Uporaba kalupov iz termoplastičnih kompozitnih materialov LFT v lahki avtomobilski industriji

Z zaostrovanjem globalnih okoljskih predpisov in vse večjim povpraševanjem po ponudbi novih energetskih vozil je avtomobilska lahka teža postala osrednja usmeritev za industrijsko nadgradnjo. Termoplastični kompoziti, ojačani z dolgimi vlakni (LFT), so zaradi svojih prednosti nizke gostote, visoke specifične trdnosti in možnosti recikliranja postali osrednji material za lahke materiale. Kot ključna oprema za oblikovanje termoplastični kompozitni kalupi LFT neposredno določajo natančnost, zmogljivost in ceno komponent ter so ključnega pomena za izvajanje lahke teže. Ta članek v kombinaciji z značilnostmi materialov LFT in zahtevami avtomobilske proizvodnje raziskuje točke uporabe, glavne scenarije in razvojne trende njihovih kalupov.

 

I. Združljivost osnovnih značilnosti LFT termoplastičnih kompozitov in kalupov

Materiali LFT so sestavljeni iz 6-25 mm ojačitvenih vlaken (steklena vlakna, ogljikova vlakna itd.) in termoplastičnih smol (PP, PA itd.), ki združujejo visoko trdnost vlaken z enostavno obdelavo smol. Njihova gostota je le 1/4 do 1/3 gostote jekla, njihova specifična trdnost pa je 30 % do 50 % večja kot pri običajnih plastičnih delih s kratkimi vlakni. Pri enakovredni trdnosti lahko zmanjšajo težo za 15 % do 25 %, prav tako so odporni na udarce in dimenzijsko stabilni ter izpolnjujejo zahtevo po "zmanjšanju teže brez zmanjšanja trdnosti".

Kalupi LFT so večinoma izdelani iz visoko{0}}trdnega jekla in so opremljeni z natančnimi hladilnimi in vročimi sistemi, ki lahko natančno nadzirajo parametre oblikovanja, ohranijo celovitost vlaken in izpolnjujejo zahteve hitre množične proizvodnje. V primerjavi s tradicionalnimi kovinskimi kalupi imajo kalupi LFT krajše cikle oblikovanja, večjo fleksibilnost, manjšo obrabo in jih je mogoče prilagoditi tako, da ustrezajo zapletenim konfiguracijam avtomobilskih delov, pri čemer služijo kot osrednji most, ki povezuje materiale LFT z lahkimi aplikacijami.

 

 

II. Osnovni scenariji uporabe termoplastičnih kompozitnih kalupov LFT v lahki avtomobilski industriji

Osnovna logika uporabe kalupov LFT je "plastika namesto jekla", ki se osredotoča na karoserijske strukture, podvozje, notranjost in glavne komponente novih energetskih vozil. Z oblikovanjem po meri je mogoče doseči zmanjšanje teže in izboljšanje učinkovitosti. Posebni scenariji so naslednji:

 

1. Strukturni deli avtomobilske karoserije

Karoserijski strukturni deli so jedro lahke teže. LFT kalupi lahko nadomestijo različne strukturne dele z natančnim nadzorom porazdelitve vlaken. Na primer, sprednji vzdolžni nosilec in nosilec praga lahko v primerjavi z jeklenimi deli zmanjšata težo za 30 % do 40 % in povečata odpornost na udarce za več kot 20 % in ju je mogoče v celoti oblikovati za zmanjšanje varilnih postopkov. Nekateri strukturni deli karoserije serije BMW i so oblikovani z LFT kalupi, kar zagotavlja zmanjšanje teže in togost.

Pokrivni deli, kot so notranje plošče vrat in pokrovi motorja, imajo po oblikovanju s kalupi LFT bistveno manjšo težo ter odlične lastnosti zvočne in toplotne izolacije ter so primerni za kompleksne zasnove ukrivljenih površin. Med njimi lahko notranja plošča vrat zmanjša težo za več kot 28 % v primerjavi z jeklenimi deli, kar izboljša izkušnjo vožnje in vožnje.

 

2. Komponente avtomobilske šasije

Komponente šasije imajo izjemno visoke zahteve glede trdnosti in odpornosti proti obrabi. Kalupi LFT se lahko uporabljajo pri izdelavi ščitnikov podvozja, vzmetnih nosilcev, nosilcev baterijskega paketa itd. Zaščitniki podvozja lahko zmanjšajo težo za 55 % v primerjavi z jeklenimi deli in imajo boljšo odpornost proti koroziji; integracija vzmetnih nosilcev lahko zmanjša število delov in izboljša stabilnost.

Novi nosilci baterijskih paketov za energetska vozila kot ključne varnostne komponente lahko dosežejo ravnovesje med lahkoto in visoko trdnostjo z oblikovanjem kalupa LFT, kar zmanjša težo za več kot 30 % v primerjavi z jeklenimi deli ter zagotavlja izolacijo in odpornost na udarce. Nekateri modeli uporabljajo LFT-D in-line kompresijske kalupe, ki zagotavljajo popolno impregnacijo vlaken in smol z uravnavanjem temperature in tlaka, da se zagotovi varnost.

 

3. Komponente avtomobilske notranjosti

Notranji deli so številni in predstavljajo velik delež celotne teže. Kalupi LFT lahko dosežejo lahko proizvodnjo okvirjev armaturne plošče, okvirjev sedežev itd., tako da optimizirajo votlino kalupa in površinsko obdelavo. Teža okvirjev armaturne plošče se lahko zmanjša za 15 % do 20 % v primerjavi s tradicionalnimi plastičnimi deli, s povečano togostjo in jih je mogoče v celoti oblikovati, da zmanjšate montažo; okvirji sedežev združujejo postopke LFT in CFRTP za uravnoteženje zmanjšanja teže in zagotavljanje varnosti.

Poleg tega je notranje dele,-oblikovane v kalupu LFT, mogoče reciklirati, ostanke pa je mogoče ponovno uporabiti, kar zmanjša stroške in je v skladu s trendom zelenega razvoja.

 

4. Posebne komponente za nova energetska vozila

Nova energetska vozila imajo nujnejšo potrebo po lažji teži. Kalupi LFT razvijajo prilagojene rešitve za lupine baterijskih paketov, lupine motorjev itd. Lupine baterijskih paketov, proizvedene s kombinacijo tehnologije mikroceličnega penjenja z kalupi LFT, lahko zmanjšajo težo za 22 % in imajo 25 % večjo udarno trdnost; lupine motorjev lahko izkoristijo izolacijske lastnosti kompozitnih materialov za poenostavitev izolacijskih struktur in zmanjšanje zapletenosti.

 

 

III. Glavne prednosti kalupov iz termoplastičnih kompozitnih materialov LFT v aplikacijah za lahke avtomobile

 

1. Omogoča ekstremno zmanjšanje teže ob ohranjanju učinkovitosti in prijaznosti do okolja

 

Kalupi LFT lahko v celoti izkoristijo prednosti lahkih materialov, ohranijo celovitost vlaken, dosežejo "zmanjšanje teže brez zmanjšanja trdnosti", material LFT in ostanke oblikovanja kalupov pa je mogoče reciklirati, kar je v skladu z zelenim in trajnostnim razvojnim trendom avtomobilske industrije in izpolnjuje zahteve evropske zakonodaje ELV.

 

2. Izboljšanje proizvodne učinkovitosti in zmanjšanje proizvodnih stroškov

Kalupe LFT je mogoče v celoti oblikovati, da zmanjšate postopke varjenja in sestavljanja, s kratkimi cikli oblikovanja (kalupi LFT-D trajajo le 30–60 sekund), kar je primerno za množično proizvodnjo. Imajo nizke izgube, preprosto vzdrževanje, stroški materialov LFT pa so nižji od stroškov materialov iz ogljikovih vlaken, kar znatno zmanjša skupne stroške delov.

 

3. Močna prilagodljivost in izpolnjevanje prilagojenih zahtev

Kalupe LFT je mogoče-izdelati po meri glede na strukturo in zmogljivost komponent ter se prilagoditi potrebam različnih delov, kot sta karoserija in šasija. Oblikujejo lahko zapletene ukrivljene površinske obloge in visoko{2}}nosilne-dele, ter jih je mogoče prilagoditi različnim vrstam materialov LFT, s prilagodljivim prilagajanjem vsebnosti vlaken in formule smol.

 

4. Sinergijska optimizacija, spodbujanje nadgradnje tehnologije lahke teže

Kalupi LFT, materiali in procesi oblikovanja delujejo skupaj z uporabo CAD/CAM in tehnologij inteligentnega zaznavanja za izboljšanje natančnosti in doslednosti oblikovanja; v kombinaciji z materiali CFRTP za oblikovanje komplementarnih rešitev, ki uravnotežijo strukturno zmogljivost in učinkovitost oblikovanja ter spodbujajo nadgradnjo tehnologije lahke teže.

 

IV. Težave in rešitve pri uporabi kalupov iz termoplastičnih kompozitnih materialov LFT v avtomobilski lahki industriji.

1. Obstoječe glavne težave

Trenutno obstajajo štiri velika ozka grla pri uporabi kalupov LFT: prvič, nezadostna natančnost kalupov na Kitajskem, z neenakomernim nadzorom temperature in tlaka, ki vodi do nestabilne učinkovitosti izdelka; drugič, odvisnost od uvoženih visoko{0}}zmogljivih materialov za kalupe, povečanje proizvodnih stroškov; tretjič, težave pri oblikovanju komponent-kompleksnih oblik, nagnjenih k okvaram; četrtič, nezadostna skupna optimizacija kalupov in procesov oblikovanja, kar vpliva na učinke lahke teže in učinkovitost.

 

2. Poti rešitev

Za reševanje zgornjih težav je treba doseči preboje v štirih vidikih: prvič, razviti napredne tehnologije oblikovanja in izdelave za optimizacijo strukture kalupov in hladilnih sistemov; drugič, povečati raziskave in razvoj visoko-zmogljivih materialov za kalupe za nadomestitev uvoza in zmanjšanje stroškov; tretjič, vzpostavitev ujemajočih se modelov za kalupe, materiale in postopke za izboljšanje kakovosti oblikovanja kompleksnih komponent; četrtič, okrepite industrijsko-univerzno-raziskovalno sodelovanje za razvoj prilagojenih rešitev in pospešitev uvajanja tehnologije.

 

V. Razvojni trendi kalupov iz termoplastičnih kompozitnih materialov LFT v avtomobilski lahki industriji

V prihodnosti bodo LFT kalupi predstavljali pet glavnih trendov:

Prvije inteligentna nadgradnja, ki vključuje senzorske in krmilne sisteme za doseganje-regulacije parametrov v realnem času.

Drugič,Modularizacija in prilagodljivost sta poudarjeni za povečanje univerzalnosti in zmanjšanje vhodnih stroškov.

Tretjič,integrira se z novimi procesi, kot sta 3D-tiskanje in LFT-D, za razširitev aplikacijskih scenarijev.

Četrtič,zeleni razvoj, uporaba okolju prijaznih materialov in postopkov ter spodbujanje recikliranja.

petije pospešiti domačo zamenjavo, razbiti tuje monopole in zmanjšati stroške lahkega.