北京中材汽車複合材料有限公司副總經理 凌靜女士
在汽車輕量化的發展進程中，發動機部件以塑代鋼的輕量化應用雖然已相當成熟，但在國內汽車發動機製造領域，特別是大馬力柴油發動機製造領域，大範圍的以塑代鋼輕量化進程卻相對緩慢！
伴隨著全球最嚴厲的排放法規之一“國六”標準的出臺，大幅度減輕發動機重量、實現節能減排已成為擺在這些發動機製造企業面前一項緊迫的任務！
然而，如何才能在不影響當前業務的前提下，實現以塑代鋼的快速、可靠切換呢？
作為美國康明斯公司的全球供應商，北京中材汽車複合材料有限公司在此方面經驗豐富。
帶著相關問題，最近本刊走訪了這家公司，與該公司副總經理凌靜女士作了深入探討。
北京中材汽車複合材料有限公司（以下簡稱“北京中材”）創建於2000年，成立伊始就一直專注於高品質汽車複合材料的研究和製造，是中材科技培育的纖維增強複合材料行業集研究、設計開發、生產製造於一體的高新技術企業，在汽車複合材料的研究和製造方面有著得天獨厚的先天優勢。
2004年，該公司進入汽車配套領域，並在SMC等熱固性汽車複合材料及製品的開發、製造方面形成了自有知識產權。基於此，2007年，當美國康明斯公司希望在國內找到一家可靠的發動機複合材料零部件供應商時，北京中材也就順理成章地成為美國康明斯心目中理想的合作伙伴而參與到康明斯柴油發動機缸蓋罩的開發之中，這在當時的中國，是一項比較前瞻的行動！
2009年，北京中材實現了康明斯柴油發動機缸蓋罩的國內配套，成功地解決了當時重慶康明斯發動機有限公司和西安康明斯發動機有限公司國內裝機採購配件週期長的難題。
北京中材設計開發的柴油發動機缸蓋罩
經過近兩年的考察，2011年，美國康明斯公司指定北京中材為其柴油發動機缸蓋罩的全球供應商。
目前，北京中材已擁有SMC和玻纖增強PA66這兩種材料和工藝體系的發動機缸蓋罩產品，這些產品完全具有自主知識產權，並通過了康明斯北美的全球認證。
與此同時，基於前期合作帶來的信任，自2010年起，北京中材陸續承擔了國內主流柴油發動機公司油底殼、氣門室罩蓋的配套開發。
從最初為3.8L排量柴油發動機開發油底殼起步，目前，北京中材自主設計開發的油底殼和氣門室罩蓋已覆蓋了2.8L、3.8L、4.0L、4.5L、6L、9L、11L、13L和15L等輕型、中型和重型各種排量的柴油發動機。
北京中材設計開發的柴油發動機油底殼
北京中材設計開發的柴油發動機油底殼
近些年來，塑料及複合材料零部件的廣泛應用為發動機滿足日益嚴格的排放標準作出了積極貢獻。
據凌靜副總經理介紹，用複合材料替代金屬後，可以將“五臟俱全”的各種零配件整合在一起，最高能夠達到50%的減重效果。因此，同樣是11L排量的柴油發動機，不同廠家、不同工藝路線的產品，最終表現在重量上的差距達200kg以上。
當然，複合材料的發動機部件帶來的好處絕不只是減重。
以油底殼為例，凌靜副總經理介紹說：
◆除減重外，複合材料還提供了優良的NVH性能，而其高度的集成性不僅減少了零配件的數量和組裝工步，縮短了生產週期，降低了綜合成本；
◆同時，油底殼與發動機本體的連接方式也發生了根本變化，避免了汽車行駛過程中的振動而導致部件與本體焊接連接部分的脫離失效；
◆另外，雙重密封還進一步提高了可靠性。
總之，與金屬部件相比，複合材料的發動機部件具有綜合優勢，涉及集成、減重、NVH和可靠性等多個方面，幫助用戶解決了很多實際問題。
但是，對於這種高度集成的一體化部件，要想將抗衝擊、耐壓、耐腐蝕和耐熱等多種功能集於一體，並確保在注塑、焊接等成型過程中，集成連接螺栓、密封、油尺嵌件、油道和過濾器等傳統金屬油底殼需要單獨組裝的多種零配件，如此複雜的設計，對於零部件供應商而言，卻是不小的挑戰！顯然，沒有豐富的經驗，很難設計出符合客戶要求的訂製化產品。
凌靜副總經理介紹說，北京中材只需要獲得主機廠提供的發動機邊界尺寸和整車空間包絡要求，就能自主完成設計。
豐富的設計經驗，還確保了產品在生命週期內具有足夠的安全可靠性。
比如，大尺寸的發動機缸蓋罩，目前最難解決的就是漏油問題，但北京中材的設計，完全避免了這一問題；另外，該公司設計的油底殼，在遭受飛石衝擊後不會破損，截止到目前，其交付客戶的大約幾十萬個油底殼，從未出現過因石擊破損而導致發動機失效的情況。
不可否認，強大的設計能力離不開可靠的CAE分析。
通過模流、模態、振動、慣性應力、內壓、爆破以及法蘭蠕變、油道壓降和飛石衝擊等一系列CAE分析，北京中材在設計過程中就能夠準確地預測油底殼和缸蓋罩在振動響應下的模態形式，評價油底殼和缸蓋罩的耐壓能力、長期老化下的密封性能以及油底殼的抗衝擊能力等。
毫無疑問，作為美國康明斯公司指定的全球供應商，北京中材從廠房建設到開發流程，都嚴格遵守國際化的規範要求，並獲得了IATF16949 和ISO9001質量管理體系認證、ISO14001環境管理體系認證及ISO18001職業健康安全管理體系認證。
在產品交付客戶前，該公司還能自主完成一系列的功能性試驗，包括高低溫試驗、衝擊試驗、特殊環境下的耐久試驗以及力學性能試驗、油道和本體的耐壓爆破試驗等。
據凌靜副總經理介紹，北京中材目前生產的發動機部件，採用的是主機廠指定的杜邦和巴斯夫的玻纖增強PA66粒料，但實際上，該公司還能夠利用克勞斯瑪菲的2000t注塑機，通過直接在線混煉的方式，生產出功能性更好的產品。
她向我們展示了該公司採用直接在線混煉技術開發的一款前端支架，它由30%長玻纖增強PP製成，能夠將大燈、水箱和散熱器等大約20種零部件集於一體。
北京中材採用直接在線混煉技術開發的前端支架擁有很高的集成度
她介紹說，直接在線混煉的好處是，可以確保部件中的纖維長度更長，從而提供足夠的強度和剛性，這樣，就無需再裝配金屬骨架，最終部件的重量更輕。
目前，北京中材擁有380～2000t等多種型號的注塑機，包括克勞斯瑪菲、海天和震雄的設備，能夠滿足重量24g～10.8kg產品的注塑成型。
注塑成型好的發動機油底殼
注塑成型好的發動機缸蓋罩
此外，還擁有200～2000t的壓機，用於多種型號SMC產品的壓制。
通過模具預變形結構處理，該公司確保了產品尺寸的穩定性，成品率幾乎100%。出模後的產品無需修整，直接進入裝配、焊接、檢測和清潔流程，生產效率很高。
進行冷插操作的發動機油底殼
北京中材現有的主導產品主要包括缸蓋罩系列、油底殼系列和發動機護罩系列。
北京中材設計開發的柴油發動機護罩
但作為一家設計開發、製造和檢測能力都很強大的技術型企業，該公司在碳纖維部件和新能源電池包的開發上也極具優勢，曾圓滿完成國家輕量化項目中一款越野車碳纖維頂蓋的全流程開發。
此外，還成功開發出用於出口的玻纖增強PET注塑成型的小尺寸電池包和熱固性材料模壓成型的大尺寸電池包。
凌靜副總經理表示，隨著“國六”標準的出臺，北京中材的技術及其開發的產品將迎來更加廣泛的用武之地。目前除康明斯全球及中國重型汽車集團有限公司外，一些新的客戶也在積極地與該公司洽談合作。
該公司奉行“發展技術，穩定質量，用戶滿意，持續改進”的質量方針，堅持“市場導向，追求卓越”的經營理念，正在成長為汽車複合材料領域有較強影響力的國際化企業！
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