隨著汽車向輕量化方向發(fā)展以及“以人為本”的制造理念的提出，GMT汽車前端模塊框架以其所具有的諸多優(yōu)點而得到了廣泛應用。作為模塊化汽車端的核心部件，GMT汽車前端模塊框架的制造技術對產(chǎn)品的最終質(zhì)量起著非常關鍵的作用。
為使GMT 汽車零部件的制造技術更廣泛地為我國的汽車制造業(yè)和汽車復合材料行業(yè)所認識和了解，在此以GMT 汽車零部件中較為經(jīng)典的汽車前端框架為例，詳細介紹GMT 汽車零部件的成型制造技術。
GMT汽車前端模塊框架的優(yōu)點
考慮到前端模塊框架位于轎車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，因此通常汽車制造廠會考慮采用鋼鐵來制作。至今國內(nèi)外很多汽車的前端框架均采用的是鋼制液壓成型和沖壓-焊接成型技術制造而成的。但隨著汽車向輕量化方向發(fā)展以及“以人為本”的制造理念的提出，對轎車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)在各大汽車公司的各種車型上，展示著各自的優(yōu)勢和特點。其中GMT 材料以其超一流的輕質(zhì)高強、良好的成型性能以及可循環(huán)使用的綠色環(huán)保特點而倍受汽車制造商的青睞，已成為一些新型轎車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芯材與改性聚丙烯復合而成的一種復合材料片材，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等顯著的優(yōu)點，因此作為綠色環(huán)保輕質(zhì)材料，從20世紀80年代起就已被歐美國家廣泛推廣應用，其中80% 被用于對輕量化要求最為迫切的轎車領域。目前GMT可取代的鋼制轎車零部件主要有：前端模塊框架、儀表板骨架、抗撞保險杠、座椅骨架、蓄電池托架、備胎倉、行李架、車身底部擋泥板、引擎隔聲罩等。近年來，在我國生產(chǎn)的汽車中也有很多GMT 汽車零部件開始得到應用。
世界汽車前端模塊技術的進步
汽車前端模塊技術包括：前端的設計、制造以及交付給OEM裝配廠前的包裝方式等。傳統(tǒng)意義上的汽車前端通常由100 多個散部件組成，這些散部件經(jīng)零部件供應商生產(chǎn)出來后被交付到OEM 的裝配廠中，然后在裝配廠的總裝線上按工序逐一裝配而成。
隨著全球汽車制造技術向模塊化、集成化方向發(fā)展，對汽車實現(xiàn)模塊化的一個主要趨勢是集中在汽車的前端上。目前，全球各大汽車公司對汽車前端都進行了不同程度的模塊化，其中包括目前在中國建有合資企業(yè)的美國通用汽車公司、福特汽車公司、德國大眾汽車公司等。這些公司使用了一定程度集成化了的格柵構架，即用前端模塊框架將照明系統(tǒng)、發(fā)動機冷卻系統(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趨向于滿載的前端模塊，如圖1所示。這種汽車前端模塊化形式在很大程度上改變了汽車總裝生產(chǎn)線上繁雜的組裝過程，因此對汽車的設計和制造產(chǎn)生了很大的影響。顯然，今后汽車的設計和制作將只涉及到一個白車身和一個開口的前端模塊，而不再需要考慮使用傳統(tǒng)的連接桿構架或采用眾多的橫向構件來連接車輛骨架。毫無疑問，現(xiàn)代汽車前端模塊的核心在于對前端模塊框架的設計、集成和制造。由于這個前端模塊框架將放置多個次模塊和部件，因此它的制造精度、強度將是影響汽車質(zhì)量的關鍵因素之一。
GMT汽車前端模塊框架的優(yōu)點
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材料牌號 |
PP-GF30 |
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性能 |
數(shù)值 |
測試標準 |
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拉伸強度 |
80 MPa. |
ISO 527 |
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拉伸模量 |
4500 MPa. |
ISO 527 |
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斷裂伸長率 |
2.8% |
ISO 527 |
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彎曲強度 |
110 MPa |
ISO 178 |
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彎曲模量 |
4000 MPa |
ISO 178 |
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沖擊強度 |
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 |
ISO 188 |
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材料牌號 |
PP-GF40 |
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性能 |
數(shù)值 |
測試標準 |
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拉伸強度 |
90 MPa. |
ISO 527 |
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拉伸模量 |
5000 MPa. |
ISO 527 |
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斷裂伸長率 |
2.5% |
ISO 527 |
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彎曲強度 |
120 MPa |
ISO 178 |
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彎曲模量 |
4500 MPa |
ISO 178 |
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沖擊強度 |
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 |
ISO 188 |
考慮到前端模塊框架位于轎車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，因此通常汽車制造廠會考慮采用鋼鐵來制作。至今國內(nèi)外很多汽車的前端框架均采用的是鋼制液壓成型和沖壓-焊接成型技術制造而成的。但隨著汽車向輕量化方向發(fā)展以及“以人為本”的制造理念的提出，對轎車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)在各大汽車公司的各種車型上，展示著各自的優(yōu)勢和特點。其中GMT 材料以其超一流的輕質(zhì)高強、良好的成型性能以及可循環(huán)使用的綠色環(huán)保特點而倍受汽車制造商的青睞，已成為一些新型轎車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 汽車前端模塊框架具有如下優(yōu)點：
● 能較為方便地綜合前端的各項功能；
● 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汽車前端模塊框架的制造工藝
GMT 片材通常為材料供應商根據(jù)制品的應用特點專門定制的，一般情況下制品生產(chǎn)商只要根據(jù)材料供應商提供的GMT 材料技術參數(shù)進行選購即可。由于GMT汽車前端模塊框架的形狀較為復雜，而且又是受力的結構件，因此通常我們會選擇流動性較好和玻纖含量較高的、專用于前端框架的GMT 片材。GMT 汽車前端模塊框架的制造工藝過程為：下料→稱量→坯料預熱→鋪料→模壓→垂直沖切→水平?jīng)_切→整理→檢測→成品入庫。每一道工序雖然看似簡單，但都很重要，都有可能因不認真操作而最終影響制品的質(zhì)量，甚至造成廢品。因此，必須認真對待。最關鍵的步驟是：
● 要根據(jù)產(chǎn)品的形狀和受力的方向來設計出最佳的坯料尺寸，并進行精確切割；
● 要將坯料送入烘箱預熱，經(jīng)烘箱加熱后的坯料的理想表面溫度應為205℃~230℃；
● 嚴格按設定的位置和步驟將加熱后的GMT 坯料鋪設在模具上；
● 快速閉模、快速加壓，使樹脂在熔融、流動狀態(tài)下模塑成型。
當GMT 前端模塊框架被壓制成型后，還需要對其進行后處理。目前有多種后處理工藝可供選擇，如機械切削加工或高壓水切割加工，當然，也有一些是通過沖壓工藝來完成的。通常，我們建議采用沖壓工藝。雖然采用沖壓工藝會增加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)外結構具有足夠的強度。
GMT汽車前端模塊框架成型模具
除了原材料、設備和工藝參數(shù)的選擇之外，GMT汽車前端模塊框架成型模具及后處理沖切模具是GMT汽車前端模塊框架制作過程中最核心的技術。模具結構設計是否合理、制造是否精細會直接影響到產(chǎn)品的外觀及內(nèi)在質(zhì)量的均勻性，同時還影響產(chǎn)品的成型效率。因此，設計周到和制作精良的模具不僅能使GMT材料在加熱、加壓過程中確保纖維增強材料向四周均勻流動并充滿模腔，還能保證制品各點溫度均勻，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而成為廢品的尷尬境遇。
從事GMT 制品生產(chǎn)的工程技術人員通常非常重視模具的設計和加工質(zhì)量，普遍認為：一副高質(zhì)量、高精度的成型摸具是GMT 汽車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轎車所設計制造的GMT前端模塊框架成型模具和沖壓模具，目前一汽大眾BORA 轎車的前端模塊框架已首先在國內(nèi)實現(xiàn)了國產(chǎn)化。
GMT 汽車前端模塊設計和制造技術在歐美已經(jīng)非常成熟，并為歐美汽車制造商所熱崇推廣。在我國，上海大眾、一汽大眾、神龍汽車等公司新推出的新型轎車上也已廣泛使用了GMT汽車前端，只是絕大部分車型的前端模塊框架還是采用進口GMT制件，使這一新技術的應用成本過高。專家們預測，采用包括GMT 在內(nèi)的長玻璃纖維/ 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的一段時間內(nèi)，在降低汽車制造成本和提高汽車性能方面顯示出更為突出的優(yōu)勢。因此，國內(nèi)的汽車復合材料行業(yè)應把GMT汽車前端模塊框架的國產(chǎn)化作為提升自身技術水平的一個主要發(fā)展方向之一，與我國汽車界的專家一起，共同努力設計、制造出具有中國知識產(chǎn)權的汽車前端模塊。
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