Dom / Aktualności / Wiadomości branżowe / Formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych w motoryzacji: kluczowe procesy, części i spostrzeżenia dotyczące projektu
Formowanie wtryskowe stało się podstawą produkcji samochodowych elementów z tworzyw sztucznych, ponieważ zapewnia niezrównaną powtarzalność, złożoną geometrię i efektywność kosztową na dużą skalę. Nowoczesne pojazdy osobowe zawierają obecnie ponad 30% zawartości tworzyw sztucznych objętościowo, ale tylko około 10% całkowitej masy pojazdu , będący bezpośrednim skutkiem zastąpienia metalu częściami formowanymi wtryskowo w wielu systemach.
Proces ten bezpośrednio wspiera cele w zakresie zmniejszania ciężaru, których celem jest ograniczenie emisji CO₂. Przechodząc z części metalowych na części samochodowe formowane wtryskowo w przypadku takich komponentów, jak wsporniki, obudowy i kolektory dolotowe, inżynierowie rutynowo osiągają Redukcja masy o 25–40% na część przy jednoczesnym zachowaniu integralności strukturalnej. Czasy cykli dla średniej wielkości części wzmocnionych włóknem szklanym mogą wynosić zaledwie 25–45 sekund, co pozwala na osiągnięcie wydajności kilkuset tysięcy sztuk na narzędzie rocznie.
Oprócz zmniejszania ciężaru, formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych w przemyśle motoryzacyjnym konsoliduje zespoły. Pojedynczy formowany wspornik przedni może zastąpić 10–15 stalowych wytłoczek i elementów złącznych, skracając czas montażu i koszty magazynowania. Możliwość formowania miękkich uszczelek lub wkładek gwintowanych dodatkowo eliminuje operacje wtórne, dzięki czemu technologia ta jest obecnie stosowana we wszystkim, od układu napędowego po elementy wykończenia zewnętrznego.
Wybór materiału jest największą pojedynczą dźwignią wpływającą na wydajność części, koszt i konstrukcję formy. Podczas gdy polipropylen (PP) nadal stanowi prawie 50% wagowo wszystkich tworzyw sztucznych stosowanych w samochodach wymagające zastosowania pod maską i elementy konstrukcyjne w coraz większym stopniu opierają się na opracowanych tworzywach termoplastycznych. Poniższa tabela podsumowuje najpopularniejsze rodziny i miejsca, w których zapewniają najlepszą wartość.
| Materialna Rodzina | Typowy moduł (MPa) | Temperatura ugięcia pod wpływem ciepła (°C) | Typowe zastosowanie motoryzacyjne |
|---|---|---|---|
| PP-T20/30 (wypełniony talkiem) | 2500–3500 | 90–110 | Panele drzwi, zderzaki, obudowy HVAC |
| PA6/66 GF30 | 8 000–10 000 | 200–250 | Zbiorniki chłodnicy, pokrywy silnika, przewody powietrza doładowującego |
| PBT/PET GF20-30 | 7 000–9 500 | 180–210 | Złącza, obudowy czujników, systemy wycieraczek |
| Mieszanki ABS/PC | 2200–2800 | 100–120 | Listwy wewnętrzne, konsole środkowe, przyciski |
Dominują gatunki wypełnione, ponieważ równoważą sztywność i wypaczenie. W przypadku części samochodowych formowanych wtryskowo z tworzyw sztucznych, które muszą przetrwać 2000 godzin testów cyklicznych temperatur, standardem jest wzmocnienie włóknem szklanym w ilości 20–35% wagowych. W przypadku powierzchni wewnętrznych zapewniających estetyczny wygląd preferowane są gatunki bez wypełniaczy lub z dodatkami mineralnymi, o niskim połysku i odporności na zarysowania, które często wymagają specyficznej tekstury powierzchni formy, aby spełnić standardy uziarnienia OEM.
Do najbardziej konkurencyjnych cenowo części samochodowych formowanych wtryskowo należą te, które przeszły od zespołów wieloczęściowych do konstrukcji jednostrzałowych. Za uzasadnieniem biznesowym przemawia nie tylko cena surowca, ale także eliminacja spawania, elementów złącznych i robocizny. Poniżej znajdują się kategorie części, w przypadku których formowanie wtryskowe zapewnia niezmiennie dobry stosunek kosztów do wydajności.
We wszystkich tych przykładach udane części samochodowe formowane wtryskowo mają wspólną cechę: początkowa inwestycja w oprzyrządowanie amortyzuje się w dużych ilościach. W przypadku programów przekraczających 80 000 sztuk rocznie narzędzia wielogniazdowe z systemami gorących kanałów często powodują, że koszt jednostkowy jest niższy niż w przypadku odpowiedników stali tłoczonej, nawet bez uwzględnienia oszczędności wtórnych.
Solidna konstrukcja części samochodowych z tworzyw sztucznych zaczyna się od łatwości użycia narzędzi i rozciąga się na długoterminową wydajność pod obciążeniami termicznymi i mechanicznymi. Błędne podanie szczegółów na etapie projektowania nadal stanowi wartość szacunkową 40–60% wszystkich wad formierskich napotkane podczas serii przedprodukcyjnych. Poniższe zasady dotyczą najczęstszych pętli korekcyjnych.
Symulacja przepływu formy jest obecnie niepodlegającym negocjacjom krokiem w projektowaniu części z tworzyw sztucznych do samochodów. Przewiduje położenie splotu, pułapki powietrzne i wypaczenia przed cięciem stali. W programach, w których dane symulacyjne sterowały ostatecznym układem przewężki i chłodzenia, liczba iteracji modyfikacji narzędzi spadła średnio 30% zgodnie z badaniem porównawczym przeprowadzonym wśród 15 dostawców Tier 1.
Rola formowania wtryskowego w przemyśle motoryzacyjnym wykracza daleko poza tradycyjne wykończenia wewnętrzne i zewnętrzne. Architektura pojazdów elektrycznych i nowe wymagania dotyczące bezpieczeństwa w przypadku zderzeń stwarzają popyt na części, które łączą wydajność konstrukcyjną z funkcjonalnością elektryczną w sposób, którego metal nie jest w stanie łatwo odtworzyć.
Silnym trendem jest stosowanie formowanych wtryskowo elementów konstrukcyjnych w obudowach akumulatorów. Obudowę zestawu akumulatorów można wykonać z wielkoformatowego polipropylenu z dodatkami uniepalniającymi lub kompozytów na bazie nylonu, zmniejszając wagę o około 30% w porównaniu z aluminium, spełniając jednocześnie standardy ochrony przeciwpożarowej. Natryskiwanie ścieżek przewodzących na te obudowy w celu monitorowania ogniw również przechodzi od etapu prototypu do produkcji u kilku europejskich producentów samochodów.
Kolejna zmiana jest widoczna w zastosowaniach zewnętrznych. W termoplastycznych klapach tylnych, obecnie stosowanych w dużych SUV-ach segmentu C, zastosowano formowane wtryskowo panele wewnętrzne połączone z termoplastyczną powłoką zewnętrzną. Ten projekt oszczędza do 8 kg na pojazd i obsługuje złożone kształty aerodynamiczne oraz zintegrowane funkcje oświetleniowe. W miarę dojrzewania technologii formowania wielostrzałowego i formowania wtryskowego bardziej krytyczne dla bezpieczeństwa części, takie jak wsporniki pedałów i ramy oparć siedzeń, przechodzą na wzmocnione tworzywa termoplastyczne, co potwierdzają dane z testów zmęczeniowych wykazujące zerową awaryjność po 100 000 cykli obciążenia.
Prawo autorskie © Suzhou Huanxin Precision Forming Co., Ltd. Wszelkie prawa zastrzeżone.
