中国国际复合材料工业技术展览会 China Composites Expo
扫描二维码
资讯天天发
您的位置:首页 > > 新闻中心 > 国际新闻

世界首款全热塑性复合材料电动跑车制动踏板 年产量约100万件
来源:中国国际复材展组委会编译  2021-01-14 16:51:53
本文阅读次数:1689

文章关键词: Boge 汽车 热塑性 复合材料 刹车踏板

原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-10396.html       上世纪九十年代,汽车制造商开始使用注塑成型工艺,以短切玻纤增强热塑性复合材料替代金属,来生产油门踏板。

       而刹车踏板,也就是人们俗称的“脚刹”,却因为与汽车的安全性有着更为密切的关系,进而对踏板的强度、刚度、扭转载荷有着更好地要求,没有实现从金属向复合材料的转变。

       来自德国的汽车一级供应商Boge Rubber & Plastics Group(以下简称Boge)宣称,推出了世界上首个热塑性复合材料汽车刹车踏板,满足了汽车厂对安全性和经济性的要求。


       这款创新的刹车踏板采用了独特的设计方案,混合使用了三种不同的复合材料,引入了与众不同的生产工艺。

       Roge公司专业从事汽车减振、传统、底盘、轻量化模块以及踏板箱(包括刹车、离合、油门)相关零部件的研发和生产。自2008年起,公司开始使用连续纤维有机板和短切玻纤,利用复合模塑工艺(overmoulding)生产汽车零部件,2018年又引入了热塑性单向带,并通过工艺的创新缩短了生产周期、降低了成本、扩大了业务量。

       “2015年的一天,老板跟我说,这些创新都很不错,但是如果能寻找到更大的应用市场,把用量提升上去就更好了。”Boge公司全球创新中心总经理Ing. Daniel Häffelin博士表示,“于是,我们一起做了头脑风暴,最后聚焦到汽车刹车踏板这一细分产品上了。”

       “我们认为现有工艺已经把生产周期已经压得够短了,进一步下调的空间有限,所以唯一的出路就是提高纤维的使用效率来降低成本。”

       然而,简单地把刹车踏板做得更小、更薄显然行不通,因为刹车踏板对形状和尺寸有严格的要求,更不用说对它关系着汽车的整体安全性能。因此,研究的方向锁定在如何精对纤维取向进行精准控制,进而减少部件厚度和非关键区域的纤维用量上。

       “想要减少纤维用量,还要求它们保持足够的强度和刚度,在运动和医疗市场上的通常做法是引进拾-放设备(Pick-and-Place),但那太贵了。”Boge公司首席执行官Torsten Bremer博士表示说,“我们不得不试着寻找新的工艺路径。”

       “当时我们已经开始和一些汽车厂家合作研发全复合材料刹车踏板。”Boge公司执行副总裁Burkhard Tiemann回忆说,“我们在2015年向他们做出了承诺,3年后我们做出了第一批产品。”

       三种材料的混合使用

       Boge公司针对刹车踏板的不同位置分别使用了三种不同的材料。壳结构是踏板的主要承重结构,必须足以承受最高3000牛顿的压力,同时还需要保证它足够轻薄、性价比足够高,使用的是德国朗盛公司生产的连续玻纤有机板;有机板上的有部分区域还需要额外增强,Boge公司在其上使用了美国塞拉尼斯公司生产的单向玻纤带,并遵照汽车厂商对特定温湿度条件下材料应变曲线的要求,通过有限元分析的方法计算出铺放的路径;为实现踏板中的功能性几何形态,Boge公司使用多个供应商提供的短切玻纤,利用复合模塑公司形成肋结构和其他附着结构。

       上述所有增强材料都使用了汽车行业中广泛采用的黑色尼龙6作为基体材料。如果汽车厂商另有要求,Boge亦可在复合模塑工艺中使用尼龙6/6作为替代基体材料。


       通过三种不同形态玻纤增强材料的混合使用,Boge公司得以实现对纤维取向的精确控制,满足刹车踏板的性能要求,避免材料浪费,减少了壁厚,缩短了生产周期、降低了部件成本。

       工艺流程

       通过与德国自动化生产线制造商M.A.i. GmbH & Co. KG的合作,Boge为这款全热塑性复合材料刹车踏板设计了一套三步走的工艺路线。这条的路线实现了1)1分钟快速成型;2)高度自动化;3)个性订制化。

       生产开始前,车间里事先准备好两堆经过预成型的有机板和四卷单向玻纤带。

       生产开始时,机器人拾取一片有机板,将其移至工作台上;同时,将单向玻纤带裁至所需长度并放置于传送带之上。接着,轮转式拾放设备(Pick-and-Place)依次拾取四条单向带,由监控摄像头检查每条单向带的质量、尺寸和位置是否符合要求。然后,设备按照程序中写入的位置依次将单向带贴到有机板表面,并通过激光多点焊接防止单向带发生位移。

       此过程不间断,直至设计方案中所有单向带全部贴至有机板之上的正确位置,整个过程完全通过数控技术完成,客户的个性化需求可以通过调整程序来满足。每一个环节都经过摄像头以及传感器的监控,确保完全按照设计进行。

       而后,为保证生产效率,经过局部增强的有机板被送入红外烤箱进行预加热,单向带和有机板中的特殊抗氧化成分会保护树脂系统免于热损伤。进而,预热后的有机板被快速送入预成型腔,在高压条件下弯折成U型形状,同时保证较高的表面质量。同样地,这个过程也全程受到质量控制。

       最后,余温尚存的预制件被转入注塑模具,与短切玻纤增强尼龙复合材料进行复合模塑,生成表面附着的几何结构,例如肋结构。脱模完成后,还需进行快速的修剪和检查,无需喷漆或表面处理。

       未来市场

       该全热塑性复合材料刹车踏板,尺寸为350 x 90 x 60毫米,与先前的设计方案相比,有机板用量减少了33%,名义壁厚从3毫米降至2毫米;它的重量约为金属踏板的一半,强度甚至高于后者,提升了驾驶者的驾驶体验;它的生产成本与铝制踏板近似、略高于钢制踏板。与此同时,每个踏板都拥有自己的二维码身份码,便于日后溯源。

       2018年,这款全热塑性复合材料汽车刹车踏板进入量产阶段,大约每分钟便可生产一个踏板,现有生产线的年产量可达到100万件。

       “随着汽车行业逐渐向电动方向发展,刹车踏板的设计也将因为电气集成的要求变得更加复杂,这将赋予复合材料更大的竞争力。” Häffelin博士表示。
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-10396.html

文章关键词: Boge 汽车 热塑性 复合材料 刹车踏板

上一篇: 蔼克颂正式并入西卡工业 成为西卡先进树脂团队
下一篇:英国开发飞机内饰纳米复合材料