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[其他] 新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

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发表于 2016-3-17 22:39:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

        图1 利用恩格尔的clearmelt技术,能够生产出表面抗划痕的三维装饰部件

        通过创造性地组合使用注射成型和反应注射成型技术,现在,一些新的组合工艺不仅能在单次加工中生产出表面抗划痕的三维装饰部件,而且可生产出整合了功能性表面、基底部件和传感技术的“智能化”塑料产品。另一方面,生产混合性结构部件的一个最新动向是,用有机片材取代传统的钢板或铝板,从而进一步降低了结构部件的重量。作为2010德国K展中的亮点之一,这些极具挑战性的创新工艺所具有的共同特点是,能够以更低的能耗和成本,在更短的循环周期内,生产出重量更轻的功能性产品。
        组合技术的单次加工工艺
        组合技术是指通过组合多种工艺技术而形成的一种新的集成式的生产方法。组合技术的优点是可显著降低总体生产成本。从材料的制备到部件的成型,在所有生产环节中,组合技术可显著降低能耗,并有助于物流成本的降低,由此也极大地减少了生产对环境的影响。
        然而,组合技术也有其固有的缺点,即增加了连接各生产系统的复杂性。因此,组合技术要求提供该技术的设备制造商必须具备很高的技能水平,能够为机器配备操作简单的控制系统,并能够以特定的方式构建好整个生产系统,以确保停机时间的最小化。
        作为该技术领域中的市场领先者,恩格尔已经开发出了多种组合技术。例如,利用恩格尔的clearmelt技术,能够生产出表面抗划痕的三维装饰部件,它是利用滑动台技术,将透明的聚氨酯材料注射到一个热塑性载体部件上。与传统方法(如多层涂层技术)相比,其优点是,可实现极高的生产效率并可获得非常薄的PUR涂层。
        Clearmelt技术是通过一个接口将注塑机与PUR机器连接在一起而得以实现的。首先,在第一个加工单元中注射成型载体部件。经冷却后,机器打开,部件仍保留在模腔中。利用一个滑动台或转动模板,使事先喷涂了脱模剂的第二副模具准备就位。脱模剂可防止聚氨酯(PUR)粘附在模具的钢制型腔面上。再次闭合模具,利用一个混合头,将多元醇和异氰酸酯注射到新的型腔中。在随后的交联反应中,该混合物转化成固化的聚氨酯。取出部件后,磨掉其密封的边缘,清除残留在部件上的脱模剂,以获得所要求的光洁度。
        在2010年的德国K展中,恩格尔在一台全电动的e-motion 280 T注塑机上,演示生产了一种带有聚氨酯流体涂层(flow-coating)的注射成型部件,证实了clearmelt工艺的可靠性。该生产是在有木纹设计的薄片背部注射热塑性载体材料,然后在部件上覆盖一层透明的PUR,所生产出的产品具有完美的3D视觉效果和出色的抗划痕性能。其中,装饰片材的背部注射和PU流体涂层的覆盖是在单一的成型操作中完成的,因而无需中断生产。一台ENGEL viper 40机械手负责自动化地完成嵌件的放入、成型部件的取出和堆垛工作。作为这一演示生产的合作伙伴,亨内基(Hennecke)公司提供了PUR设备。
       

新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

        图2 CoverForm系统解决方案能够缩短带有保护涂层的部件的生产循环时间

        恩格尔开发的另一项混合技术是PUR低压技术,该技术能够将发泡PUR密封件集成到部件中而无需采用多组分注射成型技术。利用机械手操作的混合头而非成型模具,即可将密封件施加到部件上。在此,1K和2K PUR系统均可使用。
        类似地,在2010年的德国K展中,克劳斯玛菲也推出了其与赢创公司(Evonik R?hm GmbH)联合开发的CoverForm工艺。CoverForm是一种可满足批量化生产的具有成本效益并可节省能源的解决方案。其特点是,随着PMMA部件的注射成型,立即向模具中施加一种功能性涂层材料,从而能够在一次性注射成型中,生产出带有抗刮涂层的部件。作为一种单一的模内生产工艺,CoverForm可取代传统的包含有14个工艺步骤的高成本涂层部件生产方法。随着产品的脱模并完成质量检测后即结束生产。
        CoverForm打包方案可向客户提供一套已得到实践检验的克劳斯玛菲的生产单元,以及由赢创提供的、包括基体材料和反应涂层系统在内的材料体系。该材料体系中的两种材料均为特殊订制的产品,以确保彼此的完美适配:一种是用作基底部件的特殊的PLEXIGLAS cf热塑性模塑混配物,另一种是用作涂层的无溶剂丙烯酸酯基的两组分反应系统。
        在此应用中,克劳斯玛菲液压锁模的CX 200-750液压注塑机采用了最新的压缩成型技术以及针对CoverForm工艺而特别优化的计量单元,该小流量的计量单元可将液态反应系统注入安装在CX注塑机上的模具型腔中。在随后的压缩成型阶段,该涂层均匀地分布在PMMA部件的整个表面上。在此过程中,对电动注射单元的精密控制确保了施涂加工的高度再现性,涂层厚度的变化可被控制在微米范围内。此外,克劳斯玛菲还进一步地开发了动态模具加热系统,以满足多型腔模具的应用需求。该紧凑的生产单元是完全自动化的,一台机械手负责取出并运送部件。通过使用BluePower EcoPac绝缘套管和BluePower伺服驱动的伺服泵技术,确保了对能源的高效使用。
        CoverForm工艺取消了PMMA基底部件的运输、清洁和预处理,以及施涂和干燥等中间过程,从而避免了因此而花费的时间、精力和成本。与传统工艺相比,它极大地缩短了循环时间,并能够在高度稳定的生产过程中,生产出高质量的部件。
        克劳斯玛菲还开发出了一种组合工艺,可生产出整合了功能性表面、基底部件和传感技术的塑料产品。通过在高精密的模具中创造性地组合使用注射成型和反应注射成型技术,并结合使用特殊的自动化技术,就能够在一次性的生产循环中生产出“智能化”的塑料部件,这些部件在受到触摸时即可发光或发热,它们能够对刺激做出反应,且具有舒适的触感。
       

新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

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        图3 克劳斯玛菲通过在高精密的模具中创造性地组合使用注射成型和反应注射成型技术,能够在一次性生产流程中,注射成型完整的具有传感器功能并可发光的产品

        这种创新的组合技术是利用多层叠压(Duo-Lamination)技术和其他已得到证实的技术,在塑料部件中集成功能性表面和各种传感器。通过与一个电源相接,这些传感器触发元件就会定义出对外界刺激做出的反应效果,例如:开/关、闪光或变暗等,以产生不同的光学强弱效果。同时,该工艺还可为部件带来各种诱人的表面色彩,包括冷色的、柔和的、带有纹理的或者光滑的表面。除了各种颜色的光效应外,该新工艺还为在部件中集成一个发热源提供了选择,从而能够生产出具有加热功能的座椅表面。目前,一家汽车制造商已采用该工艺来生产汽车中的乘客隔离板。
        参与该项目的主要国际合作伙伴包括:材料供应商Evonik R?hm公司、电致发光技术的专家Lumitec公司、模具制造商Georg Kaufmann Formenbau以及德国开姆尼斯工业大学。
        采用有机片材的轻型结构
        通常,高度集成的汽车结构部件,如汽车的前端模块,是采用钢板和玻纤增强聚合物(如玻纤增强聚酰胺)、通过注射成型而生产出的一种混合部件。为了进一步减轻重量,目前该工艺中所使用的钢板或铝板正在被薄有机片材所取代。在2010年的德国K展中,恩格尔和克劳斯玛菲分别推出了各自不同的、采用薄有机片材的混合生产工艺。
        在恩格尔的生产工艺中,所使用的薄有机片材是用一种特殊的玻纤或碳纤维织物(按设定的方向进行编织),以及诸如聚酰胺或聚丙烯之类的热塑性基体材料,在双带压机上制成的一种半制成品。通过使用偶联剂,实现了热塑性基体材料与纤维之间的良好粘接,从而确保了力的传递效果。
       

新的组合技术和混合生产工艺亮相K 2010

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        图4 在生产结构部件的混合生产工艺中使用的薄有机片材

        利用恩格尔的自动化生产单元,通过对薄有机片材的预成型,以及成型含有加强肋和功能性元件的最终部件,即可生产出功能性高度集成的聚合物基混合部件。为了实现这一生产,恩格尔还特别采用了红外线辐射技术,以对预先切割好的非常薄的有机片材(厚度仅为0.5~2mm)进行短时间的加热,从而防止热塑性基质材料的氧化降解。然后,利用机械手(robot head)将完全预成型好的片w材从预热工位转移到模具中,并采用嵌件成型工艺生产出最终的产品。与传统的混合技术(即在金属板材和聚合物之间采用机械连接而不使用粘接剂)相比,对薄有机片材进行预热能够产生一种具有高度粘接刚性的牢固粘接,其效果可以与高效粘接剂或焊接工艺相媲美。
        为了证明这一新的混合部件生产工艺,恩格尔在2010年的德国K展中,利用一台ENGEL duo 2050/500 pico注塑机,演示生产了一种采用薄有机片材增强的PA材料的转向柱(steering column)。该生产单元装配了3台机械手,从而实现了自动化、高精密的生产。其中,所用模具由德国Siebenwurst公司提供,材料由德国Bond Laminates公司提供。
        克劳斯玛菲的有机片材混合工艺则充分利用了热塑性塑料注射成型及热成型连续纤维增强中间层的技术优势,由此生产出的复杂结构部件具有高强度、高吸能性的特点,其重量和制造成本也远低于类似的钢制和铝制部件,在汽车应用中,可承受很高的动态压力。
        在2010年的德国K展中,克劳斯玛菲展示了这一完整的、全自动化的生产过程:在一个连续的生产工艺中,首先热压成型有机片材(由Bond-Laminates公司提供的一种由连续纤维增强的热塑性塑料片材),然后采用玻纤增强聚酰胺(由朗盛公司提供)对其进行包胶成型。一台以克劳斯玛菲CX系列为基础的300t注射混配机被用于混配这种包胶层材料。它能够在单一的加工操作中,均匀地混合不同长度的纤维,并使它们完全融入到聚酰胺中,随即进行注射成型。该生产所用模具由Georg Kaufmann Formenbau公司提供。
        基于上述两家公司的有机片材混合生产工艺,使得完全采用聚合物材料制造混合部件成为可能。与相应的带有金属的混合部件相比,用有机片材制造的混合部件具有更轻的重量,并显示出了更加完美的耐腐蚀性。当发生碰撞时,还能够吸收更多的能量,从而对车内乘客提供更好的安全保护。
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