可控成形裝備”,其生產(chǎn)效率比傳統(tǒng)裝備有了大幅度提高，以往生產(chǎn)一個部件要超過30分鐘，新裝備則縮短為不到5分鐘，整個生產(chǎn)線能耗也降低了50%以上，產(chǎn)品制造的總體成本僅為傳統(tǒng)工藝的1/3。同時開發(fā)的“熱塑性碳纖維增強復合材料精準補強一體化成形裝備”,則實現(xiàn)了100M~300MPa強度次結(jié)構件的自動化制造，解決了傳統(tǒng)模壓成形制品可設計性差、性能低等問題。

通過科技攻關，研發(fā)人員還提出了一種高精高效模壓成形全流程工藝的控制方法，研制出了熱固與熱塑碳纖維增強復合材料的柔性成形模具，解決了大尺寸、復量化院的材料、設備及工藝以后，生產(chǎn)不僅沒有了異味，而且自動化程度大為提高，生產(chǎn)效率提升，成本降低，產(chǎn)品的品質(zhì)也有了大幅度提升。

江蘇也有一家企業(yè)，以前生產(chǎn)電梯配件，市場非常狹窄，想轉(zhuǎn)型給汽車做配件，于是引進了輕量化院新研發(fā)的設備和工藝，結(jié)果大獲成功，不僅產(chǎn)品受到客戶的好評，也漸漸將主業(yè)從電梯配件轉(zhuǎn)到了汽車配件上，市場空間擴大了很多。

另外，輕量化院通過項目攻關開發(fā)的頂蓋總成、地板總成、副車架總成、電池包上殼體等30余種新能源汽車高性能復合材料零部件，具有優(yōu)異的輕量化性能，已在北汽新能源、奇瑞新能源等自主品牌車企推廣應用，有效提升了新能源汽車的續(xù)航里程和安全性。而開發(fā)的碳纖維熱固、熱塑成套裝備，則實現(xiàn)了國產(chǎn)復合材料先進智能制造裝備零的突破，打破了國外壟斷，并在國內(nèi)各省市都獲得了較好的落地應用，為我國高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的升級提供了強有力支撐。

輕量化院是以輕量化為基礎立身的高端裝備、工藝研發(fā)企業(yè)，致力于汽車及軌道交通、航空航天等領域的輕量化。所謂輕量化，簡單來說就是通過碳纖維、玻纖維等高性能復合材料的使用，以及相關部件構形方面的設計，在不降低或提升強度、抗壓性、耐高溫等性能的前提下，為汽車、高鐵、飛機等減重，不僅降低其生產(chǎn)與使用成本，更提升使用者的駕乘體驗。

以輕量化為標桿，輕量化院通過實施相關科技攻關項目，在我國高端裝備及技術領域取得了一系列的突破。但研發(fā)人員并不就此止步，他們又在復合材料的一體化模壓成形等方面展開了技術攻關，以減少車輛等的零部件數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。

以汽車為例，車身各部分對材料的要求并不一樣。一些關鍵部件，如發(fā)動機、電池或其他易發(fā)生碰撞的部位，就需要用到強度較大的材料，而一些內(nèi)外飾件，則可以用強度稍弱的。在以往，這些不同部件需要分別進行加工，然后拼裝起來。但通過技術上的改進，可將這些不同部件一體化加工成形，需要強度大的地方就用碳纖維材料，不需要那么大強度的地方則用玻纖維材料，而且這種工藝既能做復雜結(jié)構，也能做性能結(jié)構，從而大大提升了車輛的集成性。

這種一體化模壓成形技術也有利于減少汽車生產(chǎn)中的模具開發(fā)成本。以前一套模具可能只能做10萬個部件，而運用一體化模壓成形技術開發(fā)的模具則有可能做到100萬個部件。這樣，生產(chǎn)每個部件的單體成本就會大幅下降。

實際上，很多造車企業(yè)每年都會推出新的車型，每個新品除主體結(jié)構不變之外，總會在外觀、內(nèi)飾等方面做些調(diào)整，這就需要新開發(fā)一些模具，可是大多數(shù)汽車新品銷量又有限，有的甚至僅銷售幾千輛就停產(chǎn)了，使得投入和產(chǎn)出不成正比。采用一體化模壓成形技術，可以使很多的汽車外飾、內(nèi)飾等產(chǎn)品通用，進而實現(xiàn)標準化生產(chǎn)，減少了新模具的開發(fā)，也降低了汽車的生產(chǎn)成本。