寶馬i3：從碳纖維到成品的全過(guò)程

寶馬第一輛純電動(dòng)i3已經(jīng)在今年九月十八日駛出了位于德國(guó)萊比錫工廠的生產(chǎn)線，這款緊湊型掀背電動(dòng)車是寶馬公司最新打造的i系列中的一個(gè)車型，而i系列所有車型都將采用電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。寶馬為我們帶來(lái)的i系下一款車型將會(huì)是i8插電式混合動(dòng)力跑車，但它會(huì)在德國(guó)其他的工廠進(jìn)行流水線組裝工作。

　　寶馬i3上科技含量最高的要數(shù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）車身，這種材料是由寶馬公司和西格里公司（SGL Group）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，以基于聚丙烯腈的熱塑性紡織纖維為原材料，在一定的壓力和溫度下，轉(zhuǎn)化成極其細(xì)長(zhǎng)的碳纖維絲線，其中每條碳纖維的直徑僅有0.007毫米，最后再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的氧化和碳化處理，形成車身材料。


每條聚丙烯腈線束包含100000根白色細(xì)絲，方便生產(chǎn)兩條各50000根絲線的碳纖維束 123,123

　　最初加工出的碳纖維細(xì)絲是以線束的形式呈現(xiàn)在我們面前的，而每條線束都含有上萬(wàn)條絲，所以還需要對(duì)它們進(jìn)行纏繞在線軸上的后續(xù)處理，為之后的裝運(yùn)工作做好一切準(zhǔn)備。值得一提的是，西格里工廠生產(chǎn)碳纖維的整個(gè)過(guò)程非常環(huán)保，因?yàn)樗麄兯牡碾娔苋縼?lái)自哥倫比亞河的水利發(fā)電能量。

　　碳纖維材料被運(yùn)往寶馬在德國(guó)瓦爾斯多夫的零部件加工廠，然后根據(jù)需要紡織成各種各樣的結(jié)構(gòu)和樣式；再接著工作人員把這些半成品送往萊比錫和蘭茨胡特的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料沖壓車間，完成碳纖維軟性板材（類似坐墊、地毯）的制造。通過(guò)各種加工機(jī)械，碳纖維板材被切割成各種不同的大小和形狀，然后再利用熱處理或塑料粉末高壓粘合技術(shù)，把這些板件加工出立體構(gòu)型。加工成型階段，每一次三個(gè)形狀完全相同的碳纖維板件要重疊在一起，這樣可以有效地降低在最終的樹(shù)脂傳遞成型過(guò)程中材料發(fā)生撕裂的可能性。

白色的聚丙烯腈變成黑色的碳纖維

　　樹(shù)脂傳遞成型則是把高溫高壓的復(fù)合樹(shù)脂注射入模腔，浸透增強(qiáng)纖維材料、固化、脫模成型的技術(shù)，比傳統(tǒng)高耗時(shí)的烘箱固化技術(shù)要先進(jìn)很多。首款寶馬i3成功下線的慶祝儀式上，美國(guó)能源獨(dú)立協(xié)會(huì)（AEI）還被特別邀請(qǐng)來(lái)參觀萊比錫工廠。

　　在過(guò)去的十多年時(shí)間里，寶馬公司一直致力于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料產(chǎn)品和創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)，工程師們已經(jīng)把產(chǎn)品的生產(chǎn)周期降低了一半以上，制造和原材料成本也減少了30%—40%。目前工程師又有了進(jìn)一步縮減碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)制造周期的新想法，但在i3的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中也碰到了不少難題，可工程師沒(méi)有為之擔(dān)心，因?yàn)樗麄冎肋@是最終的成功所必須經(jīng)歷的經(jīng)驗(yàn)積累階段。寶馬的樹(shù)脂傳遞成型技術(shù)允許加工那些尺寸較小的部件，比如說(shuō)車身側(cè)圍，再把它們粘結(jié)成一個(gè)更大的組分，最終在模具中結(jié)合成整體車身；這種技術(shù)把零部件的總數(shù)降低到傳統(tǒng)鋼制車身使用總量的三分之一。 本文來(lái)自123


碳纖維軟性板材

　　寶馬萊比錫工廠所能加工的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件的尺寸等級(jí)是其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手望塵莫及的，如此大優(yōu)勢(shì)得益于寶馬公司巨大的科研經(jīng)費(fèi)投入：為生產(chǎn)i3的萊比錫工廠投入4億歐元，生產(chǎn)i系產(chǎn)品的其他工廠6億歐元。那些用于i3車身上但結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的部件由蘭茨胡特工廠生產(chǎn)，再運(yùn)送往萊比錫，這樣不同地點(diǎn)同一時(shí)間就可以各加工一種部件，減少生產(chǎn)總時(shí)間。


樹(shù)脂傳遞成型前的剪裁處理

　　在樹(shù)脂傳遞成型階段之后，利用水激光切割技術(shù)完成碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件上的嵌入空和邊緣剪裁加工；接著在最新的全自動(dòng)化車身車間中，所有部件進(jìn)行過(guò)表面磨砂處理，增加粘附性后，結(jié)合為一個(gè)穩(wěn)固整體。


兩次沖壓處理：加工成型處理和樹(shù)脂傳遞最終成型

　　裝配車身使用的膠粘劑是寶馬公司與一家大型化工企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，擁有快速硬化的特性，但它的配方至今還是機(jī)密。僅僅需要幾秒鐘的時(shí)間，膠粘劑就能夠發(fā)揮作用，這樣一個(gè)部件連接點(diǎn)在噴涂上膠粘劑后，幾乎不用耗費(fèi)時(shí)間車身就可以移動(dòng)到生產(chǎn)線下一個(gè)膠粘劑噴涂點(diǎn)，粘合下一個(gè)連接點(diǎn)。除此之外，在一些核心連接點(diǎn)上還安裝了紅外線輔助加熱設(shè)備，進(jìn)一步縮短固化時(shí)間。i3車身上的粘結(jié)點(diǎn)線總長(zhǎng)度達(dá)到了160米。

　　除了車頂使用了可回收再利用的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，i3外圍全部采用樹(shù)脂塑料，這也是寶馬運(yùn)用這種材料的首款汽車。相同體積大小下，塑料板材的重量只有鋼板的一般，而且四分之一的樹(shù)脂材料還是可再生或可循環(huán)使用的。因?yàn)榧庸ぴO(shè)備存在一定的差異，車身外圍塑料板材由三種不同的熱塑性注射成型加工工藝完成，其中最先進(jìn)的是外圍塑料結(jié)構(gòu)和基底結(jié)構(gòu)同時(shí)注射成型和結(jié)合成整體的工藝。 本文來(lái)自123


高度自動(dòng)化的萊比錫車身車間

　　塑料板材的噴漆處理是一件一件完成的，有些部件僅僅需要一層面漆和一層保護(hù)層即可，但另外的部件則需要一層底漆。之所以減少底漆的使用，是因?yàn)槔脗鹘y(tǒng)的陽(yáng)離子電泳浸涂底漆工藝，會(huì)給車輛增加10公斤的漆面重量；另外萊比錫先進(jìn)的噴涂車間還節(jié)省了50%的電能消耗和70%的水消耗。說(shuō)到這就不得不提到，生產(chǎn)i3消耗的所有能量都是由當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力發(fā)電機(jī)提供的。


車身車間的機(jī)器手完成檢查和其他功能

　　i3搭載的大容量鋰離子電池和采用的鋁質(zhì)承載結(jié)構(gòu)都是在寶馬丁格爾芬工廠加工生產(chǎn)的，整套承載結(jié)構(gòu)包括160個(gè)焊接組分，電池組包括96個(gè)三星制造的方形蓄電單元。生產(chǎn)設(shè)備把蓄電單元成八個(gè)獨(dú)立的模塊，通過(guò)20個(gè)機(jī)器手的自動(dòng)化處理，依次加工出各模塊；然后把這些模塊安裝在高強(qiáng)度鋁材質(zhì)車體結(jié)構(gòu)中，最后再手工把它們串聯(lián)起來(lái)。功率125千瓦的電動(dòng)機(jī)是在寶馬蘭茨胡特工廠生產(chǎn)的，其中定子使用的銅線總長(zhǎng)度在2公里左右，以一種特殊的形式纏繞在定子上，來(lái)更好地降低總量。蘭茨胡特工廠還加工了i3使用的儀表面板。 內(nèi)容來(lái)自123456


車身模塊與驅(qū)動(dòng)模塊的拼接

　　i3的車身模塊和驅(qū)動(dòng)模塊（包括承載結(jié)構(gòu)、電池組、電動(dòng)機(jī)、選裝內(nèi)燃機(jī)、懸架等）是在萊比錫工廠由兩條獨(dú)立的生產(chǎn)線分別組裝的，然后僅需要十個(gè)金屬緊固件就能夠把這兩部分搭配為一個(gè)整體，但還需要使用上述的秘方膠粘劑才能實(shí)現(xiàn)最終的密封性連接。

　　現(xiàn)在讓我們把原材料送入車身加工車間，耐心等待二十個(gè)小時(shí)，你就可以在總裝車間出口見(jiàn)到一輛嶄新的寶馬i3了。


蓋世汽車