All articles by ams_jamesbakewell – Page 2
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车体意识
OEM对先进高强钢组件的青睐已经超过了钢铁制造商的预期奥迪（Audi）公司决定在A8汽车车体结构上使用量产碳纤维增强塑料（CFRP）零部件的消息占据了各大媒体的头条，但是公司在这个车型上使用更多的钢材，而不是铝材的消息其实更博人眼球。客舱使用高强度组合钢材组件，客舱包括前舱壁下段、侧梁、B柱和车顶弧线前段。实际上，A8汽车车体40%以上都是由钢材支撑，比2009年款的比重高出32%。A8汽车车体构架中大约17%是由冲压硬化钢（PHS）组成，有些材料是由ArcelorMittal提供。据说这些钢材在冲压硬化之后，强度能达到1,500MPa。汽车车体上使用的一些钢板可以改变厚度，而其他只需要经过局部热处理。这能降低重量，提高强度，尤其是汽车上特别需要注意安全的部位。奥迪公司“轻质结构中心（Lightweight Construction Center）”主任Bernd Mlekusch最近对德国报纸“法兰克福汇报（press-hardenable steel）”说：“未来没有车是单用铝材制造的。PHS会发挥越来越大的作用。PHS材质是汽车乘客舱的核心，能够在碰撞中保护司机和乘客。如果你比较一下硬度与重量的比重，PHS目前要领先于铝材。”SSAB汽车业务开发专家Kennet Olsson说：“目前这在高端车领域处于增长趋势，从全铝结构向多材料结构转变。这种转变在减重及碰撞性能优化都是最佳方案。”钢材沉浮车体结构制造中采用的接合技术包括前后车门开孔滚边技术。这种机械冷技术用于将铝材侧边构架接合到B柱、车顶弧线和底框梁的PHS板材上。奥迪的工程师们使用这种工序实现了车门开动36mm。这样就是出入汽车变得更加舒适，并开拓了司机在A柱周边的视野 — 这个区域是安全驾驶的关键。ArcelorMittal公司全球汽车首席市场官Brad Davey说，“奥迪回到A8奢华车钢材时代，成本并不是AHSS胜出的唯一优势。当谈到安全的时候，钢材性能总是差强人意。钢材是一种灵活的材料，一直在跟进设计的不断变化。面对燃油经济的挑战，钢铁并没有表现出不同。”据扁钢经销商LexCentral公司董事长Bill Douglass称，公司一直关注奥迪在钢材使用上的决定。奥迪的选择显然有利于钢铁业，但Douglass指出，奥迪公司长期以来一直使用钢铁制造高性能汽车，而公司的举动带动了钢铁业的沉浮。"奥迪公司回到A8汽车钢材时代，这表明成本并不是先进高强钢胜出的唯一理由." - Brad Davey, ArcelorMittal他解释说，“我认为，福特公司决定在Ford F-150皮卡车上采用铝材真的很打击钢铁业。钢铁最大的优势在于强度和延展性，而在卡车的竞技场上，一直没有对手。这真是铝材的完美进攻，虽然重量更轻，但没有强度可言。“最后我认为，铝材生产商会是最后的胜利者，因为此前他们并没能打开卡车市场。钢铁业显然已经失去真滴，但我认为福特公司也失败了。通用汽车在广告中平衡了强度和延展性，他们是对的：如果你想用一加仑的汽油行驶更多的距离，那么铝材能够帮助实现燃油节省。但是如果你想要托运一车砖头、木材或任何工厂所需要的东西，那么钢材才是首选。“我认为Ford F-150的销量仍然遥遥领先，但是如果失去市场份额，那绝对是这个决定带来的结果。时间会告诉我们福特‘新可乐’时代是否到来，因为美国汽车市场的忠诚度很高，尤其是卡车车主。”三倍增长奥迪选择钢材而不是铝材的决定，代表一种趋势。据Steel Market Development Institute（SMDI）公布的数据，这已经超过了钢铁制造商的预期了。从2006年到2015年，AHSS的使用每年增长大约10%，高于钢铁业的预测。这种增长不仅仅局限在奢华汽车上，还有普通汽车也是如此。Brad Davey说，“新款Chrysler Pacifica车体结构的72%是高强钢，比之前老款重量轻113公斤。”“该车的特点就是ArcelorMittal供应的S-运动5片式激光焊接门环，使其成为重量最轻的小型货车之一，而且是唯一获得NHTSA五星安全指标的汽车。Pacifica获得2017年度北美公共设施奖。Honda Ridgeline的车体是另一个例子。该车的96%是钢铁构成，即19.3%的超高强钢（UHSS），35.7%的高强钢，以及41.3%的其他类型钢。”对减轻汽车重量的需求推动汽车制造商探索各种钢材替代材料的应用，他们试图与不断严苛的二氧化碳排放规定以及能源效益的步伐保持一致。举例来说，在欧盟出售的所有汽车的每公里二氧化碳排放不能超过130克。这个目标将于2021年降低到每公里95克。正如我们所看到的，福特公司已经大力开发铝材应用。而宝马公司也向CFRP的制造和应用上大力投资，最著名的就是宝马公司‘i’车型和7系列车型。然而据Tata Steel公司的报告，汽车制造商只要能够提高动力传统系统的效能就能满足这个目标。虽然使用轻质材料很好，但是对减少二氧化碳排放量的影响很小。事实上，2010年至2015年间在欧盟出售汽车的平均质量都有提高（大约1%）。一代接着一代，汽车在足迹和产量上都变得越来越大。消费者不断购买SUV，而不是家庭用轿车，而现在的汽车都在追求更高水平的安全性、车内娱乐和联网设备。 新款Chrysler Pacifica 车体的72%是由高强钢构成使用轻质材料有助于缩小质量提高的幅度，这要感谢对先进钢材的智能使用，因为在这期间并没有向有色金属材料的明显转变趋势。这些材料比钢铁昂贵得多，而钢材生产商一直非常努力提高产品，应对各方的竞争。来自LexCenral的Bill Douglass说，“现在的钢材更薄、更结实、生产化学步骤更加独特。钢铁公司不断向设备大力投资，让这个古老的工业不断发展。钢材在强度、延展性和成型性、成本上拥有诸多优势，是循环利用最佳选择。腐蚀问题已经解决了十余年，现在的问题只有重量了，这是一个大挑战。”为了应对这个问题，钢铁制造商不断开发更加结实的UHSS材料（以便用于冲压增强），以及更强更易于塑形的AHSS材料（用于冷成型工艺）。Brad Davey说，“使用最新ArcelorMittal钢铁方案，我们已经算出汽车制造商能够降低20-25%的汽车重量（与2010年相比）。通过对S-运动的研究，我们现在能够扩大AHSS的应用范围，除了白车身以外还有车门、座椅等汽车部件。在车门方面，重量可以降低34%。”SSAB公司的Kennet Olsson说：“我们的战略是将重点放在能够在碰撞中吸收能量的组件上，在这方面，高强钢要比铝材更好。CRFP非常昂贵，虽然使用这些材料的比重会有所提高，但还是非常有限的。钢材是塑形和接合方面性能良好的材料，而且在碰撞中可以预测。CFRP在重量、强度和刚度上没问题，但是在碰撞中无法预测。而且，接合也是个大问题。” 钢铁公司现在使用更加独特的化学工艺制造更薄、更结实的产品追求可持续性展望未来，Tata Steel公司称，市场对超低排放车辆（ULEV）的需求不断提高，这推动欧洲汽车业的钢材供应提高了420万吨。公司的研究表明，对这种车辆结构中先进钢材的需求回到2050年增长约260万吨，因为汽车制造商们正在想尽办法减少重量，提高成本效益。钢材的另一个发展在于使用ULEV动力传动系统，包括电动机和电池组。这对钢材的需求预计会提高160万吨，制成的组件将分别使用更高水平的电工钢和厚钢板。高性能电工钢能够提高惦记的效率，增强行程长度和动力，而ULEV汽车锂电池通常需求先进厚钢板。Tata公司预测，铝材和和CFRP对车辆的影响相对较低，原因有二：第一，这些材料太昂贵；第二，这些材料从整个生命周期来看，可持续性较低，而这将是汽车业未来司机最为看重的一个因素。钢材可以无限制循环利用，而质量不受影响。Tata Steel公司汽车市场部经理Chris Wooffindin说，“从环境可持续性发展来讲，我们发现客户正在从排气管评估转向生命周期评估（LCA）转变，这是对汽车环保证书的真正评估，从始至终都是如此。这种评估证明，有些非钢材料的吸引力远不如钢铁。我们认为，先进钢材是我们要的答案；可持续性方案适合汽车业中期及长期未来的发展。”Douglass也同意这一说法，而且对ULEV的环保证书表示怀疑。他说，“没有多少人意识到Tesla的重量比BMW 5系列和Audi A6重800磅。因此，它比其他同类型汽车耗能更多。唯一的不同点就是我们测量耗能的方法。没有人考虑太多有关电池充电所用能源来自哪里，或者当汽车或组件使用寿命完结之后会怎样处理。钢材很容易回收利用，而塑料只能堆放在垃圾堆里，电池含有剧毒。”展望未来，Davey说：“引进自主车辆并不会影响目前AHSS项目的发展，原因有二。第一，在可预知未来方面，自主车辆不得不在道路上与非自主车辆联系。这就意味着，现有安全措施需要植入到这些车辆里，而AHSS是实现成本效益的理想材料。第二，自主车辆将仍然需要轻质（为了减低排放量）、成本效益，以及再循环等要素。钢材是实现这些要求的最佳材料。”
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ArticleBody conscious
The growing trend for OEMs opting for AHSS components has surpassed the expectations of steelmakersAudi’s decision to use a mass-produced carbon-fibre-reinforced plastic (CFRP) part in the body structure of its A8 may have secured many headlines, but the company’s extensive use of steel rather than aluminium in this model may ...
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ArticleO compromisso da força-ductilidade
Os aços dúcteis de alta resistência poderiam ser processados em escala industrial graças a um novo projeto de pesquisa da WMG na Universidade de Warwick, no Reino Unido. A AMS foi descobrir o que isto significa para a indústria automotivaA equipe da WMG afirma ter encontrado uma maneira de controlar ...
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ArticleEl equilibrio entre ductilidad y resistencia
Los aceros dúctiles de alta resistencia se podrán procesar a escala industrial gracias a un proyecto de investigación de WMG en la universidad de Warwick en el Reino Unido. AMS analiza cuál será la importancia de las para la industria automotrizEl equipo de WMG asegura que ha descubierto una manera ...
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强度延性权衡
多亏了英国华威大学（University of Warwick）工程学院的一项新的研究项目，高强度韧性钢的加工可以视线产业化规模。AMS探索这对汽车业的意义 工程学院的团队称，已经发现了一个可以控制恼人的脆性粘结阶段（是金属在生产阶段诱发产生）的方法。项目首席研究员Alireza Rahnama称， “研究最重要的一点就是，我们该如何加强脆性相的强度 — 它们并不容易去除 — 并且能增加轻质钢铁整理的延展性。它将成为新式轻质钢铁设计的方向。”近年来，OEM正在不断增加轻质材料的使用，替代钢铁的使用，比如铝材和复合材料，降低车辆的重量。当然，钢铁业并没有认为这会影响它在汽车业至高无上的地位。钢铁业对研发进行大力投入，生产更强更轻的先进超高强钢（AHSS和UHSS），以此参与竞争。通常来讲，AHSS是指极限抗拉强度（UTS）超过500MPa的钢，而UHSS是指极限抗拉强度超过980MPa的钢。这些材料用于最初的白车身（BIW）组件生产阶段，所以必须能够吸收碰撞来带的巨大能量，比如侧边、前侧和后侧。然而，钢铁制造商必须找到一个平衡点。他们制造的金属越强固，延展性就会越低，从而会限制塑性成为零部件的方法。Rahnama说：“这是一个没有尽头的研究。我们总是在寻找新的铝合金，能够降低重量，又能具有更高的强度和延展性。”多阶段钢铁AHSS和UHSS的种类很多，每个种类的属性都有所不同。通常来讲，他们都有马氏体组织。马氏体是最坚硬最强的钢铁，但是可塑性也是最低的。为了解决这个问题，就需要一种混合可塑性与强度的材质。目前最常用的AHSS是第一代双向钢（DP），拥有铁素体相和马氏体相，平衡可塑性和强度。目前，市面上双相钢的强度在590-1,400MPa，非常适合冲压。复相钢（CP）通常要比双相钢更容易塑性，多出来一个贝氏体相。“这是一个没有尽头的研究。我们总是在寻找新的铝合金，能够降低重量，又能具有更高的强度和延展性。”– Alireza Rahnama, WMG相变诱发塑性（TRIP）钢拥有残留奥氏体、铁酸盐和马氏体。当这些刚残废了，奥氏体转变成马氏体，可以分散张力，并提高延伸率。这些钢比复相钢和双相钢更容易塑性。而第二代孪生诱发塑性（TWIP）钢在室温下会100%成为奥氏体。然而，高合金元素 — 比锰还高出50% — 在钢材不成形的时候，会导致形成孪晶界。这些孪晶界可以增加钢的的强度，延伸率提高50%以上，强度会达到约1,000MPa。Rahnama说：“大体上，相变诱发塑性钢和孪晶诱发塑性钢目前正用于汽车业。钢铁的制造要比铝材和复合材料更加便宜。另一方面，铝合金和复合材料的密度更低，可以降低汽车的重量，反过来会进一步降低能耗和二氧化碳的排放。然而，低密度钢材同样降低制造成本以及重量。因此，使用这种钢材制造汽车，价格会更加便宜，重量也会更轻。”马氏体钢 — 正如其名 — 具有最高的马氏体，伴有少量的铁和贝氏体。这些钢的强度非常高 — 900至1,700MPa — 但除了滚压成形法之外很难塑性。热压高强其他超高强度钢只能使用热压成型。这个技术开发与20世纪70年代的瑞典，1984年Saab Automobile AB首次用于汽车业。该工艺使用一个板材 — 通常为硼钢 — 被房子一个火炉里加热，直到900°C奥氏体温度，形成一种内冷式的成套冲模，并在每秒最低冷却率达到27摄氏度的压力下淬火。这种最低冷却率可以保证在一个组件内形成马氏体组织，分散高强度 — 有时可以超过1,500MPa。这就意味着可以用最薄的钢制造组件。此外，还可以制造几何结构复杂的零部件，避免回弹现象，金属可以根据其自然回弹属性恢复到原来的形状。整个过程，从板材熔炉加热到冲压铸模只需要5至10分钟，但是熔炉技术提高生产率，每20秒就能生产一个零部件。热压技术在近年来使用率不断提高，但是加热一个模具的能量成本要比冷成型技术高得多。开发新工艺Rahnama已经开发了一种新的加工路线，可以生产低密度钢基合金，强度高，同时还能保留延展性和灵活性 — 集众多目前无法大范围使用的特性与一身。他还说：“大多数提高轻度的冶金机理都会降低延展性，这是强度与延展性的博弈。这个技术通过模拟和实验研究了轻质钢材的动力学和热力学显微组织演变，并拿出一个能够实现高强度与延展性的机制 — 一个能够马上用于工业的方法。”Rahnama在他的研究中考虑了高铝钢，也被称为三重钢。与TRIP和TWIP相比，这些材料拥有高强度（可以超过1,000MPa）和人性。此外，材料的密度更低 — 只有6.5g.cm–3（之前为7.85g.cm–3）。然而，这些材料中的高铝会导致一些问题。Rahnama说：“多出来的这些铝会导致硬质及脆性相，比如卡巴碳化物和B2金属件化合物。”这些特性使钢变得坚硬，但缺乏延展性，因此很难塑性成零部件。Rahanma和他的团队测试了两种轻质钢材 —Fe-15Mn-10Al-0.8C-5Ni and Fe-15Mn-10Al-0.8C — 用于实现高强度与延展性。通过模拟和实验，研究院已经发现，在特定的热处理温度下，两种钢材的脆性相更具有可控性，钢铁可以保留延展性。 WGM帮助改进钢材结构Rahnama说：“我们通过理论工作和数学建模开发了这个工艺。最初的理念只是了解低密度钢材的相变。数学模型为我们提供精确地方向，为我们展示如何通过修正轻质钢材的微观结构来获得更佳的机械性能。”在900摄氏度到1,200摄氏度，K-碳化物相能够从生产中去除，而B2金属间脆性相容易控制，形成一种光盘式的纳米形态，与低温下成型的粗糙产品截然相反。据Rahnama称，这种工艺很容易被钢铁制造商采用。他说：“我们只需要在特定的温度下对钢铁退火，达到特定的延展性和冷却率。”但是Rahnama的工艺离商业预备有些距离。与此同时，钢铁制造商也在开发自己的高强度成型钢。2014年，ArcelorMittal公司推出Fortifor系列延展性AHSS钢，特别为冷成型开发，可以降低组件的重量，目前双相钢的生产比率增长到20%。Fortiform 1050是市场上该系列的第一款产品，也是今年第一个被汽车系列生产用于装配线的材料。由于高张力，Fortiform 1050钢特别适用于生产那些必须洗手碰撞能量的零部件。另外两种材料Fortiform 980和Fortiform 1180目前已经共制造商测试了。纳米结构钢与此同时，NanoSteel — ...
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ArticleThe strength-ductility trade-off
High-strength, ductile steels could be processed on an industrial scale thanks to a new research project from WMG at the University of Warwick in the UK. AMS finds out what it means for the automotive industryThe team at WMG claim to have found a way of controlling undesired brittle stages ...
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ArticleOportunidade de porta aberta
Muito trabalho de P&D tem sido feito para reduzir o peso das estruturas de veículos, mas os sistemas de fechamento ainda representam uma oportunidade significativa para economias de pesoOs fechamentos são montados após a montagem da carroceria e podem ser construídos off-line, o que significa que eles podem ser feitos ...
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- 车门面临的机遇
在降低汽车构架重量方面已经进行了大量的研发，但是闭合器仍然是重量减轻技术的重头戏。汽车装配完成之后会安装闭合器，这样汽车才能走下生产线。安装到汽车构架上的闭合器可以使用完全不同的材料，比如铝材。对于车门，减重绝对是一点一点累积起来的。在2017年北美国际汽车展上，Magna International公司宣布，与美国能源部（DoE）、FCA US和内饰专家Grupo Antolin合作，开发一种铝加强车门构架，要比Chrysler 200车门的重量轻42.5%。Magna International负责政府合作的高级经理Tim Skszek说，如果把4个车门都算在内，总重量要比Chrysler 200轻50公斤。此外他还指出，制造车门的材料很容易获得，而且可以利用原有制造工艺制造，不需要明显提高生产成本，或改变汽车车体修理厂的基础设施。这种个车门构架适用于70%的轻型汽车市场。完胜增值成本这个项目没到10个月就完成了。该项目获得美国能源部部分资金支持。能源部想要为成本效益手段提供资金，满足不断严格的美国环境及能源规定要求。与奖励相关指导方针规定，与现行2016生产车门（增值成本不会超过每磅5美元）总体上要降低42.5%的成本。Skszek说，这要比制造商所能接受的成本要高一些，但是技术评估还不成熟。Magna获得这个项目之后，就开始选择合作伙伴。公司在2014年，与美国能源部和福特公司（Ford）合作，展示了混合材料轻型汽车（MMLV）的开发技术诀窍。这种汽车的车门由挤压铝板材，高压真空镁压铸零部件和钢板，以及结构型胶黏剂、自冲铆钉、单面铆钉和螺栓制造而成。车门要比2012款Ford Fusion轻33%。Magna Exteriors and Cosma分公司Magna Closures全程参与该项目。Grupo Antolin在轻型内饰制造方面拥有丰富的经验。因此，FCA已经使用铝材来降低汽车的重量。2017款Chrysler Pacifica（重为1,957公斤），比Town & Country小型货车轻113公斤。FCA仅仅是在滑动边门上采用铝材踏板就减重约18公斤。工程师在前悬架上采用铝材转向节和铝材控制杆，并在汽车提升式门上采用轻型金属，进一步减轻重量。评估构架选项有了联合装配，几个合作方开始评估四种构架。Skszek说：“我们评估了一个炭纤维增强材料设计，一个铝材冲压增强设计，一个铝镁组浇设计，还有一个聚合物（用于各种技术，铸件、挤制加工和冲压用于一个车门上）”最后的选择证明是最有效的。白车门减重占到项目总体的45%。Skszek说：“这种设计从金属方面来看是全铝材；三种的不同的合金和三种不同的工艺。”A柱结构被Skszek称为“车门的结构墙角石”，是由Cosma公司的Aural-2合金（AlSi10Mg）制造而成，据说能够承受120MPa的强度，抗拉强度为180Mpa，延长10%。这种结构使采用Cosma公司的高品质铸造高压真空压铸工艺，这是在2012年公司收购BDW技术之后获得的。传统的高压压铸工艺一般用于制造复杂的零部件，围壁厚度为3-8毫米。这些零部件需要很少的抛光处理，因此适合于高产量制造。使用这个公益，经书溶液就可以高速注入到模具当中，腔体当中的空气就停留在铝，形成气孔，影响零部件成品的抗拉强度和延伸率 — 从而限制了结构应用。此外，这些零部件的热处理能够引发更多的瑕疵，比如气泡。使用High-Q-Cast工艺，就可以在金属溶液注入之前就形成真空，从而最大限度减小孔隙的产生，提高机械性能。成品零部件就可以进行热处理，适合用于各种结合操作。 The door-in-white (DiW) accounts for 45% of the mass reduction achieved by the projectMagna目前在英国Telford建造高强度真空压铸工厂，用以支持Jaguar Land Rover公司。工厂的生产将于2018年开始。Skszek还说：“Magna在全球拥有5家能够制造这种零部件的工厂。我们在过去3年左右的时间里发展了这种生产能力，为全球供应这些零部件。传统应用主要是在车身结构和底盘上。”车门上部结构和铰链加固结构使对Al 6063-T6挤压制造而成，而Al 5182冲压品用在B柱、内加固、门栓加固、内外面板、内外腰线上。据Skszek称，螺栓式的腰线设计师独一无二的。这种设计用于结构加固，在装配过程中，内部腰线是最后安装的，这样，车门组件就很容易安装了，腰线可以保证所有事情都各就各位。热板及冷模压工艺防撞梁连接着A柱铸件中心和车门底端，以及B柱，传统上是用硼钢通过7xxx系列铝热成型而成。Skszek说，“热板材冷压铸工艺是由Cosma公司在2012年开发，能够提高5xxx系列铝材和镁内板的成型。”使用这个工艺，非石墨基润滑剂首次用于铝板材，进行干燥处理。板材就会放在两个热盘中间，以250摄氏度左右的温度加热，然后由机器人送到冲压模具里。模具经过加热，并在室温条件下运行。在系列生产中，这些模具将需要冷却，并保持这个温度。在传统机械肘杆式冲床上已不成型的速度为160mm.s-1。在零部件完全冷却之后，就会进行冲孔及修正操作，润滑剂可以通过加压水溶液来冲洗。Skszek总结说：“7xxx铝材车门横梁的使用可以减轻1.34公斤的重量，这是相对于硼钢横梁而言的。”这些组件通过电阻凸焊工艺（有Magna附属供应商Arplas开发）接合。电阻凸焊是电阻焊接的变体，电流集中在接触表面上，经过投影在3个接合零部件当中的1个上面成型。这种工艺的关键就是讲热能集中在板材的配合面上，将零部件的整体加热最小化，完成精确的接合不同的材质，这些材料的冶金和多种焊接成型同时完成。Skszek说：“这种工艺的一个好处就是，你可以降低凸缘的宽度。通常你会需要0.5英尺宽，或者12mm凸缘的焊接点，才能接合零部件。这种工艺可以极大降低图元的宽度，达到3或4mm，这样你就能够避免外部块的形成。”智能技术上位使用Magna公司的出品的SmartLatch电子门闩系统 — 首次用于宝马i8混合动力跑车上 — 避免车门使用棒条体你和杠杆，形成独特的带有综合玻璃向导的车载模块。总体来说，门闩系统和成型技术能够降低13%的总重量。Grupo Antolin制造内饰组件。公司使用先进的成型工艺 — 比如Trexel公司的MuCell微型注塑工艺 — 其中的聚合物能够降低7%的总重。"这种（车门）设计从金属方面来看是全铝而机构；三种不同的合金和三种不同的工艺" - Tim Skszek, ...
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ArticleOpen-door opportunity
Much R&D work has been done to reduce the weight of vehicle structures, but closures still represent a significant opportunity for weight savingsClosures are mounted after body assembly and can be built up off-line, meaning that they can be made of entirely different materials, such as aluminium, to the vehicle’s ...
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ArticleGrowth and innovation
Reduced costs, recyclability and new joining technologies are driving the use of aluminium in automotive structuresFord's switch from steel to aluminium for the body of its F-Series trucks was called its ‘billion-dollar gamble’. But the carmaker felt that the opportunity to shed some 300kg of weight from the vehicle was ...
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Fazendo o trabalho leve
Forte, rígida e leve, estas propriedades tornam o ferramental para peças compostas uma proposição atraente como apoio de fabricação e de produçãoPara formação de chapa de metal, matrizes de resina epóxi foram utilizadas pela primeira vez na década de 1950. Estas eram muitas vezes preenchidas com pó de aço ou ...
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Utillaje de material compuesto
Resistencia, rigidez y ligereza. Estas propiedades hacen que los materiales compuestos sean una propuesta muy atractiva para la fabricación de utillaje y ayudas a la producciónEn el conformado de chapa, las matrices de resina epoxi se utilizaron por primera vez en la década de 1950. Estos materiales termoestables a menudo ...
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- 轻量的功效
强硬、坚韧、轻质，这些性能使复合材料成为制造商在制模和生产过程中最为看好的性质。在薄钢板成型上，环氧树脂首次应用于20世纪50年代。这些热固性塑料通常会填充钢粉或沙子，来提高耐磨性和机械性能。灌注聚氨酯（PU）是从20世纪70年代开始使用。最近，高性能聚酰胺（PPA）开始被应用。这些热固性塑料因为玻璃纤维和很多填充物提高了耐磨性、机械强度和润滑性。这些模具生产起来比金属的要更快、更便宜。尽管好处诸多，但是高分子复合材料模具比原来的模具材料缺乏强度。此外，因为还不清楚这种材料失败的作用机制，模具仍然是在经验和直觉的基础上设计出来，通常情况下都是采用金属模具的设计规律制造的。所有这些都说明，使用复合材料塑模很大程度上都是受到小批量生产和制造原型零部件的限制。 Audi says that it achieved an energy saving of over 10% through the use of these tools采用复合法但是用“复合材料的方法”制造金属成型工具 — 即在适当的地方使用适当的金属 — 能够产生牵引力，并且结果非常良好。在德国因戈尔施塔特冲压车间，奥迪公司使用了多金属物质结构生产模具，据称要比传统方案在重量上轻20%，稳定性上增加10%。传统的冲压模具词用铸铁，重量会达到45吨。通过选择性使用铸铁、铝和塑料 — 以及增材制造等技术 — 奥迪公司将这些模具的重量能降低到8吨。此外，奥迪公司从根本上改变了设计，提高了模具的稳定性。在冲压上，一个模具能够承受最高2,500吨的压力。压力会随着不断重复塑形和切削加工而加大。为了解决这个问题，传统的模具都是铸铁十字螺纹的形式，这种配置也在板料冲压生产中使用。在奥迪轻量模具中，基础结构中的共性能够产生高水平的稳定性，从而提高了力的传递。有些形状源于自然，模仿树叶或人的骨头。这就能保证刚度，并减少近20%的材料。改进模具效率奥迪公司称，新的模具在加工板材是能够更快，更精确，而且磨损更好。总体来讲，公司称这些模具能够节省10%以上的能源。奥迪公司工具制造部长Michael Breme说：“有了这种轻量复合结构，我们能够在Audi Toolmaking制定新的标准。我们就可以生产更加复杂、更加高效、高质量模具，从而进一步优化我们的制造程序。”"碳纤维非常理想，因为它大力提高了工序效益，降低了偏差、振动，而且轻质" - Toni Roda, ABB Robotics复合材料在钻模生产中的潜力巨大。这种潜力首次体现在北美所使用的碳纤维增强复合材料（CFRP）钻模上，这在10年之前Ford Mustang汽车的阀盖安装上有采用过。该项目主要研究人员，即西华盛顿大学汽车研究学院（VRI）主任Eric Leonhardt说：“在我们制造发动机钻模时，我就意识到英国的另一个应用，即在汽车装配上使用复合材料模具。”在密歇根福拉特洛克的Auto Alliance International（AAL）公司，Ford Mustang团队计划使用一种方型焊接管来支撑阀盖，在安装到汽车上。模具轻量化但是这种钻模重大16.8公斤，单独一名操作员在使用过程中要在8个小时中要举起比正常更高的重量。当然可以采用高架平衡杆来解决这个问题，但是这就需要在装配车间投入大量额外的资金，减缓发动机盖的安装速度 — 因而操作员使用的几率反而减少。针对这个问题，VRI团队开发了一个清凉钻模，综合了预制碳纤维蜂窝芯材的中间区段，有两个机器加工熟铝尾端件连接在每端。最初的基础重量为3公斤。铝的定位特点就用螺栓定在这个结构上，增加钻模的重量，达到约5.4公斤 — 这个重量足以让一名操作员在没有任何帮助的情况下肚子操作。自从2006年已经设备开始，成千上万辆汽车都使用这种高复合材料发动机罩钻模。瑞典公司TETRAFIX已经开发了一种系统，能够使用CFRP管来制造复杂的组合夹具框架。使用框架设计可以减少材料所需数量 — 降低了重量和成本。公司称，制造出来的结构绝对强韧而稳定。少量夹具就很容易移动；公司最重的夹具 — 比如汽车车身 — 重量只有40-60公斤。大部分夹具都比较轻，容易搬动，而大型夹具都安装了轮子 — 就没有必要使用起重机或其他重型起重设备，从而减少了更换时间，这也比传统的金属夹具好得多。减少夹具校订瑞典公司TETRAFIX已经开发了一种系统，能够使用CFRP管来制造复杂的组合夹具框架。使用框架设计可以减少材料所需数量 ...
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ArticleMaking light work
Strong, stiff and light, these properties make composites a compelling proposition for the manufacture of tooling and production aidsIn sheet metal forming, epoxy resin dies were first used in the 1950s. These thermosets were often filled with steel powder or sand to increase their wear resistance and mechanical properties. Filled ...
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Rota de reciclagem para fibra de carbono
O uso de fibra de carbono na fabricação de automóveis está em sua infância, mas com £316m no valor do material enviado para aterro em 2015, é fundamental que a indústria explore mais formas de reciclagem As diretivas de veículos da União Europeia (UE) em fim de vida determinam que ...
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La ruta del reciclaje para la fibra de carbono
El uso de fibra de carbono en la fabricación de automóviles se encuentra en su infancia, pero con 316 millones de libras de material enviado a vertederos en 2015, es imprescindible que la industria explore más formas de reciclajeLas directrices del final del ciclo de vida vehículos de la Unión ...
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碳纤维的再循环之路
在汽车制造中使用碳纤维的技术还处于初期阶段，但是2015年，价值3.16亿英镑的材料投入到垃圾场之后，对回收利用的探索已经势在必行欧盟（EU）报废车辆指令规定，一辆新车中85%地材料必须是再生材料。碳纤维比较昂贵，根据生命周期评估（LCA），碳纤维的生产对环境的影响要比钢铁和铝大。金属的再循环路线已经相当成熟，而碳纤维的再循环只是刚刚起步。2015年，全球共产生18,000吨的碳纤维垃圾，其中大约有1,600吨用来再循环。那一年，大约3.16亿英镑的碳纤维都被送到了垃圾场。这是一种巨大的浪费，同时也失去了良机。再循环碳纤维几乎是原纤维的半价，对全球变暖的危害要低得多，而机械性能却几乎相当。碳纤维再循环专家ELG Carbon Fiber公司常务董事Frazer Barner说：“如果碳纤维想要在汽车业的轻质路线上广泛使用，就要求碳纤维的成本每磅5-7美元。虽然在低成本碳纤维方面有很多规划，但事实上，只有再循环碳纤维才能满足目前的要求。” Recycled materials were used in Gordon Murray Design's CFRP-intensive iStream Carbon chassis宝马公司是目前唯一使用碳纤维增强塑料（CFRP）进行高产量生产的汽车制造商 — 这个材料在i车型上广泛使用，少量用在7系列上。这样，宝马还是目前唯一在碳纤维再生中使用闭合回路的汽车，再生二次纤维的使用方法有3中。在今年的JEC World会议上，宝马汽车概念项目经理Stephan Huber说：“很多人认为可持续性和碳纤维并不合拍，但是宝马认为这两者可以放在一起，这里没有矛盾。”宝马公司从美国华盛顿摩西湖的SGL Automotive Carbon Fibers(ACF，与碳纤维制造商SGL集团的合资公司)采购碳纤维。这些碳纤维（完全是通过水力发电生产）被塞到粗纱或粗纤维当中卷上，然后送到ACF在德国瓦克尔斯多尔夫创业园区的第二个工厂，生成碳纤维预制品。这些预制品被运到宝马公司兰茨胡特和莱比锡的工厂。两家工厂切割程序之后剩下的碳纤维残余物被送回ACF Wackersdorf，然后被切成小段，放入独立纤维中。Huber继续说：“有些人称其为残余物，我们称为好材料。”纺织机械记录这些纤维，直到这些纤维拧到一个方向，形成一个无纺材料，然后向各个方向堆放 — 主要取决于某个组件的性能要求 — 然后再缝在一起。这个无纺材料然后浸入到树脂中，尤其适合平整零部件的生产，比如i3的顶棚。事实上，二次材料已经占到该车碳纤维的10%。该制造商还开发了一种将二次纤维融合到模塑料板（SMC）的方法，这个材料应用于7系列的结构构件中。此外，或许可以说是最重要的，宝马公司将要在热塑性颗粒中使用二次纤维进行注塑，而且开始在其他品牌车辆两不见的制造中采用这种材料 — 比如目前Mini Clubman里的中控载体。这个零部件之前使用高分子增强玻璃纤维，占到大约30%的重量。与热塑性材料专家Akro-Plastic公司，以及内饰制造商Grammer合作，载体现在由PA增强和i车型残余碳纤维制造而成，占到10%的重量。这个零部件比玻璃增强纤维的重量轻15%，而且还更加强韧。重要的是，零部件可以使用相同的注模设备制造，而且价格也相同 — 据Huber，这是双赢。宝马能够使用各种热塑性树脂生产这些颗粒，而且计划在消音器、发动机罩、离合器踏板和轴承座的生产中应用。Huber总结说：“这只是开端。我们今年以及将来生产所有的二次纤维组件。”碳纤维再循环与树脂结合对干纤维的循环使用来说是一个巨大的挑战。大部分使用热固性材料制造的碳纤维增强塑料（比如环氧基树脂）无法融化或再塑形。ELG Carbon纤维是很多使用热解工艺循环生产浸染摊位的公司之一。在英国的工厂里，公司通过分类和切割，将CFRP废弃物在一个惰性气体中加热到400-600摄氏度，把树脂烧掉。ELG公司称，公司的专利技术能够产生清洁的碳纤维。公司利用这些纤维开发了很多适合汽车应用的产品：短纤维产品；可以独立使用或与原碳纤维使用的无纺毡，适合生产阀盖、车厢盖、后挡板、备胎坑和结构材料；融合再循环碳纤维和热塑性纤维制造无纺毡，通过压模生产内饰组件。Barnes说：“在同比产品中，比如注塑组件或无纺毡，性能相同，但是纤维成为通常会低40%。与其他的碳纤维相比，比如单向预浸料，性能肯定不同 — 重要因素就是将正确的材料放在正确的地方。”2015年，ELG生产了1040吨的碳纤维产品。这些材料曾经在Gordon Murray Design的CFRP-增强 iSTREAM CARBON底盘中使用，应用在Yamaha两座Sports Ride概念车上，在2015年东京车展中展出。Barnes继续说：“（使用再循环碳纤维）最大的阻碍，和其他新材料一样，就是建立测试数据，并在原型中展示性能。我们已经成立了很多项目来解决这个问题，而且我们一斤更有了足够的信息，可以在新生产计划中进行选择。”ELG正在计划建立两个工厂 — 一个在德国，一个在美国。热解法在循环利用CFRP制造废物中可行，但是这个工艺也有问题；这是能源密集型的，会将碳参与留在碳纤维的表面，阻碍进一步加工。报废材料的在循环利用也存在问题。或许从长期来看，方法就是从一开始就把CRFP以再循环来进行设计。热塑性塑料能够重新溶解并塑形，这种材料的使用一定会增长。此外，Georgia Institute of Technology(GT)的研究人员发现，玻璃离子为基础的环氧树脂可以在高温中溶于乙二醇。GT公司博士后研究生Kai Yu说：“玻璃橱窗含有动态连接，能够改变结构，在任何条件下都不会失去网络完整性。我们让乙二醇（小分子）参与改变反应的网络，有效溶于玻璃离子。” Non-woven complex, resin-impregnated, ...
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