淺談摩托車車架塑料化

王琳琳

雅馬哈發(fā)動機研發(fā)（上海）有限公司 上海市 200241

1 引言

車架是摩托車的支撐結(jié)構(gòu)，它為摩托車的動力系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)，懸架系統(tǒng)以及相關(guān)的電氣系統(tǒng)提供相應(yīng)的支撐及安裝位置。摩托車車架的支撐功能決定了它具有高強度和高剛性的特征[1]，所以現(xiàn)代摩托車車架的常用材料主要是金屬材料，包括常見的鋼材、鋁合金、鎂合金，鈦合金等。這些金屬材料的車架具有高強度和高剛性的特征，但是其金屬本身的高密度特征限制了車架向更加輕便方向發(fā)展的可能?；诖?，用密度更小的塑料取代金屬來制造摩托車車架成為了一個發(fā)展趨勢。接下來，本文將針對摩托車車架塑料化進行簡要的分析。

2 摩托車車架塑料化的優(yōu)勢

2.1 塑料車架質(zhì)量輕

現(xiàn)代摩托車車架常用的金屬材料，密度一般較大，如鋁合金約2.7g/cm3，鋼材約7.8 g/cm3，鎂合金約 1.8g/cm3，鈦合金約 4.5 g/cm3。而塑料材的密度相對小很多，普遍在0.9～2.2g/cm3范圍之間。一臺車架，如果采用塑料制造，可以比金屬制造的車架總重量減輕10%以上。

2.2 塑料車架耐銹蝕

由于金屬具有易銹蝕的特點，因此，在制造時，為了避免生銹腐蝕，需要在車架表面進行噴漆，無法噴漆的地方則需要涂防銹劑。而塑料因為其本身耐腐蝕性強，不會生銹，因此不需要進行防銹處理，而且塑料對酸、堿、鹽等的抗腐蝕能力也大于金屬材，因此采用塑料車架的摩托車可以在污染非常嚴重的地區(qū)使用。

2.3 塑料車架振動小

因為摩托車發(fā)動機是直接安裝在車架上的，因此發(fā)動機運行時的振動會直接傳到車架上，發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，乘員對車架振動的感受越強烈。而塑料因為本身具有吸收和衰減振動及噪聲的作用，因此，如果采用塑料車架，可以減輕發(fā)動機傳到車架上的振動，提高乘員騎乘的舒適性。

2.4 塑料車架制造工序少

金屬車架普遍是由管材，板材等焊接而成，零部件眾多，不但制造工序復(fù)雜，各個零部件的焊接精度也難以保證。如果采用塑料材質(zhì)，由于塑料的可塑性，可以將原本眾多的零部件與車架主體直接設(shè)計成一體，通過模具注塑，一體成型，這樣不但會大大減少制造工序，縮短制造時間，同時能夠提高車架的制造精度。

2.5 塑料車架造型更自由且更美觀

金屬車架受限于金屬本身的性質(zhì)及制造工藝，以及各個系統(tǒng)的安裝位置，使得車架的形狀相對固定，且焊接部位非常多，如果焊接部位外露，會很不美觀。這就導(dǎo)致設(shè)計師在設(shè)計摩托車造型時，不僅要配合車架的形狀，還要保證造型能將焊接部位遮蓋住，這在很大程度上限制了摩托車，尤其是踏板車的造型設(shè)計。而塑料車架因為是通過模具注塑一體成型，不僅形狀可以自由設(shè)計，而且車架表面精度可以做到非常高，著色或者涂裝后會非常美觀，所以塑料車架可以直接作為摩托車造型的一部分，這樣就為摩托車外觀設(shè)計提供了非常大的造型自由度，可以更具有個性更富有想象力。

3 摩托車車架塑料化需要具備的重要條件

3.1 符合摩托車的使用要求的塑料材料是摩托車車架塑料化的基本條件

摩托車車架想要塑料化，首先需要存在能夠符合摩托車的使用要求的塑料材料，這種塑料材料需要具備以下幾點主要的性能。

①摩托車車架是摩托車的支撐結(jié)構(gòu)，需要具有高強度和高剛性，所以塑料本身必須具有高強度和高剛性。

②油箱是安裝在車架上的，因此車架會不可避免地接觸到汽油，為了保證車架被汽油長時間浸潤也不發(fā)生性能改變，需要塑料本身具有良好的耐油性。

③發(fā)動機在運行時會產(chǎn)生大量的熱量，為了避免塑料車架在發(fā)動機產(chǎn)生的高溫下變形或燃燒，需要塑料本身具有良好的耐熱性

④摩托車在使用時，需要面對長時間的日曬、高溫、低溫等環(huán)境，車架必須能夠保證長時間使用不變色、不老化龜裂，因此需要塑料本身具有良好的耐氣候性。

⑤摩托車大部分零部件均是安裝在車架上，因此車架的尺寸精度要求非常高，不能出現(xiàn)嚴重的熱脹冷縮的情況，因此需要塑料本身具有良好的熱穩(wěn)定性。

⑥塑料車架在設(shè)計時，需要將車架的支撐及安裝功能集合成一個整體，因此塑料車架不僅尺寸大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在注塑成型時，必須保證塑料能夠短時間充分地填充模具，因此需要塑料本身具有良好的流動性。

3.2 制造出符合摩托車使用要求的合格塑料車架是摩托車車架塑料化的必要條件

車架是摩托車的主要支撐結(jié)構(gòu)，它關(guān)系著乘員的駕駛安全，因此必須要保證它的品質(zhì)合格，車架塑料化才有意義。為了保證塑料車架的品質(zhì)，必須從設(shè)計及制造兩個方面考慮。

①設(shè)計階段

首先，塑料車架在設(shè)計階段，必須全面且嚴謹?shù)蒯槍Ω鞣N摩托車的使用情況進行詳細的檢討，杜絕設(shè)計缺陷。如果到制造過程中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，那么由于塑料車架是注塑成型，無法隨意改變結(jié)構(gòu)，可能會造成現(xiàn)有模具報廢，損失嚴重。如果到摩托車上市后再發(fā)現(xiàn)，那么輕者會導(dǎo)致摩托車的部分性能出現(xiàn)故障，重者會危害乘員的生命安全。因此，杜絕設(shè)計缺陷是保證塑料車架品質(zhì)的重中之重。

②制造階段

其次，塑料車架在成型時，很可能會存在縮水、變形、填充不足，飛邊、尺寸精度不良等制造缺陷，這些缺陷的存在不僅會導(dǎo)致車架外觀不良，零部件無法安裝，還會降低車架本身的強度和剛性，無法保證摩托車的使用安全，因此，杜絕制造缺陷也是保證塑料車架品質(zhì)的必要條件。

3.3 制造出成本低廉的塑料車架是摩托車車架塑料化的重要條件

成本是影響摩托車車架塑料化的重要方面，如果塑料車架比金屬車架的成本高出太多，那么將摩托車車架塑料化的價值將大大減小。由于塑料車架是模具注塑成型，成本主要由模具成本、材料成本以及制造成本構(gòu)成。

①模具成本

塑料車架的模具成本是由車架的尺寸及結(jié)構(gòu)決定的，因此，在車架設(shè)計階段，將車架設(shè)計的尺寸盡可能小，結(jié)構(gòu)盡可能簡單可以減少模具的成本。

②材料成本

如今能夠符合摩托車使用要求的塑料材料主要是碳纖維增強塑料，它具有密度小，強度高、彈性高、阻尼高、耐疲勞、耐腐蝕、耐輻射、抗蠕變、熱膨脹系數(shù)小等許多優(yōu)異的性能[2]，能夠符合摩托車車架的使用要求，但是由于碳纖維增強塑料的成本過高，現(xiàn)階段還僅僅是在一些賽車車架上應(yīng)用。

③制造成本

影響制造成本的因素主要是生產(chǎn)周期的長短，一臺車架的生產(chǎn)周期只有足夠短，才能實現(xiàn)車架的高產(chǎn)量、低單價，才能達到塑料車架的大規(guī)模量產(chǎn)的要求。

在2011年，日本帝人公司推出了能夠大規(guī)模生產(chǎn)碳纖維增強塑料的技術(shù)，這種技術(shù)能夠使汽車框架模塑成型需要的時間不到一分鐘，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。[3]這項尖端的技術(shù)也還是由于成本高的原因，如今還僅僅在汽車上應(yīng)用。

通過以上的分析，可以看出，成本過高是如今實現(xiàn)摩托車車架塑料化的最大阻礙，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，相信會出現(xiàn)成本更低更綠色環(huán)保的新材料和新技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)塑料摩托車車架的量產(chǎn)，并且能夠完成摩托車報廢后，塑料車架的回收利用。

4 摩托車車架塑料化的發(fā)展展望

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，汽車變得越來越普遍，漸漸的取代了摩托車的代步功能，因此未來的摩托車將不再主要是一種代步工具，而更多的是作為一種玩樂的工具而存在，因而能夠彰顯騎乘者的個性，并且能夠為騎乘者帶來靈活的操縱感以及高速度的快感的摩托車會更受到歡迎。而在實現(xiàn)摩托車的個性化、輕便化以及高速度化的過程中，摩托車車架進行塑料化是非常具有價值和可行性的發(fā)展方向。