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(dāng)前，我國高端裝備制造業(yè)處在向中高端邁進(jìn)的關(guān)鍵時期，對經(jīng)濟(jì)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(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)長期被國外“卡脖子”,嚴(yán)重制約其進(jìn)一步的升級。

以高性能復(fù)合材料高精高效成形技術(shù)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(biāo)的重要核心技術(shù)。所謂高性能復(fù)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(qiáng)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(qiáng)，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(fù)合材料制造裝備及技術(shù)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(fù)合材料先進(jìn)成形設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)對我國長期實施封鎖、禁運(yùn)，即便是一些并非最先進(jìn)的設(shè)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(yán)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(shè)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(shè)定相關(guān)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(shè)備，調(diào)整相關(guān)參數(shù)也只能由外國企業(yè)派人來操作。此外，諸如設(shè)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(jìn)行高性能復(fù)合材料模壓成形裝備的自主研發(fā)，以打破相關(guān)設(shè)備、技術(shù)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(shè)立專項，組織行業(yè)企業(yè)開展科技攻關(guān)。經(jīng)過考察審核，最終將這一重任交到了北京機(jī)科國創(chuàng)輕量化科學(xué)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(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心，2017年改制更名為北京機(jī)科國創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司，成立有國家輕量化材料成形技術(shù)及裝備創(chuàng)新中心、先進(jìn)成形技術(shù)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(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項“汽車復(fù)合材料車身模壓成形技術(shù)與裝備”,結(jié)合新能源汽車、軌道交通及航空航天等領(lǐng)域輕量化制造的實際需求，經(jīng)過幾年持續(xù)不懈的攻關(guān)努力，最終成功突破了一系列的技術(shù)難關(guān)，開發(fā)出了具有世界先進(jìn)水平的高性能復(fù)合材料高精高效模壓成形關(guān)鍵技術(shù)及成套裝備，填補(bǔ)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(qiáng)復(fù)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(qiáng)復(fù)合材料精準(zhǔn)補(bǔ)強(qiáng)一體化成形裝備”,則實現(xiàn)了100M~300MPa強(qiáng)度次結(jié)構(gòu)件的自動化制造，解決了傳統(tǒng)模壓成形制品可設(shè)計性差、性能低等問題。

通過科技攻關(guān)，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(qiáng)復(fù)合材料的柔性成形模具，解決了大尺寸、復(fù)量化院的材料、設(shè)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(jìn)了輕量化院新研發(fā)的設(shè)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(kuò)大了很多。

另外，輕量化院通過項目攻關(guān)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(fù)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(yīng)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(fù)合材料先進(jìn)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(yīng)用，為我國高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的升級提供了強(qiáng)有力支撐。

輕量化院是以輕量化為基礎(chǔ)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(lǐng)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(fù)合材料的使用，以及相關(guān)部件構(gòu)形方面的設(shè)計，在不降低或提升強(qiáng)度、抗壓性、耐高溫等性能的前提下，為汽車、高鐵、飛機(jī)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(biāo)桿，輕量化院通過實施相關(guān)科技攻關(guān)項目，在我國高端裝備及技術(shù)領(lǐng)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(fù)合材料的一體化模壓成形等方面展開了技術(shù)攻關(guān)，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(guān)鍵部件，如發(fā)動機(jī)、電池或其他易發(fā)生碰撞的部位，就需要用到強(qiáng)度較大的材料，而一些內(nèi)外飾件，則可以用強(qiáng)度稍弱的。在以往，這些不同部件需要分別進(jìn)行加工，然后拼裝起來。但通過技術(shù)上的改進(jìn)，可將這些不同部件一體化加工成形，需要強(qiáng)度大的地方就用碳纖維材料，不需要那么大強(qiáng)度的地方則用玻纖維材料，而且這種工藝既能做復(fù)雜結(jié)構(gòu)，也能做性能結(jié)構(gòu)，從而大大提升了車輛的集成性。

這種一體化模壓成形技術(shù)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(yùn)用一體化模壓成形技術(shù)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(gòu)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(shù)，可以使很多的汽車外飾、內(nèi)飾等產(chǎn)品通用，進(jìn)而實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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。