Zastosowanie form z termoplastycznego materiału kompozytowego LFT w zmniejszaniu ciężaru pojazdów

Wraz z zaostrzeniem światowych przepisów dotyczących ochrony środowiska i rosnącym zapotrzebowaniem na gamę nowych pojazdów energetycznych, zmniejszanie ciężaru pojazdów stało się głównym kierunkiem modernizacji przemysłu. Kompozyty termoplastyczne wzmocnione długimi włóknami (LFT) stały się podstawowym materiałem zmniejszającym wagę ze względu na ich zalety, takie jak niska gęstość, wysoka wytrzymałość właściwa i możliwość recyklingu. Jako kluczowe urządzenia do formowania, formy z kompozytów termoplastycznych LFT bezpośrednio decydują o precyzji, wydajności i kosztach komponentów, a także mają kluczowe znaczenie dla wprowadzenia lekkości. Artykuł ten, w połączeniu z charakterystyką materiałów LFT i wymaganiami produkcji samochodów, bada punkty zastosowania, podstawowe scenariusze i trendy rozwojowe ich form.

 

I. Zgodność charakterystyk rdzenia termoplastycznych kompozytów i form LFT

Materiały LFT składają się z włókien wzmacniających o średnicy 6-25 mm (włókna szklane, włókna węglowe itp.) i żywic termoplastycznych (PP, PA itp.), łącząc wysoką wytrzymałość włókien z łatwą przetwarzalnością żywic. Ich gęstość wynosi tylko 1/4 do 1/3 gęstości stali, a ich wytrzymałość właściwa jest o 30% do 50% wyższa niż w przypadku zwykłych części z tworzyw sztucznych o krótkich włóknach. Przy równoważnej wytrzymałości mogą zmniejszyć wagę o 15% do 25%, a także są odporne na uderzenia i stabilne wymiarowo, spełniając wymóg „zmniejszenia masy bez zmniejszania wytrzymałości”.

Formy LFT są w większości wykonane ze stali-o wysokiej wytrzymałości i wyposażone w precyzyjne systemy chłodzenia i gorących kanałów, które umożliwiają dokładną kontrolę parametrów formowania, zachowanie integralności włókien i spełnienie wymagań szybkiej produkcji masowej. W porównaniu z tradycyjnymi formami metalowymi formy LFT mają krótsze cykle formowania, większą elastyczność, mniejsze zużycie i można je dostosować tak, aby pasowały do ​​złożonych konfiguracji części samochodowych, służąc jako rdzeń łączący materiały LFT z lekkimi zastosowaniami.

 

 

II. Podstawowe scenariusze zastosowań termoplastycznych form kompozytowych LFT w zmniejszaniu ciężaru pojazdów

Podstawową logiką zastosowania form LFT jest „plastik zamiast stali”, skupiająca się na konstrukcjach nadwozia, podwoziu, wnętrzach i podstawowych komponentach nowych pojazdów energetycznych. Dzięki niestandardowemu formowaniu można osiągnąć redukcję masy i poprawę wydajności. Konkretne scenariusze są następujące:

 

1. Części konstrukcyjne nadwozia samochodowego

Części konstrukcyjne nadwozia są podstawą zmniejszenia masy ciała. Formy LFT mogą zastąpić różne części konstrukcyjne poprzez precyzyjną kontrolę rozkładu włókien. Na przykład przednia belka wzdłużna i belka progowa w porównaniu z częściami stalowymi mogą zmniejszyć masę o 30% do 40% i zwiększyć odporność na uderzenia o ponad 20%, a także mogą być formowane integralnie w celu ograniczenia procesów spawania. Niektóre elementy konstrukcyjne nadwozia BMW serii i są formowane za pomocą form LFT, co zapewnia redukcję masy i sztywność.

Części pokrywające, takie jak wewnętrzne panele drzwi i maski silnika, po uformowaniu w formach LFT, mają znacznie zmniejszoną wagę oraz doskonałe właściwości izolacji akustycznej i cieplnej, a także nadają się do skomplikowanych projektów zakrzywionych powierzchni. Wśród nich wewnętrzny panel drzwi może zmniejszyć wagę o ponad 28% w porównaniu z częściami stalowymi, poprawiając wrażenia z jazdy i jazdy.

 

2. Elementy podwozia pojazdów samochodowych

Elementy podwozia mają niezwykle wysokie wymagania dotyczące wytrzymałości i odporności na zużycie. Formy LFT można stosować do produkcji osłon podwozia, wsporników zawieszenia, wsporników akumulatorów itp. Osłony podwozia mogą zmniejszyć wagę o 55% w porównaniu z częściami stalowymi i mają lepszą odporność na korozję; integracja wsporników zawieszenia może zmniejszyć liczbę części i poprawić stabilność.

Nowe wsporniki pakietów akumulatorów do pojazdów energetycznych, jako podstawowe elementy bezpieczeństwa, mogą osiągnąć równowagę pomiędzy lekkością a wysoką wytrzymałością dzięki formowaniu formy LFT, zmniejszając wagę o ponad 30% w porównaniu do części stalowych oraz zapewniając izolację i odporność na uderzenia. W niektórych modelach zastosowano formy do formowania tłocznego LFT-D-in-line, zapewniające pełną impregnację włókien i żywic poprzez regulację temperatury i ciśnienia, aby zagwarantować bezpieczeństwo.

 

3. Elementy wnętrza pojazdów

Elementy wnętrza są liczne i stanowią dużą część masy całkowitej. Formy LFT umożliwiają lekką produkcję ram deski rozdzielczej, ram siedzeń itp. poprzez optymalizację wnęki formy i obróbki powierzchni. Ramy deski rozdzielczej można zmniejszyć o 15–20% w porównaniu z tradycyjnymi częściami z tworzyw sztucznych, przy zwiększonej sztywności i można je formować integralnie, aby ograniczyć montaż; ramy siedzeń łączą procesy LFT i CFRTP, aby zrównoważyć redukcję masy i zapewnić bezpieczeństwo.

Ponadto części wewnętrzne formowane-w formie LFT nadają się do recyklingu, a odpady można ponownie wykorzystać, co pozwala obniżyć koszty i jest zgodne z trendem ekologicznego rozwoju.

 

4. Specjalne komponenty do pojazdów nowej energii

Nowe pojazdy energetyczne wymagają pilniejszego zmniejszenia masy. Formy LFT opracowują niestandardowe rozwiązania dla korpusów akumulatorów, korpusów silników itp. Obudowy akumulatorów produkowane w wyniku połączenia technologii spieniania mikrokomórkowego z formami LFT mogą być zmniejszone o 22% i mieć 25% wzrost udarności; Pancerze silników mogą wykorzystywać właściwości izolacyjne materiałów kompozytowych, aby uprościć konstrukcje izolacyjne i zmniejszyć złożoność.

 

 

III. Podstawowe zalety form z termoplastycznego materiału kompozytowego LFT w zastosowaniach związanych z lekkimi elementami motoryzacyjnymi

 

1. Ułatwienie ekstremalnej redukcji masy przy jednoczesnym zachowaniu wydajności i przyjazności dla środowiska

 

Formy LFT mogą w pełni wykorzystać zalety materiałów w zakresie lekkości, zachować integralność włókien, osiągnąć „redukcję masy bez zmniejszania wytrzymałości”, a materiał LFT i resztki formujące można poddać recyklingowi, zgodnie z trendem ekologicznego i zrównoważonego rozwoju przemysłu motoryzacyjnego oraz spełniając wymagania europejskiego prawodawstwa ELV.

 

2. Poprawa efektywności produkcji i obniżenie kosztów produkcji

Formy LFT można formować integralnie, co pozwala ograniczyć procesy spawania i montażu, przy krótkich cyklach formowania (formy LFT-D trwają tylko 30–60 sekund) i nadają się do produkcji masowej. Mają niskie straty, prostą konserwację, a koszt materiałów LFT jest niższy niż materiałów z włókna węglowego, co znacznie zmniejsza całkowity koszt części.

 

3. Silna zdolność adaptacji i spełnianie niestandardowych wymagań

Formy LFT można projektować na zamówienie-na podstawie struktury i wydajności komponentów, dostosowując się do potrzeb różnych części, takich jak nadwozie i podwozie. Mogą tworzyć złożone zakrzywione pokrycia powierzchni i-części nośne o wysokiej wytrzymałości-i można je dostosować do różnych typów materiałów LFT, elastycznie dopasowując zawartość włókien i formułę żywicy.

 

4. Optymalizacja synergistyczna, promująca unowocześnienie technologii lekkiej

Formy, materiały i procesy formowania LFT współpracują ze sobą, wykorzystując technologie CAD/CAM i inteligentne czujniki w celu poprawy dokładności i spójności formowania; w połączeniu z materiałami CFRTP w celu utworzenia rozwiązań uzupełniających, równoważących wydajność konstrukcyjną i wydajność formowania, promując unowocześnienie technologii lekkiej.

 

IV. Problemy i rozwiązania w zastosowaniu form z termoplastycznego materiału kompozytowego LFT w lekkich pojazdach

1. Istniejące główne problemy

Obecnie istnieją cztery główne wąskie gardła w stosowaniu form LFT: po pierwsze, niewystarczająca precyzja formy w Chinach, nierówna kontrola temperatury i ciśnienia prowadząca do niestabilnej wydajności produktu; po drugie, poleganie na importowanych-wysokowydajnych materiałach na formy, co zwiększa koszty produkcji; po trzecie, trudności w tworzeniu komponentów-o skomplikowanych kształtach, podatnych na wady; po czwarte, niewystarczająca współpraca w zakresie optymalizacji form i procesów formowania, wpływająca na zmniejszenie masy i wydajność.

 

2. Ścieżki rozwiązań

Aby rozwiązać powyższe problemy, należy dokonać przełomu w czterech aspektach: po pierwsze, opracować zaawansowane technologie projektowania i produkcji w celu optymalizacji konstrukcji formy i systemów chłodzenia; po drugie, zintensyfikować badania i rozwój-wysokiej jakości materiałów na formy, aby zastąpić import i obniżyć koszty; po trzecie, ustal pasujące modele form, materiałów i procesów, aby poprawić jakość formowania złożonych komponentów; po czwarte, zacieśnij współpracę badawczą-uczelni-przemysłu w celu opracowania niestandardowych rozwiązań i przyspieszenia wdrażania technologii.

 

V. Trendy rozwojowe form z termoplastycznych materiałów kompozytowych LFT w lekkich pojazdach

W przyszłości formy LFT będą prezentować pięć głównych trendów:

Pierwszyto inteligentna modernizacja, integrująca czujniki i systemy sterowania w celu uzyskania-regulacji parametrów w czasie rzeczywistym.

Drugi,nacisk położony jest na modularyzację i możliwość dostosowania, aby zwiększyć uniwersalność i zmniejszyć koszty nakładów.

Trzeci,integruje się z nowymi procesami, takimi jak drukowanie 3D i LFT-D, aby rozszerzyć scenariusze zastosowań.

Czwarty,zielony rozwój, stosowanie materiałów i procesów przyjaznych środowisku oraz promowanie recyklingu.

Piątyjest przyspieszenie krajowej substytucji, przełamanie zagranicznych monopoli i zmniejszenie kosztów odchudzania.