การประยุกต์ใช้แม่พิมพ์วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก LFT ในการลดน้ำหนักของยานยนต์

ด้วยความเข้มงวดของกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมทั่วโลกและความต้องการยานยนต์พลังงานใหม่ที่เพิ่มขึ้น การมีน้ำหนักเบาของยานยนต์จึงกลายเป็นทิศทางหลักในการยกระดับอุตสาหกรรม เทอร์โมพลาสติกคอมโพสิต (LFT) เสริมใยยาวได้กลายเป็นวัสดุหลักสำหรับการทำให้มีน้ำหนักเบา เนื่องจากมีข้อดีคือมีความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงจำเพาะสูง และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ในฐานะอุปกรณ์ขึ้นรูปหลัก แม่พิมพ์คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก LFT จะกำหนดความแม่นยำ ประสิทธิภาพ และราคาของส่วนประกอบโดยตรง และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำเนินการลดน้ำหนัก บทความนี้ ร่วมกับคุณลักษณะของวัสดุ LFT และความต้องการในการผลิตยานยนต์ จะสำรวจประเด็นการใช้งาน สถานการณ์หลัก และแนวโน้มการพัฒนาของแม่พิมพ์

 

I. ความเข้ากันได้ของคุณลักษณะหลักของคอมโพสิตและแม่พิมพ์เทอร์โมพลาสติก LFT

วัสดุ LFT ประกอบด้วยเส้นใยเสริมแรง 6-25 มม. (เส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอน ฯลฯ) และเรซินเทอร์โมพลาสติก (PP, PA ฯลฯ) ซึ่งผสมผสานเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงเข้ากับเรซินที่แปรรูปได้ง่าย ความหนาแน่นของมันอยู่ที่เพียง 1/4 ถึง 1/3 ของเหล็ก และความแข็งแรงจำเพาะของพวกมันนั้นสูงกว่าชิ้นส่วนพลาสติกเส้นใยสั้นทั่วไปถึง 30% ถึง 50% ภายใต้ความแข็งแกร่งที่เท่ากัน พวกเขาสามารถลดน้ำหนักได้ 15% ถึง 25% และยังทนทานต่อแรงกระแทกและมีความเสถียรในมิติ ซึ่งตอบสนองความต้องการ "การลดน้ำหนักโดยไม่ลดความแข็งแรง"

แม่พิมพ์ LFT ส่วนใหญ่ทำจากเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง-และติดตั้งระบบระบายความร้อนและระบบวิ่งร้อนที่แม่นยำ ซึ่งสามารถควบคุมพารามิเตอร์การขึ้นรูปได้อย่างแม่นยำ รักษาความสมบูรณ์ของเส้นใย และตอบสนองความต้องการในการผลิตจำนวนมากอย่างรวดเร็ว เมื่อเปรียบเทียบกับแม่พิมพ์โลหะแบบดั้งเดิม แม่พิมพ์ LFT มีรอบการขึ้นรูปที่สั้นกว่า มีความยืดหยุ่นสูงกว่า การสึกหรอลดลง และสามารถปรับแต่งให้เหมาะกับการกำหนดค่าที่ซับซ้อนของชิ้นส่วนยานยนต์ โดยทำหน้าที่เป็นสะพานหลักที่เชื่อมต่อวัสดุ LFT กับการใช้งานที่มีน้ำหนักเบา

 

 

ครั้งที่สอง สถานการณ์การใช้งานหลักของแม่พิมพ์คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก LFT ในงานน้ำหนักเบาของยานยนต์

ตรรกะการใช้งานหลักของแม่พิมพ์ LFT คือ "พลาสติกแทนเหล็ก" โดยมุ่งเน้นไปที่โครงสร้างตัวถัง แชสซี ภายใน และส่วนประกอบหลักของรถยนต์พลังงานใหม่ ด้วยการขึ้นรูปที่ปรับแต่งได้ ทำให้สามารถลดน้ำหนักและปรับปรุงประสิทธิภาพได้ สถานการณ์เฉพาะมีดังนี้:

 

1. ชิ้นส่วนโครงสร้างตัวถังรถยนต์

ชิ้นส่วนโครงสร้างตัวถังเป็นหัวใจสำคัญของการมีน้ำหนักเบา แม่พิมพ์ LFT สามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนโครงสร้างต่างๆ ได้โดยการควบคุมการกระจายตัวของเส้นใยอย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่น คานยาวด้านหน้าและคานธรณีประตูเมื่อเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนเหล็ก สามารถลดน้ำหนักได้ 30% ถึง 40% และเพิ่มความทนทานต่อแรงกระแทกได้มากกว่า 20% และสามารถขึ้นรูปแบบบูรณาการเพื่อลดกระบวนการเชื่อมได้ ชิ้นส่วนโครงสร้างตัวถังบางส่วนของ BMW i series ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ LFT ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการลดน้ำหนักและความแข็งแกร่ง

การหุ้มชิ้นส่วนต่างๆ เช่น แผงประตูด้านในและฝากระโปรงเครื่องยนต์ หลังจากที่ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ LFT แล้ว จะมีน้ำหนักที่ลดลงอย่างมาก และมีคุณสมบัติเป็นฉนวนกันเสียงและความร้อนที่ดีเยี่ยม และเหมาะสำหรับการออกแบบพื้นผิวโค้งที่ซับซ้อน แผงด้านในประตูสามารถลดน้ำหนักได้มากกว่า 28% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก ปรับปรุงประสบการณ์การขับขี่และการขับขี่

 

2. ส่วนประกอบแชสซีรถยนต์

ส่วนประกอบแชสซีมีข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่งและความทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก แม่พิมพ์ LFT สามารถใช้ในการผลิตตัวป้องกันแชสซี ขายึดช่วงล่าง ขายึดชุดแบตเตอรี่ ฯลฯ ตัวป้องกันแชสซีสามารถลดน้ำหนักได้ 55% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก และมีความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า การรวมขายึดระบบกันสะเทือนสามารถลดจำนวนชิ้นส่วนและปรับปรุงเสถียรภาพได้

ขายึดชุดแบตเตอรี่รถยนต์พลังงานใหม่เป็นส่วนประกอบด้านความปลอดภัยหลัก สามารถสร้างสมดุลระหว่างน้ำหนักเบาและความแข็งแรงสูงผ่านการขึ้นรูปแม่พิมพ์ LFT ซึ่งลดน้ำหนักได้มากกว่า 30% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่เป็นเหล็ก และให้ฉนวนและทนต่อแรงกระแทก บางรุ่นใช้แม่พิมพ์อัดขึ้นรูป LFT-D in- เพื่อให้มั่นใจว่าเส้นใยและเรซินจะถูกเคลือบอย่างสมบูรณ์โดยการควบคุมอุณหภูมิและความดันเพื่อรับประกันความปลอดภัย

 

3. ส่วนประกอบภายในรถยนต์

ส่วนประกอบภายในมีมากมายและมีสัดส่วนน้ำหนักรวมที่สูง แม่พิมพ์ LFT สามารถผลิตเฟรมแผงหน้าปัด โครงเบาะนั่ง ฯลฯ น้ำหนักเบาได้โดยการปรับโพรงแม่พิมพ์และการรักษาพื้นผิวให้เหมาะสม กรอบแดชบอร์ดสามารถลดน้ำหนักได้ 15% ถึง 20% เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนพลาสติกแบบดั้งเดิม โดยมีความแข็งแกร่งเพิ่มขึ้น และสามารถประกอบเข้าด้วยกันเพื่อลดการประกอบ โครงเบาะนั่งผสมผสานกระบวนการ LFT และ CFRTP เพื่อสร้างสมดุลในการลดน้ำหนักและรองรับความปลอดภัย

นอกจากนี้ ชิ้นส่วนภายในที่ขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ LFT- สามารถรีไซเคิลได้ และเศษที่เหลือสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่งช่วยลดต้นทุนและสอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาสีเขียว

 

4. ส่วนประกอบพิเศษสำหรับยานยนต์พลังงานใหม่

ยานพาหนะพลังงานใหม่มีความต้องการเร่งด่วนมากขึ้นในการลดน้ำหนัก แม่พิมพ์ LFT พัฒนาโซลูชันแบบกำหนดเองสำหรับเปลือกชุดแบตเตอรี่ เปลือกมอเตอร์ ฯลฯ เปลือกของแบตเตอรี่ที่ผลิตโดยการรวมเทคโนโลยีการเกิดฟองระดับไมโครเซลล์เข้ากับแม่พิมพ์ LFT สามารถลดน้ำหนักลงได้ 22% และมีความต้านทานแรงกระแทกเพิ่มขึ้น 25%; เปลือกมอเตอร์สามารถใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติฉนวนของวัสดุคอมโพสิตเพื่อลดความซับซ้อนของโครงสร้างฉนวนและลดความซับซ้อน

 

 

III. ข้อได้เปรียบหลักของแม่พิมพ์วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก LFT ในการใช้งานน้ำหนักเบาของยานยนต์

 

1. อำนวยความสะดวกในการลดน้ำหนักอย่างมากโดยยังคงรักษาประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

 

แม่พิมพ์ LFT สามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีของการมีน้ำหนักเบาของวัสดุได้อย่างเต็มที่ รักษาความสมบูรณ์ของเส้นใย ได้ "การลดน้ำหนักโดยไม่ลดความแข็งแรง" และวัสดุ LFT และเศษขึ้นรูปแม่พิมพ์สามารถนำไปรีไซเคิลได้ ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนของอุตสาหกรรมยานยนต์ และตรงตามข้อกำหนดของกฎหมาย ELV ของยุโรป

 

2. การปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและลดต้นทุนการผลิต

สามารถขึ้นรูปแม่พิมพ์ LFT เพื่อลดขั้นตอนการเชื่อมและการประกอบ โดยมีรอบการขึ้นรูปสั้น (แม่พิมพ์ LFT-D ใช้เวลาเพียง 30-60 วินาที) เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก มีการสูญเสียต่ำ บำรุงรักษาง่าย และต้นทุนของวัสดุ LFT ต่ำกว่าวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งช่วยลดต้นทุนโดยรวมของชิ้นส่วนได้อย่างมาก

 

3. การปรับตัวที่แข็งแกร่งและตอบสนองความต้องการที่กำหนดเอง

แม่พิมพ์ LFT สามารถปรับแต่งได้-ตามโครงสร้างและประสิทธิภาพของส่วนประกอบ โดยปรับให้เข้ากับความต้องการของชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ตัวถังและแชสซี สามารถสร้างพื้นผิวโค้งที่ซับซ้อนและชิ้นส่วนแบริ่ง-รับน้ำหนักกำลังสูง- และสามารถปรับให้เข้ากับวัสดุ LFT ประเภทต่างๆ ได้ ปรับปริมาณเส้นใยและสูตรเรซินได้อย่างยืดหยุ่น

 

4. การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกัน ส่งเสริมการอัพเกรดเทคโนโลยีน้ำหนักเบา

แม่พิมพ์ วัสดุ และกระบวนการขึ้นรูป LFT ทำงานร่วมกันโดยใช้ CAD/CAM และเทคโนโลยีการตรวจจับอัจฉริยะ เพื่อปรับปรุงความแม่นยำและความสม่ำเสมอของการขึ้นรูป รวมกับวัสดุ CFRTP เพื่อสร้างโซลูชั่นเสริม สร้างความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของโครงสร้างและประสิทธิภาพการขึ้นรูป ส่งเสริมการอัพเกรดเทคโนโลยีน้ำหนักเบา

 

IV. ปัญหาและแนวทางแก้ไขในการใช้แม่พิมพ์วัสดุเทอร์โมพลาสติกผสม LFT ในงานน้ำหนักเบาของยานยนต์

1. ปัญหาหลักที่มีอยู่

ปัจจุบัน มีปัญหาคอขวดที่สำคัญอยู่ 4 ประการในการใช้แม่พิมพ์ LFT ประการแรก ความแม่นยำของแม่พิมพ์ไม่เพียงพอในประเทศจีน โดยมีการควบคุมอุณหภูมิและความดันไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ไม่เสถียร ประการที่สอง การพึ่งพาวัสดุแม่พิมพ์ประสิทธิภาพสูง-นำเข้า ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตเพิ่มขึ้น ประการที่สาม ความยากในการสร้างส่วนประกอบที่มีรูปร่างซับซ้อน- มีแนวโน้มที่จะเกิดข้อบกพร่อง ประการที่สี่ การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของแม่พิมพ์และกระบวนการขึ้นรูปไม่เพียงพอ ซึ่งส่งผลต่อผลกระทบและประสิทธิภาพในการมีน้ำหนักเบา

 

2. เส้นทางการแก้ปัญหา

เพื่อแก้ไขปัญหาข้างต้น การพัฒนานวัตกรรมจำเป็นต้องทำในสี่ด้าน: ประการแรก พัฒนาเทคโนโลยีการออกแบบและการผลิตขั้นสูงเพื่อปรับโครงสร้างแม่พิมพ์และระบบทำความเย็นให้เหมาะสม ประการที่สอง เพิ่มการวิจัยและพัฒนาวัสดุแม่พิมพ์ประสิทธิภาพสูง-เพื่อทดแทนการนำเข้าและลดต้นทุน ประการที่สาม สร้างแบบจำลองที่ตรงกันสำหรับแม่พิมพ์ วัสดุ และกระบวนการต่างๆ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของการขึ้นรูปส่วนประกอบที่ซับซ้อน ประการที่สี่ เสริมสร้างความร่วมมือด้านการวิจัย-มหาวิทยาลัย-ในอุตสาหกรรมเพื่อพัฒนาโซลูชันที่ปรับแต่งตามความต้องการและเร่งการนำเทคโนโลยีไปใช้

 

V. แนวโน้มการพัฒนาแม่พิมพ์วัสดุเทอร์โมพลาสติกผสม LFT ในงานน้ำหนักเบาของยานยนต์

ในอนาคต แม่พิมพ์ LFT จะนำเสนอแนวโน้มสำคัญ 5 ประการ:

ครั้งแรกเป็นการอัปเกรดอย่างชาญฉลาด บูรณาการเซ็นเซอร์และระบบควบคุมเพื่อให้บรรลุการควบคุมพารามิเตอร์แบบเรียลไทม์-

ที่สอง,เน้นการทำให้เป็นโมดูลและการปรับเปลี่ยนได้เพื่อเพิ่มความเป็นสากลและลดต้นทุนอินพุต

ที่สาม,โดยผสานรวมกับกระบวนการใหม่ๆ เช่น การพิมพ์ 3 มิติและ LFT-D เพื่อขยายสถานการณ์การใช้งาน

ประการที่สี่การพัฒนาสีเขียวโดยใช้วัสดุและกระบวนการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และส่งเสริมการรีไซเคิล

ที่ห้าคือการเร่งทดแทนในประเทศ ทำลายการผูกขาดจากต่างประเทศ และลดต้นทุนการไลต์ไลท์