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(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)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(shù)對產(chǎn)品的最終質(zhì)量起著非常關(guān)鍵的作用。
為使GMT 汽車零部件的制造技術(shù)更廣泛地為我國的汽車制造業(yè)和汽車復(fù)合材料行業(yè)所認(rèn)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(xì)介紹GMT 汽車零部件的成型制造技術(shù)。
GMT汽車前端模塊框架的優(yōu)點(diǎn)
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(shù)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(diǎn)。其中GMT 材料以其超一流的輕質(zhì)高強(qiáng)、良好的成型性能以及可循環(huán)使用的綠色環(huán)保特點(diǎn)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(qiáng)芯材與改性聚丙烯復(fù)合而成的一種復(fù)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(diǎn)，因此作為綠色環(huán)保輕質(zhì)材料，從20世紀(jì)80年代起就已被歐美國家廣泛推廣應(yīng)用，其中80% 被用于對輕量化要求最為迫切的轎車領(lǐng)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(xiǎn)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(yīng)用。
世界汽車前端模塊技術(shù)的進(jìn)步
汽車前端模塊技術(shù)包括：前端的設(shè)計(jì)、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(gè)散部件組成，這些散部件經(jīng)零部件供應(yīng)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(shù)向模塊化、集成化方向發(fā)展，對汽車實(shí)現(xiàn)模塊化的一個(gè)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(jìn)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(gòu)架，即用前端模塊框架將照明系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)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(gè)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(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生了很大的影響。顯然，今后汽車的設(shè)計(jì)和制作將只涉及到一個(gè)白車身和一個(gè)開口的前端模塊，而不再需要考慮使用傳統(tǒng)的連接桿構(gòu)架或采用眾多的橫向構(gòu)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(shè)計(jì)、集成和制造。由于這個(gè)前端模塊框架將放置多個(gè)次模塊和部件，因此它的制造精度、強(qiáng)度將是影響汽車質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。
GMT汽車前端模塊框架的優(yōu)點(diǎn)
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材料牌號 |
PP-GF30 |
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性能 |
數(shù)值 |
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拉伸強(qiáng)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(qiáng)度 |
110 MPa |
ISO 178 |
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彎曲模量 |
4000 MPa |
ISO 178 |
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沖擊強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn) |
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拉伸強(qiáng)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(qiáng)度 |
120 MPa |
ISO 178 |
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彎曲模量 |
4500 MPa |
ISO 178 |
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沖擊強(qiáng)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(shù)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(diǎn)。其中GMT 材料以其超一流的輕質(zhì)高強(qiáng)、良好的成型性能以及可循環(huán)使用的綠色環(huán)保特點(diǎn)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(diǎn)：
● 能較為方便地綜合前端的各項(xiàng)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(yīng)商根據(jù)制品的應(yīng)用特點(diǎn)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(yīng)商提供的GMT 材料技術(shù)參數(shù)進(jìn)行選購即可。由于GMT汽車前端模塊框架的形狀較為復(fù)雜，而且又是受力的結(jié)構(gòu)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(yù)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(rèn)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(rèn)真對待。最關(guān)鍵的步驟是：
● 要根據(jù)產(chǎn)品的形狀和受力的方向來設(shè)計(jì)出最佳的坯料尺寸，并進(jìn)行精確切割；
● 要將坯料送入烘箱預(yù)熱，經(jīng)烘箱加熱后的坯料的理想表面溫度應(yīng)為205℃~230℃；
● 嚴(yán)格按設(shè)定的位置和步驟將加熱后的GMT 坯料鋪設(shè)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(dāng)GMT 前端模塊框架被壓制成型后，還需要對其進(jìn)行后處理。目前有多種后處理工藝可供選擇，如機(jī)械切削加工或高壓水切割加工，當(dāng)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(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度。
GMT汽車前端模塊框架成型模具
除了原材料、設(shè)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(shù)。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、制造是否精細(xì)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(shí)還影響產(chǎn)品的成型效率。因此，設(shè)計(jì)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(qiáng)材料向四周均勻流動并充滿模腔，還能保證制品各點(diǎn)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(biāo)而成為廢品的尷尬境遇。
從事GMT 制品生產(chǎn)的工程技術(shù)人員通常非常重視模具的設(shè)計(jì)和加工質(zhì)量，普遍認(rèn)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
GMT 汽車前端模塊設(shè)計(jì)和制造技術(shù)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(jìn)口GMT制件，使這一新技術(shù)的應(yīng)用成本過高。專家們預(yù)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(shí)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(fù)合材料行業(yè)應(yīng)把GMT汽車前端模塊框架的國產(chǎn)化作為提升自身技術(shù)水平的一個(gè)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(shè)計(jì)、制造出具有中國知識產(chǎn)權(quán)的汽車前端模塊。
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