کاربرد قالب های کامپوزیتی ترموپلاستیک LFT در سبک سازی خودرو

با تشدید مقررات جهانی زیست محیطی و افزایش تقاضا برای طیف وسیعی از وسایل نقلیه انرژی جدید، سبک وزن کردن خودرو به یک جهت اصلی برای ارتقاء صنعتی تبدیل شده است. کامپوزیت های ترموپلاستیک تقویت شده با الیاف بلند (LFT) به دلیل مزایای چگالی کم، استحکام ویژه بالا و قابلیت بازیافت به یک ماده اصلی برای سبک وزن تبدیل شده اند. قالب‌های کامپوزیت گرمانرم LFT به‌عنوان یک تجهیزات کلیدی شکل‌دهنده، مستقیماً دقت، عملکرد و هزینه اجزا را تعیین می‌کنند و برای اجرای سبک‌وزن بسیار مهم هستند. این مقاله، در ترکیب با ویژگی‌های مواد LFT و نیازهای تولید خودرو، نقاط کاربرد، سناریوهای اصلی و روند توسعه قالب‌های آنها را بررسی می‌کند.

 

I. سازگاری ویژگی های اصلی کامپوزیت ها و قالب های ترموپلاستیک LFT

مواد LFT از الیاف تقویت‌کننده 6-25 میلی‌متری (الیاف شیشه، الیاف کربن و غیره) و رزین‌های ترموپلاستیک (PP، PA و غیره) تشکیل شده‌اند که استحکام بالای الیاف را با قابلیت پردازش آسان رزین‌ها ترکیب می‌کنند. چگالی آنها فقط 1/4 تا 1/3 فولاد است و استحکام ویژه آنها 30٪ تا 50٪ بیشتر از قطعات پلاستیکی الیاف کوتاه معمولی است. تحت استحکام معادل، آنها می توانند وزن را 15٪ تا 25٪ کاهش دهند و همچنین در برابر ضربه مقاوم هستند و از نظر ابعادی پایدار هستند و تقاضای "کاهش وزن بدون کاهش استحکام" را برآورده می کنند.

قالب‌های LFT عمدتاً از فولاد با استحکام بالا- ساخته می‌شوند و مجهز به سیستم‌های خنک‌کننده دقیق و دونده گرم هستند که می‌توانند پارامترهای قالب‌گیری را به دقت کنترل کنند، یکپارچگی الیاف را حفظ کنند و نیازهای تولید انبوه سریع را برآورده کنند. در مقایسه با قالب‌های فلزی سنتی، قالب‌های LFT دارای چرخه‌های قالب‌گیری کوتاه‌تر، انعطاف‌پذیری بالاتر، سایش و پارگی کمتر هستند و می‌توان آن‌ها را برای تناسب با پیکربندی‌های پیچیده قطعات خودرو سفارشی کرد و به عنوان یک پل هسته‌ای برای اتصال مواد LFT با کاربردهای سبک‌وزن عمل می‌کند.

 

 

II. سناریوهای اصلی کاربرد قالب های کامپوزیت ترموپلاستیک LFT در سبک سازی خودرو

منطق اصلی کاربرد قالب‌های LFT «پلاستیک به جای فولاد» است که بر ساختار بدنه، شاسی، فضای داخلی و اجزای اصلی وسایل نقلیه انرژی جدید تمرکز دارد. از طریق قالب گیری سفارشی می توان به کاهش وزن و بهبود عملکرد دست یافت. سناریوهای خاص به شرح زیر است:

 

1. قطعات ساختاری بدنه خودرو

بخش های ساختاری بدن هسته سبک وزن هستند. قالب های LFT می توانند با کنترل دقیق توزیع الیاف جایگزین قطعات ساختاری مختلف شوند. به عنوان مثال، تیر طولی جلو و تیر آستانه در مقایسه با قطعات فولادی، می تواند وزن را 30٪ تا 40٪ کاهش دهد و مقاومت ضربه را تا بیش از 20٪ افزایش دهد و می تواند برای کاهش فرآیندهای جوشکاری به صورت یکپارچه قالب گیری شود. برخی از بخش‌های ساختاری بدنه سری i BMW توسط قالب‌های LFT تشکیل شده‌اند که کاهش وزن و استحکام را تضمین می‌کنند.

قطعات پوششی مانند پانل های داخلی درب و هود موتور پس از شکل گیری توسط قالب های LFT به میزان قابل توجهی کاهش وزن و خواص عالی عایق صدا و عایق حرارتی دارند و برای طراحی های پیچیده سطوح منحنی مناسب هستند. در میان آنها، پانل داخلی در می تواند وزن را تا بیش از 28 درصد در مقایسه با قطعات فولادی کاهش دهد و تجربه رانندگی و سواری را بهبود بخشد.

 

2. اجزای شاسی خودرو

اجزای شاسی دارای الزامات بسیار بالایی برای استحکام و مقاومت در برابر سایش هستند. قالب های LFT را می توان در تولید محافظ شاسی، براکت های تعلیق، براکت های بسته باتری و غیره استفاده کرد. حفاظ های شاسی می توانند وزن خود را تا 55 درصد در مقایسه با قطعات فولادی کاهش دهند و مقاومت در برابر خوردگی بهتری دارند. ادغام براکت های تعلیق می تواند تعداد قطعات را کاهش دهد و پایداری را بهبود بخشد.

براکت های بسته باتری خودروهای انرژی جدید، به عنوان اجزای اصلی ایمنی، می توانند تعادلی بین سبک وزن و استحکام بالا از طریق قالب LFT ایجاد کنند، وزن را تا بیش از 30 درصد در مقایسه با قطعات فولادی کاهش دهند، و عایق و مقاومت در برابر ضربه را فراهم کنند. برخی از مدل‌ها از قالب‌های قالب‌گیری فشاری خطی LFT-D-استفاده می‌کنند، که با تنظیم دما و فشار برای تضمین ایمنی، اشباع کامل الیاف و رزین‌ها را تضمین می‌کنند.

 

3. اجزای داخلی خودرو

اجزای داخلی متعدد هستند و سهم بالایی از وزن کل را تشکیل می دهند. قالب‌های LFT می‌توانند با بهینه‌سازی حفره قالب و درمان سطح، تولید سبک وزن قاب داشبورد، قاب صندلی و غیره را به دست آورند. قاب های داشبورد را می توان در مقایسه با قطعات پلاستیکی سنتی 15% تا 20% وزن کاهش داد، با افزایش استحکام، و می توان به طور یکپارچه برای کاهش مونتاژ شکل داد. فریم صندلی ها فرآیندهای LFT و CFRTP را برای متعادل کردن کاهش وزن و پشتیبانی از ایمنی ترکیب می کنند.

علاوه بر این، قطعات داخلی قالب{0}}LFT قابل بازیافت هستند و ضایعات را می توان مجددا استفاده کرد، هزینه ها را کاهش داد و با روند توسعه سبز مطابقت داشت.

 

4. قطعات ویژه برای وسایل نقلیه انرژی جدید

وسایل نقلیه با انرژی جدید نیاز فوری تری به سبک وزن دارند. قالب‌های LFT راه‌حل‌های سفارشی‌سازی را برای پوسته‌های بسته باتری، پوسته‌های موتور و غیره ایجاد می‌کنند. پوسته‌های بسته باتری که با ترکیب فناوری فوم میکروسلولی با قالب‌های LFT تولید می‌شوند، می‌توانند وزنشان را تا 22% کاهش داده و 25% افزایش قدرت ضربه را داشته باشند. پوسته های موتور می توانند از خواص عایق مواد کامپوزیتی برای ساده سازی ساختارهای عایق و کاهش پیچیدگی استفاده کنند.

 

 

III. مزایای اصلی قالب های مواد کامپوزیتی ترموپلاستیک LFT در کاربردهای سبک وزن خودرو

 

1. تسهیل کاهش شدید وزن با حفظ عملکرد و سازگاری با محیط زیست

 

قالب های LFT می توانند به طور کامل از مزایای سبک وزنی مواد استفاده کنند، یکپارچگی الیاف را حفظ کنند، به "کاهش وزن بدون کاهش استحکام" دست یابند، و مواد LFT و ضایعات قالب را می توان بازیافت کرد، مطابق با روند توسعه سبز و پایدار صنعت خودرو و مطابق با الزامات قانون ELV اروپا.

 

2. بهبود راندمان تولید و کاهش هزینه های ساخت

قالب‌های LFT را می‌توان برای کاهش فرآیندهای جوشکاری و مونتاژ، با چرخه‌های قالب‌گیری کوتاه (قالب‌های LFT{0}}D فقط 30 تا 60 ثانیه طول می‌کشد)، برای تولید انبوه، به‌صورت یکپارچه تشکیل داد. آنها تلفات کم، تعمیر و نگهداری ساده دارند و هزینه مواد LFT کمتر از مواد فیبر کربنی است که به طور قابل توجهی هزینه کلی قطعات را کاهش می دهد.

 

3. سازگاری قوی و برآوردن خواسته های سفارشی

قالب‌های LFT را می‌توان بر اساس ساختار و عملکرد اجزای{0}}طراحی کرد و با نیازهای بخش‌های مختلف مانند بدنه و شاسی سازگار شد. آن‌ها می‌توانند پوشش‌های سطحی منحنی پیچیده و قطعات باربری-با استحکام بالا- را تشکیل دهند و می‌توانند با انواع مختلف مواد LFT سازگار شوند، محتوای فیبر و فرمول‌های رزین را به‌طور انعطاف‌پذیر تنظیم کنند.

 

4. بهینه سازی هم افزایی، ترویج ارتقاء فن آوری سبک وزن

قالب‌ها، مواد و فرآیندهای شکل‌دهی LFT با استفاده از CAD/CAM و فناوری‌های سنجش هوشمند برای بهبود دقت و سازگاری قالب‌گیری با هم کار می‌کنند. ترکیب با مواد CFRTP برای تشکیل راه حل های مکمل، متعادل کردن عملکرد ساختاری و راندمان قالب گیری، ارتقاء فن آوری سبک وزن.

 

IV. مشکلات و راه حل ها در کاربرد قالب های کامپوزیتی ترموپلاستیک LFT در سبک وزن سازی خودرو

1. مشکلات اصلی موجود

در حال حاضر، چهار گلوگاه عمده در کاربرد قالب‌های LFT وجود دارد: اول، دقت قالب ناکافی در چین، با کنترل دما و فشار ناهموار که منجر به عملکرد ناپایدار محصول می‌شود. دوم، اتکا به مواد قالب‌گیری{0} با کارایی بالا، افزایش هزینه‌های تولید؛ سوم، مشکل در تشکیل اجزای پیچیده-شکل، مستعد نقص. چهارم، بهینه‌سازی مشارکتی ناکافی قالب‌ها و فرآیندهای شکل‌دهی، تأثیرات سبک‌وزنی و کارایی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

 

2. راه حل

برای پرداختن به مشکلات فوق، پیشرفت ها در چهار جنبه باید انجام شود: اول، توسعه فن آوری های طراحی و ساخت پیشرفته برای بهینه سازی ساختار قالب و سیستم های خنک کننده. دوم، افزایش تحقیق و توسعه-مواد قالب با کارایی بالا برای جایگزینی واردات و کاهش هزینه ها. سوم، ایجاد مدل های منطبق برای قالب ها، مواد و فرآیندها برای بهبود کیفیت تشکیل اجزای پیچیده. چهارم، تقویت همکاری تحقیقاتی صنعت-دانشگاه- برای توسعه راه حل های سفارشی و تسریع اجرای فناوری.

 

V. روند توسعه قالب های مواد مرکب ترموپلاستیک LFT در سبک وزن سازی خودرو

در آینده، قالب های LFT پنج روند اصلی را ارائه خواهند داد:

اولینارتقاء هوشمند، یکپارچه سازی سنسور و سیستم های کنترل برای دستیابی به{0}}تنظیم پارامترهای زمان واقعی است.

دوم،مدولارسازی و تنظیم پذیری برای افزایش جهانی بودن و کاهش هزینه های ورودی تاکید شده است.

سوم،با فرآیندهای جدید مانند چاپ سه بعدی و LFT{1}}D برای گسترش سناریوهای برنامه یکپارچه می شود.

چهارم،توسعه سبز، استفاده از مواد و فرآیندهای سازگار با محیط زیست و ترویج بازیافت.

پنجمینتسریع جایگزینی داخلی، شکستن انحصارات خارجی و کاهش هزینه های سبک وزن است.