Применение форм для изготовления термопластичных композитных материалов LFT в облегченной автомобильной промышленности

С ужесточением глобальных экологических норм и растущим спросом на новые виды транспортных средств, облегчение автомобилей стало основным направлением модернизации промышленности. Термопластичные композиты (LFT), армированные длинными волокнами, стали основным материалом для облегчения конструкции благодаря своим преимуществам: низкой плотности, высокой удельной прочности и возможности вторичной переработки. Являясь ключевым формовочным оборудованием, формы для термопластичных композитов LFT напрямую определяют точность, производительность и стоимость компонентов, а также имеют решающее значение для снижения веса. В этой статье, в сочетании с характеристиками материалов LFT и требованиями автомобильного производства, исследуются точки применения, основные сценарии и тенденции развития их форм.

 

I. Совместимость основных характеристик термопластичных композитов LFT и форм.

Материалы LFT состоят из армирующих волокон диаметром 6-25 мм (стекловолокно, углеродное волокно и т. д.) и термопластичных смол (ПП, ПА и т. д.), сочетающих в себе высокую прочность волокон с легкостью обработки смол. Их плотность составляет всего от 1/4 до 1/3 плотности стали, а удельная прочность на 30–50 % выше, чем у обычных деталей из коротковолокнистого пластика. При эквивалентной прочности они могут снизить вес на 15–25 %, а также являются ударопрочными и стабильными по размерам, что соответствует требованию «снижения веса без снижения прочности».

Формы LFT в основном изготавливаются из-высокопрочной стали и оснащены точными системами охлаждения и горячеканальными системами, которые позволяют точно контролировать параметры формования, сохранять целостность волокон и удовлетворять требованиям быстрого массового производства. По сравнению с традиционными металлическими формами, формы LFT имеют более короткие циклы формования, более высокую гибкость, меньший износ и могут быть адаптированы к сложным конфигурациям автомобильных деталей, выступая в качестве связующего звена, соединяющего материалы LFT с легкими изделиями.

 

 

II. Основные сценарии применения форм для изготовления термопластичных композитов LFT в легкой автомобильной промышленности

Основная логика применения форм LFT — «пластик вместо стали» с упором на конструкции кузова, шасси, интерьер и основные компоненты транспортных средств на новых источниках энергии. Благодаря индивидуальному формованию можно добиться снижения веса и улучшения характеристик. Конкретные сценарии следующие:

 

1. Детали конструкции кузова автомобиля.

Детали конструкции кузова являются основой облегчения. Формы LFT могут заменять различные детали конструкции за счет точного контроля распределения волокон. Например, передняя продольная балка и пороговая балка по сравнению со стальными деталями могут снизить вес на 30–40 % и повысить ударопрочность более чем на 20 %, а также могут быть отлиты целиком для сокращения сварочных процессов. Некоторые конструктивные элементы кузова BMW i серии изготовлены с помощью форм LFT, что обеспечивает снижение веса и жесткость.

Детали покрытия, такие как внутренние панели дверей и капоты двигателя, после формования в формах LFT имеют значительно меньший вес, отличные звукоизоляционные и теплоизоляционные свойства и подходят для конструкций со сложной изогнутой поверхностью. Среди них внутренняя панель двери может снизить вес более чем на 28% по сравнению со стальными деталями, улучшая впечатления от вождения и езды.

 

2. Компоненты автомобильного шасси

К компонентам шасси предъявляются чрезвычайно высокие требования к прочности и износостойкости. Пресс-формы LFT могут использоваться при производстве защитных ограждений шасси, кронштейнов подвески, кронштейнов аккумуляторных батарей и т. д. Защитные ограждения шасси позволяют снизить вес на 55% по сравнению со стальными деталями и имеют лучшую коррозионную стойкость; интеграция подвесных кронштейнов позволяет уменьшить количество деталей и повысить устойчивость.

Кронштейны аккумуляторных батарей для новых энергетических транспортных средств, как основные компоненты безопасности, могут обеспечить баланс между легким весом и высокой прочностью за счет формования LFT, снижая вес более чем на 30% по сравнению со стальными деталями и обеспечивая изоляцию и ударопрочность. В некоторых моделях используются поточные пресс-формы LFT-D для-линейного формования, обеспечивающие полную пропитку волокон и смол путем регулирования температуры и давления для обеспечения безопасности.

 

3. Компоненты салона автомобиля.

Внутренние компоненты многочисленны и составляют значительную долю общего веса. Пресс-формы LFT позволяют добиться облегчения производства рамок приборной панели, рам сидений и т. д. за счет оптимизации полости формы и обработки поверхности. Каркасы приборной панели могут быть уменьшены по весу на 15–20% по сравнению с традиционными пластиковыми деталями, имеют повышенную жесткость и могут быть выполнены как единое целое для упрощения сборки; Каркасы сидений сочетают в себе процессы LFT и CFRTP, чтобы сбалансировать снижение веса и обеспечить безопасность.

Кроме того, внутренние детали, изготовленные в форме LFT-, подлежат вторичной переработке, а отходы можно использовать повторно, что снижает затраты и соответствует тенденции экологически чистого развития.

 

4. Специальные компоненты для транспортных средств на новых источниках энергии.

Транспортные средства на новой энергии имеют более острую потребность в облегчении. Пресс-формы LFT разрабатывают индивидуальные решения для корпусов аккумуляторных блоков, корпусов двигателей и т. д. Корпуса аккумуляторных блоков, изготовленные путем сочетания технологии микроячеистого вспенивания с формами LFT, могут быть уменьшены в весе на 22 % и иметь повышенную ударную вязкость на 25 %; Корпуса двигателей могут использовать преимущества изоляционных свойств композитных материалов для упрощения изоляционных конструкций и снижения сложности.

 

 

III. Основные преимущества форм из термопластичных композитных материалов LFT в облегчении автомобильной промышленности.

 

1. Содействие значительному снижению веса при сохранении производительности и экологичности.

 

Формы LFT могут в полной мере использовать преимущества легкого веса материалов, сохранять целостность волокон, достигать «снижения веса без снижения прочности», а материалы LFT и отходы формования форм могут быть переработаны, что соответствует тенденции зеленого и устойчивого развития автомобильной промышленности и отвечает требованиям европейского законодательства ELV.

 

2. Повышение эффективности производства и снижение производственных затрат.

Формы LFT можно формовать целиком, чтобы сократить процессы сварки и сборки, используя короткие циклы формования (формы LFT-D занимают всего 30–60 секунд), что подходит для массового производства. Они имеют низкие потери, простое обслуживание, а стоимость материалов LFT ниже, чем у углеволоконных материалов, что значительно снижает общую стоимость деталей.

 

3. Высокая адаптируемость и удовлетворение индивидуальных требований.

Формы LFT могут быть спроектированы по индивидуальному заказу-с учетом структуры и характеристик компонентов и адаптированы к потребностям различных деталей, таких как кузов и шасси. Они могут образовывать сложные изогнутые поверхностные покрытия и высокопрочные-несущие-несущие детали, а также могут быть адаптированы к различным типам материалов LFT, гибко регулируя содержание волокон и формулы смол.

 

4. Синергетическая оптимизация, способствующая обновлению технологий облегчения веса.

Формы, материалы и процессы формования LFT работают вместе с использованием CAD/CAM и интеллектуальных сенсорных технологий для повышения точности и постоянства формования; в сочетании с материалами CFRTP для формирования дополнительных решений, балансирующих структурные характеристики и эффективность формования, способствуя модернизации технологий облегчения веса.

 

IV. Проблемы и решения при применении форм из термопластичных композитных материалов LFT в облегчении автомобильной промышленности.

1. Существующие основные проблемы

В настоящее время существуют четыре основных узких места в применении форм LFT: во-первых, недостаточная точность форм в Китае, где неравномерный контроль температуры и давления приводит к нестабильным характеристикам продукта; во-вторых, зависимость от импортных высокоэффективных-материалов для форм, что приводит к увеличению производственных затрат; в-третьих, сложность изготовления деталей сложной-формы, склонных к дефектам; в-четвертых, недостаточная совместная оптимизация форм и процессов формования, что влияет на облегчение и эффективность.

 

2. Пути решения

Для решения вышеуказанных проблем необходимо совершить прорыв в четырех аспектах: во-первых, разработать передовые технологии проектирования и производства для оптимизации конструкции пресс-форм и систем охлаждения; во-вторых, расширить исследования и разработки высокоэффективных материалов для пресс-форм, чтобы заменить импорт и снизить затраты; в-третьих, создать соответствующие модели для форм, материалов и процессов для повышения качества формовки сложных компонентов; в-четвертых, укреплять научно-исследовательское сотрудничество между отраслевыми-университетами-для разработки индивидуальных решений и ускорения внедрения технологий.

 

V. Тенденции развития форм из термопластичных композиционных материалов LFT для облегчения автомобильной промышленности.

В будущем формы LFT представят пять основных тенденций:

Первый – это интеллектуальная модернизация, интеграция датчиков и систем управления для обеспечения регулирования параметров-в режиме реального времени.

Второй,Особое внимание уделяется модульности и настраиваемости для повышения универсальности и снижения затрат.

Третий,он интегрируется с новыми процессами, такими как 3D-печать и LFT-D, для расширения сценариев применения.

В-четвертых,«зеленое» развитие, использование экологически чистых материалов и процессов, а также содействие вторичной переработке отходов.

Пятыйзаключается в ускорении внутреннего замещения, разрушении иностранных монополий и снижении стоимости легковесных товаров.