|
汽车经过上百年的发展，其在车身设计方面大致只经历了两个阶段。起初为了安全起见，车身设计最大的课题就是如何提高碰撞安全性能，但随之带来车辆重量的增加。而近年来随着“节能减排”的口号喊出，汽车轻量化成为了车身设计工程师优先考虑的问题。于是就出现了全铝车身乃至碳纤维车身，不过这也带来了成本的增加。那么有没有不用换车身材料，也能达到车身减重的方案呢？日前，日本住友重机械工业开发出了可大幅减轻汽车钢制车体的STAF（Steel Tube Air Forming)成型系统。
翻译过来，STAF就是“用管材制造的带凸缘封闭截面结构”。头图便是用STAF工艺制造的车身骨架材料样件。它原来的形状是圆形截面的钢管，保持管状的同时成型随意形状。或许在普通人眼里看不出这有什么厉害之处，但在工程师的眼中，不由得会想“啊，这个可以用到车身的哪个部位呢”。
以上是四种加工工艺在试制相同截面部件的强度/刚性坐标图。可以看到，运用STAF加工的部件，不管是强度还是刚性都优于另外三种传统工艺。 这主要归功于STAF的制作方法，即吸取了热冲压在强度上的优势也保留了液压成型在刚性上特长。
成型后的STAF材料抗拉强度为1.5GPa(兆帕)，是其原钢管材料强度的3倍。而从用途来看，预计可用于A柱/B柱/C柱以及车顶前后左右纵梁、前纵梁及下边梁等车体构件。由于为中空状态，因此可用作构成车架的梁。与液压成型不同，可制造凸缘，所以可轻松接合周围的众多部件。
当然有好的加工工艺，其生产设备也要精简优化才能进行大规模量产。对此，住友重机械表示STAF的设备很简单。
相比以往传统用钢板热冲压制造封闭截面的部件时，要使用冲裁、加热、冲压、修整、焊接组装5台设备。STAF工艺可在预成型处理后，同时进行加热和冲压，然后切断端部，因此只需3台设备即可。这大大简化了工厂设部的布局同时节约了成本。下面是STAF工艺设备实物展示。
模具装载 将预成型材料装到模具的状态。钢管两端的圆锥形装置为高压空气的注入/排出的装置。两端有电极，负责切割钢管，可以看到弯曲形状的母线。这是STAF工艺中用于试制的机械，据说在试验机完成的阶段会进行各种各样的改善措施。
锁模注入空气 模具全锁，进行成型。原材料短时间内冷却后再进行淬火处理，和板材的热成型不同的关键所在就是，STAF工艺在管内并不是和模具贴合，而是跟空气接触。冷却处理非常快，开启模具并取出原材料。
虽然模具相同，但加工过程受通电，加热以及空气注入等多种变量，因此在成型材料当中可以有多种不同样品。这对于未来的产品生产带来了丰富选择，生产过程中只需调整不同的火候便可得到想要的部件。从而省去了更换模具的方法。
写在最后：轻量化的技术不光应用在车身材料的替换，在加工工艺上也可以有所突破。日本住友重机械工业正是凭借这种另辟蹊径的探索精神，为汽车轻量化研究课题打开了一条新的前进方向。据悉住友重机械工业已开始瞄准在车体部件上的应用并与部分日系车系展开协商。同时还开始向汽车部件厂商在内的客户提出解决方案，力争2017年度推出商品。那么谁会是首家尝试STAF工艺的车企呢？让我们拭目以待吧。 |
|
|
