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探索高性能汽车塑料的应用方向

来源:荣格 发布时间:2018-02-04 322
化工塑料橡胶模具及零件材料处理、计量与检测电子芯片电子芯片设计/电子设计自动化(EDA)设计/电子设计自动化(IP类软件)
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SPE® 汽车部门公布2017第四十七届年度汽车创新奖名单

作为汽车和塑料行业中历史最悠久、最盛大的颁奖活动,美国SPE®塑料工程师协会汽车部门公布了2017第四十七届年度汽车创新奖大赛获奖名单。我们可以看到,高性能塑料在其中扮演了重要的角色。那么,它们都有哪些创新的应用呢?轻量化、高品质外观、低成本等趋势还将主导汽车塑料未来的发展方向吗?让我们一起通过获奖产品来一探究竟吧!

底盘/硬件类别:动力总成安装U型支架

巴斯夫与哈金森减震系统和通用汽车联合开发的轻量化动力总成 U 型支架在第 47 届塑料工程师协会(SPE)国际汽车创新奖颁奖晚会上被授予底盘/硬件类大奖,以表彰其创造性地应用塑料材料改善噪声、振动和声振粗糙度(NVH)性能。

在为通用汽车全新中型 SUV 平台(包括凯迪拉克 XT5)设计支架时,巴斯夫采用了玻纤增强聚酰胺 Ultramid® A3WG10 CR 以满足功能性要求,包括隔振、最高/最低负载强度以及 100 摄氏度下的抗疲劳性能等要求,提高了装配过程中的灵活性。



在这一案例中,哈金森使用 Ultramid 开发了七种用于不同动力总成和平台组合的 U 型支架;与普通压铸铝方案相比,该产品最多可减重45%,减震性能和耐腐蚀性也有所提高,且不会增加成本。此外,工程师还使用了巴斯夫专有的CAE模拟软件 ULTRASIM® 来预测材料在驾驶条件下的性能。

车身外饰类别:集成松散层结构的主动进气格栅(AGS)结构

集成松散层结构的主动进气格栅(AGS)结构也是Grand Award 的得主。它被用在福特汽车公司2018 Expedition豪华运动型多用途车(SUV)上,这可能是目前生产的最大的二次注射的主动进气格栅结构。它设计有一套完整的定位和连接系统,以便在格栅和前照灯之间保持一致的安装,从而消除对FEM装配、垫料和运输的需要。

该结构由注塑加工商Magna Plastcoat公司开发,采用的是材料供应商塞拉尼斯的Celstran® PP-GF40-20材料。利用LFRT技术开发的一种聚丙烯结构,在替代的金属和尼龙混合设计上消除了估计3磅的重量,而相应的钢结构要比LFRT设计重18磅以上。不仅如此,LFRT设计还提供了所需的耐久性。除了完全采用热塑性的解决方案减少大约5美元的可变单件成本外,这种增强型设计还使每辆车降低了16美元的内部装配成本,并通过取消对FEM的需要减少了大约45美元的辅助费用。结果,福特在垫料、装配生产线和处理方面估计节省了200万美元的成本。这种部件整合省去了4个单独的紧固件以及所需的劳动力。未来福特将在所有的卡车上应用类似的零件。



除此之外,全新的2017款福特Super Duty皮卡还首次在前排座椅中采用高分子复合材料替代之前的镁合金,该材料同样由塞拉尼斯提供。

车身内饰类别:仪表板骨架

宝马公司2017 Mini Countryman微型跨界多功能车(CUV)的仪表板骨架采用了材料供应商SABIC公司的Stamax PP LGF材料。加工商International Automotive Components(IAC)通过结构化学发泡与芯-背工艺成型生产该仪表板骨架。66%的长玻纤增强使壁厚做到1.9mm,在轻质的同时达到了很好的刚度。发泡技术的应用,意味着部件所需要的材料减少,该部件的重量减轻了15%,同时,采用长玻纤PP注塑成型实现了这种VOC排放极低的部件的生产,完全能满足VDA 278 的规范要求。广泛的CAE分析对发泡部件的翘曲进行预测,从而为提前修改模具提供了有价值的参考。展望未来,宝马及其合作伙伴有望将这项技术作为仪表板骨架的行业基准。

材料类别:链式张紧臂用低摩擦聚合物

福特汽车公司在5.0L V8发动机驱动的2017 F-150 皮卡和Mustang跑车上,直接采用帝斯曼公司的改性PA46替代PA66用作链式张紧臂。该部件由加工商Borg Warner公司提供,新材料的使用提高了摩擦磨损性能,增加了刚性,由此降低了凸轮轴的转动扭矩(0.5Nm),从而提高了燃油经济性(0.4%),这相当于减轻40磅的重量,并且所有这些都是以1/10的成本实现的。所带来的环境效益包括:每年减少了12000桶的气体消耗,减少了5000t的温室气体排放。这项创新具有高度的可转换性,能够以经济上可承受的方式提高燃油经济性。从2018年开始,它将被用在更多的福特车型上。在福特汽车公司跨车型项目的转化中,其对环境的总体潜在影响,可能是在Mustang和F-150车型上所实现数值的数倍。

动力传动类别:涡轮增压器出口T型接头

现代汽车公司在其2018 Genesis G80和Kia Stinger轿车上采用了涡轮增压器出口T型接头,该部件由杜邦公司开发的Zytel XT注塑成型而成。Hwaseung R&A有限公司新开发的这种35%玻纤增强热的热稳定性聚酰胺66,在高达220℃的温度下仍能保持良好的性能。

与以前的铝合金压铸件相比,通过采用塑料设计减轻了42%的重量,降低了35%的成本,改善了气流,减少了压降(-8kPa),从而提高了燃油经济性和NVH性能。肋型设计还降低了空气噪声,提高了长期耐久性。特殊的3浇口定位模具设计最大程度地减小了熔接线区域的应力,确保了部件的强度和耐久性,并实现工艺优化。

加工、装配和启用技术类别:二次注射的内装饰边框

福特汽车公司在其2018嘉年华微型汽车上采用了二次注射的内装饰边框,该部件由佛吉亚内饰系统公司提供。这种独特的三维装饰效果,是采用二次“逆向”注塑成型实现的:第一次注射染色PC,第二次注射自着色的ABS,以实现纹理表面的包覆成型。这两种材料均由韩国材料供应商Lotte Advanced Materials公司提供,这也是该工艺在这种尺寸和形状的部件上的首次运用。

与模内装饰(IMD)、模内贴标(IML)和高光喷涂相比,它节省了30%的成本。与传统的双层高光钢琴黑外观相比,其废品率降低了20%。

安全类别:头枕

福特汽车公司在其2018 F-150 皮卡上采用了由材料供应商Ravago公司生产的Hylon N1000STHL PA材料制成的头枕,该部件由加工商Stamping公司注塑而成,这款低成本、低重量的头枕为保护头、颈部提供了卓越的刚性。

其灵活的设计可以让头枕的前表面能够转动,以靠近或离开乘员60mm,从而在不产生费用的情况下,精确调整舒适度和安全度。作为主承重部件,用塑料代替钢应用在前排头枕上是一种新的做法。该部件设计利用智能结构消除了制造的复杂性,从而使现有的材料可以得到应用。随着这项技术扩展应用到新的汽车项目中,预计到2020年底,可以节省1073万美元(每辆车节省2.8美元)。

塞拉尼斯首次在前排座椅应用中提供了用镁合金替代高分子复合材料的材料。这个应用程序结合了一个结构座椅座垫框架和座位下方的存储盖为前排中心20%座位与整合约束系统。

后市场类别:一体化的地板车罩分隔板

通用汽车公司在2017 雪佛兰Silverado皮卡车型上首次将双片材热成型的车罩分隔板(bedliner divider)整合到车罩中成为一体化的部件。由于不需要生产一个单独的底部分隔部件,从而节省了275美元的成本。该部件由Penda公司生产,材料则由供应商A. Schulman公司提供。

由Polytrope TPP1026EU TPO制成的分隔板引入了一种成型的锁定功能,从而在被抬起时可将分隔板固定到卡车壁中。它不需要单独的分隔板,消费者可以在车板中放一些小物品而不会使物品在车辆在行驶过程中移动和滑动。该部件的两面都有双重质地,通过嵌入不同的LOGO,这一设计即可被应用到不同的车型和品牌上。

环境类别:可持续生物泡沫仪表板

福特汽车公司在其2018 Fusion轿车上采用了具有更低的重量和成本,以及更大的设计自由度的仪表板,为传统的石油基泡沫材料提供了可持续的替代方案。这种基于蓖麻的PUR泡沫(Elastoflex 3496/102树脂和113/4 Iso PU,供应商:巴斯夫)提供了更低的成型密度,能够在只有4mm的横截面内发泡,且与要配合的材料具有优异的粘接强度。

在原位发泡中,加工商International Automotive Components(IAC)将造型好的PVC、TPE或TPU表皮与硬的塑料载体部件一起放入模具中,然后在这两种部件之间注入泡沫。根据泡沫厚度的不同,重量可减轻20%~40%,每个原位发泡的仪表板平均可节省2美元的成本。


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