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当轻量化技术融入数字化浪潮, 新能源汽车会如何发展?

   日期:2022-05-07     来源:国际塑料商情    浏览:177    评论:0    
核心提示:克劳斯玛菲(KraussMaffei)一直致力于针对塑料材料的加工成型与技术开发。随着塑料材料性能的提升以及结合诸多的创新技术,塑料的应用已经不局限于常规认知范围内;包括将热塑性复合材料与注射成型相结合的技术,在减重的同时极大地提高了塑料产品的适用范围,甚至其突破了原本属于其它材料范畴的应用场景。
     克劳斯玛菲(KraussMaffei)一直致力于针对塑料材料的加工成型与技术开发。随着塑料材料性能的提升以及结合诸多的创新技术,塑料的应用已经不局限于常规认知范围内;包括将热塑性复合材料与注射成型相结合的技术,在减重的同时极大地提高了塑料产品的适用范围,甚至其突破了原本属于其它材料范畴的应用场景。与此同时,工业4.0概念的提出及数字化理念也被引入工业领域;面对新能源汽车越来越多的轻量化组件以及安全部件的需求,用户端需要对每一个部件做到可追溯性。基于此,克劳斯玛菲搭载塑料4.0 - DataXplorer数字化解决方案的FiberForm技术将应对类似挑战。

 
创新性的轻量化技术 – 迎合热塑性复合材料应用新趋势

 

搭载最新一代红外加热站的FiberForm设备完美地将热塑性复合材料的片材热成型与注射成型技术相结合,使得复合材料高强度的应用特点与注射成型灵活且高效的加工方式发挥的淋漓尽致。配合工业机器人的整套系统,能够高效地完成轻量化组件制程。整套加工流程如图1所示。值得注意的是,在产品完成后的第7步,产品取出后QR-Printer将二维码贴到产品相应位置,用户通过移动终端扫码便可轻松完成此产品关键信息的读取。无论何时何地,它将直观地反映出此部件的细致加工信息,甚至关键曲线信息也会被清晰记录。

 

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图1 FiberForm 加工制程示意

 

1) 通过自动化设备抓取片材;2) 通过自动化设备将抓取的片材置于加热站中;3) 被加热过后的片材被自动化设备取出,并置于模具定位装置中;4) 模具闭合并建立锁模力;5) 注射成型:完成复杂结构件的成型,并将塑胶熔体与已经预成型的片材进行复合;6) 开模取件,自动化设备同时放入另外已经预热过的片材准备下一个循环的开始;7) 搭载的QR-Printer 完成二维码的贴标,信息可随时读取。

加热更具智能化,温度控制更精准

 

克劳斯玛菲FiberForm技术,其最主要的部分莫过于红外加热站系统,它是保证产品品质与产品重复性的关键设备之一。在这里特别指出的是更具智能化的加热方式,如图2所示。

 

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图2 红外加热模式对比

 

标准加热模式

 

图2左半部分为标准加热控制模式,加热站中的9块加热区域(S1-S9)统一编入第1区域(Zone 1)以红色表示;在加热区域正中的黄色点标识(P1-P4)代表温度传感器,此传感器是探测置于其上的片材表面温度;工作时,所有红外加热区域视为一个整体为Zone 1,并通过不同位置的4个温度传感器P1-P4进行箱内温度探测。
当自动化设备将片材置于加热站中后,加热站开始整体升温。通过左下部的曲线可以看到,在加热功率一致的前提下,板材上不同位置的加热速率并不一样;并且在一定的加热时间内板材匀热时间也不一致;这样就导致了板材在不同位置加热的不均一性,最终的片材预热不均匀有可能导致成型或产品的缺陷,进而使复合材料的性能大打折扣。

 

克劳斯玛菲智能控制加热模式

 

右半部为更加智能化的加热控制模式,同样的区域S1-S9被分成了4个区域即Zone1-Zone4,并通过4种不同的颜色来表示;同样在每个区域中会有相对应的温度传感器P1-P4与之匹配;在这里4个区域配合各自的温度传感器通过软件控制有相互的通讯,当片材被置入红外加热站后,4个区域独立且相互通讯保证配合,最终从右下部的曲线中可以看到片材在不同区域的加热速率保持一致,并且在一定的加热时间内有相统一的匀热时间。片材在不同位置上温度的一致性是保证成型与产品品质均一的前提条件之一。

FiberForm在汽车轻量化领域的应用

 

以克劳斯玛菲- FiberForm为代表的热塑性纤维复合材料一体成型技术,在保证了产品强度与设计自由度的充分平衡时,通过材料与板材的有效组合以及结构的优化设计降低了产品的重量与成型周期;最终使得产品的系统成本下降。

 

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图3 不同方案的气囊罩壳产品对比

 

图3展示了汽车安全气囊罩壳产品的研发历程。通过高强度工程材料的应用,并结合克劳斯玛菲先进的FiberForm技术,使产品的成本得到大幅控制。相较于最初的注射成型相比,得益于对原材料的再设计以及有机纤维复合材料的高强度,使得产品重量降低接近50%;同时成型周期由原本的大约60s降低到现有大约40s; 最终使得生产效率显著提升。

 

 

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图4 关键加工信息读取与可追溯性

 

而针对需要进行可追溯性要求的部件,设备需搭载DataXplorer数字化解决方案;图4为克劳斯玛菲KM300-1400CX并搭载塑料4.0 - DataXplorer模块来完成产品的追溯性需求。DataXplorer针对注射成型过程中的微观细节参数进行采集,保证了数据的完整与有效性;外围设备易于添加;开放的系统保证了它易于连接MES系统与未来可能用到的平台。最终用户通过手机等移动终端扫描上文中第7步打印的二维码,并可以获取更详细的分析和文件。这一切将保证通过将生产数据进行连续不断的可视化来保证其高度透明,简化故障排除和生产加工诊断,同时它也是先进分析方法的基础。


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标签: 复合材料
 
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