KGL_new
Puls Branży
Lanxess   PA  

Inteligentna konstrukcja z wykorzystaniem poliamidu o dużej płynności

Materiały termoplastyczne o dużej płynności są zazwyczaj nieco droższe niż porównywalne materiały standardowe, zapewniają jednak korzyści w zakresie obróbki, kosztów produkcji i swobody projektowania, które sprawiają, że jest to opłacalne rozwiązanie. Dobrym przykładem jest zintegrowana rama wlotu powietrza produkowana w technologii łączącej tworzywa sztuczne i metal (technologia hybrydowa) do modelu Ford Kuga (pojazd typu SUV). Oprócz stalowych paneli w produkcji narażonego na duże obciążenia elementu konstrukcyjnego wykorzystuje się Durethan BKV30H2.0EF koncernu LANXESS – wzmocniony włóknem szklanym poliamid 6 o dużej płynności. Ramę i cały moduł przedni opracowała i pro¬du¬kuje Montaplast GmbH, globalny dostawca części dla przemysłu motoryzacyjnego z siedzibą w Morsbach (Niemcy).

– Nasz poliamid 6 o dużej płynności można poddawać obróbce przy niższych ciśnieniach wtrysku – podkreśla Ulrich Dajek, ekspert w dziedzinie projektowania materiałów hybrydowych w LANXESS.Dlatego do produkcji hybrydowych ram wlotu powietrza mogą być wykorzystywane mniejsze wtryskarki o mniejszych siłach zwarcia. Ma to pozytywny wpływ na koszty eksploatacji maszyn i pozwala na większą elastyczność w zakresie wyboru wtryskarki i planowania produkcji.

 

Cztery zintegrowane aktywne żaluzje wlotu powietrza

 

W ramie znajduje się aktywnie sterowana jednostka. Składa się z czterech ruchomych żaluzji, które zapewniają dopływ powietrza do układu chłodze­nia silnika w zależności od zapotrzebowania. Rama zawiera metalowe wkład­­­ki wzmacniające po bokach i w górnej części, w której znajduje się narażony na duże obciążenia zatrzask klapy przedniej. Głównym zadaniem hybrydowej konstrukcji jest zapewnienie wsparcia dla układu chłodzenia i utrzymywanie go we właściwym położeniu. W ramie zintegrowane są również liczne funkcje dodatkowe, takie jak prowadnice, mocowania napędu regulacji i elementy mocujące. – Naszym inżynierom ds. rozwoju udało się zintegrować wszystkie te elementy, funkcje i powierzchnie styku w taki sposób, żeby spełnić wymagania funkcjonalne i wymagania związane z obciążeniami. Jednocześnie zadbali, żeby cały moduł przedni można było produkować w różnych, odpowiadających potrzebom danego regionu wersjach w ramach taniego, zautomatyzowanego i wydajnego procesu – wyjaśnia Horst-Dieter Haltrich, kierownik zespołu zajmującego się opraco­wy­waniem nowych produktów w firmie Montaplast.

 

Bezpośrednie połączenia gwintowane o większej stabilności dzięki poliamidowi 6

 

Poliamid 6, tworzywo sztuczne wykorzystane w konstrukcji hybrydowej ramy, ma dwie główne zalety w porównaniu z materiałem alternatywnym, jakim jest polipropylen. Pierwszą z nich jest możliwość zastosowania bezpośrednich połączeń gwintowanych, które są tańszym rozwiązaniem niż stosowanie dodatkowych metalowych wkładek. Połączenia gwintowane zaprojektowane z użyciem poliamidu 6 są znacznie bardziej stabilne, mają dłuższą żywotność i są bardziej niezawodne niż w przypadku polipropylenu. Druga zaleta poliamidu polega na tym, że w przeciwieństwie do polipropy­lenu wytrzymuje obciążenia termiczne powstające podczas zamykania żaluzji.

 

 

Łatwiejsze uzyskiwanie filigranowych elementów o cienkich ściankach

 

Ze względu na dużą płynność poliamidu 6 możliwe jest projektowanie filigranowych elementów o cieńszych ściankach. – Możliwe było zmniej­szenie grubości ścianek o około 20% w strefach narażonych na mniejsze obciążenia. W porównaniu ze standardowym poliamidem 6 o tej samej zawartości włókna szklanego pozwoliło to na znaczne zmniejszenie masy – podkreśla Ulrich Dajek. Ze względu na mniejsze ciśnienie napełniania inną zaletą materiału o dużej płynności jest możliwość produkowania elementów przy mniejszych naprężeniach, co do minimum ogranicza odkształcenia.

 

Kompleksowe usługi HiAnt

 

Specjaliści Ford, Montaplast i LANXESS ściśle ze sobą współpracowali podczas całego procesu opracowywania hybrydowej ramy, aż do momentu rozpoczęcia produkcji seryjnej. Koncern LANXESS zaoferował również swoje usługi techniczne HiAnt. W ramach jednego z kilku badań technicz­nych dokonano analizy topologii elementu, aby przedstawić sugestie dotyczące budowy i położenia wzmacniających żeber z poliamidu z uwzględ­nieniem stosownych scenariuszy obciążeń. Duże wyzwanie stano­wiły również różne obliczenia i symulacje, takie jak analiza sztywności moco­wa­nia chłodnicy oraz stabilności dynamicznej, poziomu hałasu, drgań i innych uciążliwości w przypadku ramy. Przeprowadzono również symu­lacje dotyczące wytrzymałości na obciążenia obszaru zatrzasku wzmocnio­nego metalem (zatrzask klapy przedniej), jak również kilku scenariuszy obciążenia istotnych z punktu widzenia ubezpieczenia, takich jak testy obejmujące uderzenie w dolną część nogi w celu zapewnienia ochrony pieszych lub zachowanie się całego zespołu w przypadku drobnych kolizji, np. uderzenia podczas parkowania. LANXESS przeprowadził ponadto testy części prototypowej i seryjnej zgodnie ze specyfikacjami firmy Ford.
Umieściliśmy na przykład cały zespół w komorze klimatycznej i pozwo­liliśmy, by pokrył się lodem, a następnie sprawdziliśmy, czy żaluzje wlotu powietrza bez problemu się otwierają i zamykają – opowiada Ulrich Dajek.