Aplikace forem z termoplastických kompozitních materiálů LFT při odlehčování automobilů

Se zpřísněním globálních ekologických předpisů a rostoucí poptávkou po řadě nových energetických vozidel se odlehčení automobilů stalo hlavním směrem průmyslové modernizace. Termoplastické kompozity vyztužené dlouhými vlákny (LFT) se staly základním materiálem pro odlehčení díky jejich výhodám nízké hustoty, vysoké měrné pevnosti a recyklovatelnosti. Jako klíčové formovací zařízení LFT termoplastické kompozitní formy přímo určují přesnost, výkon a cenu komponent a jsou klíčové pro implementaci odlehčení. Tento článek v kombinaci s charakteristikami LFT materiálů a požadavky automobilové výroby zkoumá aplikační body, základní scénáře a vývojové trendy jejich forem.

 

I. Kompatibilita základních charakteristik LFT termoplastických kompozitů a forem

Materiály LFT se skládají z 6-25mm výztužných vláken (skleněná vlákna, uhlíková vlákna atd.) a termoplastických pryskyřic (PP, PA atd.), které kombinují vysokou pevnost vláken se snadnou zpracovatelností pryskyřic. Jejich hustota je pouze 1/4 až 1/3 hustoty oceli a jejich specifická pevnost je o 30 % až 50 % vyšší než u běžných plastových dílů s krátkými vlákny. Při ekvivalentní pevnosti mohou snížit hmotnost o 15 % až 25 % a jsou také odolné proti nárazu a rozměrově stálé, čímž splňují požadavek „snížení hmotnosti bez snížení pevnosti“.

Formy LFT jsou většinou vyrobeny z vysokopevnostní oceli{0}} a jsou vybaveny přesným chlazením a systémy horkých vtoků, které dokážou přesně řídit parametry formování, zachovat integritu vláken a splnit požadavky rychlé hromadné výroby. Ve srovnání s tradičními kovovými formami mají formy LFT kratší formovací cykly, vyšší flexibilitu, nižší opotřebení a lze je přizpůsobit tak, aby vyhovovaly komplexním konfiguracím automobilových dílů, přičemž slouží jako jádrový most spojující materiály LFT s lehkými aplikacemi.

 

 

II. Základní aplikační scénáře LFT termoplastických kompozitních forem v automobilovém odlehčování

Základní aplikační logika forem LFT je „plast místo oceli“ a zaměřuje se na struktury karoserie, podvozky, interiéry a klíčové komponenty nových energetických vozidel. Prostřednictvím přizpůsobeného tvarování lze dosáhnout snížení hmotnosti a zlepšení výkonu. Konkrétní scénáře jsou následující:

 

1. Konstrukční díly karoserie automobilu

Konstrukční díly karoserie jsou jádrem odlehčení. Formy LFT mohou nahradit různé konstrukční díly přesným řízením distribuce vláken. Například přední podélný nosník a prahový nosník mohou ve srovnání s ocelovými díly snížit hmotnost o 30 % až 40 % a zvýšit odolnost proti nárazu o více než 20 % a mohou být integrálně tvarovány, aby se snížily procesy svařování. Některé konstrukční díly karoserie BMW řady i jsou tvořeny LFT formami, které zajišťují snížení hmotnosti a tuhost.

Krycí díly, jako jsou vnitřní panely dveří a kapoty motoru, mají po vytvarování LFT formami výrazně sníženou hmotnost a vynikající zvukově izolační a tepelně izolační vlastnosti a jsou vhodné pro složité zakřivené povrchy. Mezi nimi může vnitřní panel dveří snížit hmotnost o více než 28 % ve srovnání s ocelovými díly a zlepšit tak zážitek z jízdy a jízdy.

 

2. Komponenty automobilového podvozku

Komponenty podvozku mají extrémně vysoké požadavky na pevnost a odolnost proti opotřebení. Formy LFT lze použít při výrobě ochranných krytů podvozku, držáků zavěšení, držáků akumulátorů atd. Kryty podvozku mohou snížit hmotnost o 55 % ve srovnání s ocelovými díly a mají lepší odolnost proti korozi; integrace závěsných držáků může snížit počet dílů a zlepšit stabilitu.

Nové držáky akumulátorů energetických vozidel, jako základní bezpečnostní komponenty, mohou dosáhnout rovnováhy mezi nízkou hmotností a vysokou pevností prostřednictvím tvarování forem LFT, snížení hmotnosti o více než 30 % ve srovnání s ocelovými díly a poskytnutí izolace a odolnosti proti nárazu. Některé modely jsou vybaveny lisovacími formami LFT-D-, které zajišťují úplnou impregnaci vláken a pryskyřic regulací teploty a tlaku, aby byla zaručena bezpečnost.

 

3. Komponenty automobilového interiéru

Vnitřní komponenty jsou četné a mají velký podíl na celkové hmotnosti. Formy LFT mohou dosáhnout lehké výroby rámů palubních desek, rámů sedadel atd., a to optimalizací dutiny formy a povrchové úpravy. Rámy přístrojové desky lze snížit hmotnost o 15 % až 20 % ve srovnání s tradičními plastovými díly se zvýšenou tuhostí a lze je integrálně tvarovat, aby se snížila montáž; Rámy sedadel kombinují procesy LFT a CFRTP, aby vyvážily snížení hmotnosti a podporu bezpečnosti.

Kromě toho jsou vnitřní části{0}}formované LFT recyklovatelné a zbytky lze znovu použít, což snižuje náklady a odpovídá trendu zeleného vývoje.

 

4. Speciální komponenty pro nová energetická vozidla

Nová energetická vozidla naléhavěji potřebují odlehčení. LFT formy vyvíjejí přizpůsobená řešení pro skořepiny bateriových sad, motorové skořepiny atd. Bateriové bateriové skořepiny vyrobené kombinací technologie mikrobuněčného pěnění s LFT formami lze snížit hmotnost o 22 % a mají o 25 % vyšší rázovou pevnost; pláště motorů mohou využít izolačních vlastností kompozitních materiálů ke zjednodušení izolačních konstrukcí a snížení složitosti.

 

 

III. Hlavní výhody forem z termoplastických kompozitních materiálů LFT v aplikacích pro odlehčování automobilů

 

1. Usnadnění extrémního snížení hmotnosti při zachování výkonu a šetrnosti k životnímu prostředí

 

Formy LFT mohou plně využít výhody odlehčení materiálů, zachovat integritu vláken, dosáhnout „snížení hmotnosti bez snížení pevnosti“ a zbytky materiálu z LFT a formy mohou být recyklovány, v souladu s trendem zeleného a udržitelného rozvoje automobilového průmyslu a splňující požadavky evropské legislativy ELV.

 

2. Zlepšení efektivity výroby a snížení výrobních nákladů

Formy LFT lze integrálně tvarovat, aby se snížily procesy svařování a montáže, s krátkými formovacími cykly (formy LFT-D zaberou pouze 30–60 sekund), což je vhodné pro hromadnou výrobu. Mají nízké ztráty, jednoduchou údržbu a náklady na materiály LFT jsou nižší než na materiály z uhlíkových vláken, což výrazně snižuje celkové náklady na díly.

 

3. Silná přizpůsobivost a splnění vlastních požadavků

Formy LFT lze navrhnout na zakázku-na základě struktury a výkonu součástí a přizpůsobit se potřebám různých částí, jako je karoserie a podvozek. Mohou tvořit složité zakřivené povrchové krytiny a vysoce{2}}pevnostní{3}}nosné díly a lze je přizpůsobit různým typům materiálů LFT, flexibilně upravovat obsah vláken a složení pryskyřice.

 

4. Synergická optimalizace, podpora modernizace odlehčovací technologie

LFT formy, materiály a tvářecí procesy spolupracují pomocí CAD/CAM a inteligentních snímacích technologií pro zlepšení přesnosti a konzistence lisování; v kombinaci s materiály CFRTP tvoří doplňková řešení, která vyvažují konstrukční výkon a účinnost lisování a podporují modernizaci technologie odlehčování.

 

IV. Problémy a řešení při aplikaci forem LFT termoplastických kompozitních materiálů při odlehčování automobilů

1. Existující hlavní problémy

V současné době existují čtyři hlavní překážky v aplikaci forem LFT: za prvé, nedostatečná přesnost formy v Číně, s nerovnoměrnou regulací teploty a tlaku vedoucí k nestabilnímu výkonu produktu; za druhé, spoléhání se na dovážené-výkonné materiály forem, což zvyšuje výrobní náklady; za třetí, potíže při vytváření složitých-tvarovaných součástí, náchylných k defektům; za čtvrté, nedostatečná kolaborativní optimalizace forem a tvářecích procesů, ovlivňující odlehčovací efekty a efektivitu.

 

2. Cesty řešení

K vyřešení výše uvedených problémů je třeba učinit průlom ve čtyřech aspektech: za prvé vyvinout pokročilé konstrukční a výrobní technologie pro optimalizaci struktury formy a chladicích systémů; za druhé, zintenzivnit výzkum a vývoj-výkonných materiálů pro formy, které nahradí dovážené materiály a sníží náklady; za třetí, vytvořit odpovídající modely forem, materiálů a procesů pro zlepšení kvality tvarování složitých součástí; za čtvrté, posílit průmyslovou-univerzitní-výzkumnou spolupráci s cílem vyvinout přizpůsobená řešení a urychlit implementaci technologií.

 

V. Vývojové trendy forem z termoplastických kompozitních materiálů LFT v odlehčování automobilů

V budoucnu budou formy LFT představovat pět hlavních trendů:

Prvníje inteligentní modernizace, která integruje senzorové a řídicí systémy k dosažení regulace parametrů-v reálném čase.

Druhý,Pro zvýšení univerzálnosti a snížení vstupních nákladů je kladen důraz na modularizaci a přizpůsobitelnost.

Třetí,integruje se s novými procesy, jako je 3D tisk a LFT-D, a rozšiřuje tak aplikační scénáře.

Čtvrtý,zelený rozvoj, používání materiálů a procesů šetrných k životnímu prostředí a podpora recyklace.

Pátýje urychlit domácí substituci, rozbít zahraniční monopoly a snížit náklady na odlehčení.