天美影院

Osi?gni?cie niskiej masy pojazdu ma kluczowe znaczenie dla zwi?kszenia oszcz?dno?ci paliwa w pojazdach z silnikami spalinowymi i zwi?kszenia zasi?gu pojazdów elektrycznych (EV). Zmniejszenie masy pojazdu o 10% mo?e poprawi? zu?ycie paliwa o 6-8%, a tak?e zmniejszy? emisj? dwutlenku w?gla ^[1]. Zmniejszenie zu?ycia paliwa oznacza równie? redukcj? emisji, co jest korzystne dla zrównowa?onego rozwoju ?rodowiska.

Poza oszcz?dno?ci? paliwa i popraw? zasi?gu, lekko?? samochodów mo?e znacznie poprawi? osi?gi, w tym hamowanie, prowadzenie i przyspieszenie. Ponadto lekka produkcja zmniejsza obci??enie zawieszenia, hamulców i opon, co zmniejsza ich zu?ycie. W d?u?szej perspektywie cz??ci te b?d? dzia?a? d?u?ej i wymaga? mniej konserwacji.

Jak wi?c producenci mog? sprawi?, by cz??ci samochodowe by?y l?ejsze? Czy mo?na to osi?gn?? po prostu zamieniaj?c tradycyjne materia?y na lekkie alternatywy, czy te? cel ten wymaga ponownego przemy?lenia sposobu projektowania cz??ci samochodowych?

Obalanie “mitu nowicjusza” na temat lekkiej produkcji

Istnieje wiele b??dnych przekonań zwi?zanych z produkcj? lekkich cz??ci samochodowych. Jedna ze szkó? my?lenia mówi, ?e lekko?? mo?na osi?gn?? poprzez dobór materia?ów. Innymi s?owy, samochód mo?na uczyni? l?ejszym po prostu poprzez zmian? materia?ów na l?ejsze.

Opieraj?c si? na tym b??dnym przekonaniu, postrzegaj? oni procesy produkcyjne jako formowanie wtryskowe w przemy?le motoryzacyjnym, oprzyrz?dowanieoraz Obróbka CNC jako jedynie odgrywaj?cych rol? “robotników”, którzy post?puj? zgodnie z ustalonym planem. Druga szko?a my?lenia zak?ada, ?e stosowanie l?ejszych materia?ów zmniejsza bezpieczeństwo. ?adna z tych szkó? my?lenia o lekkiej produkcji pojazdów nie jest prawdziwa.

W rzeczywisto?ci wykazano, ?e nowoczesne kompozyty oferuj? lepsz? odporno?? na zderzenia ^[2]. S? one bardziej skuteczne w poch?anianiu energii uderzenia w porównaniu z metalami stosowanymi w tradycyjnych samochodach.

Lekka produkcja samochodów z wykorzystaniem formowania wtryskowego

Bez w?tpienia wybór materia?u odgrywa wa?n? rol? w procesie odchudzania. Jednak optymalna wytrzyma?o?? i forma s? prawie w ca?o?ci osi?gane bez zwi?kszania wagi poprzez optymalizacj? projektu i innowacyjne praktyki produkcyjne, jak poni?ej:

1. Dr??enie sekcji w celu zmniejszenia zu?ycia materia?u

Cz??ci wielkogabarytowe mog? mie? puste sekcje wewn?trzne. Pustka ta jest zwykle osi?gana poprzez formowanie wtryskowe wspomagane gazem lub spienianie. Na przyk?ad w przypadku spieniania fizycznego do stopionego tworzywa sztucznego wtryskiwany jest azot lub dwutlenek w?gla. Gaz powoduje rozszerzanie si? stopionego tworzywa sztucznego w formie. Stopione tworzywo sztuczne uwi?zi p?cherzyki gazu, tworz?c wewn?trzn? struktur?, która jest porowata i przypomina piank?.

Spienianie chemiczne jest równie? cz?sto stosowane i polega na dodaniu do ?ywicy chemicznego ?rodka porotwórczego (CBA), takiego jak azodikarbonamid (ADC) i wodorow?glan sodu lub kwas cytrynowy. Po podgrzaniu CBA rozk?ada si? i uwalnia gaz, tworz?c taki sam efekt, jak w przypadku spieniania fizycznego. Spienianie tworzy solidn? pow?ok? zewn?trzn? i rdzeń przypominaj?cy piank?. Zmniejsza to zu?ycie materia?u i pomaga utrzyma? lekko?? produktu, bez os?abiania stabilno?ci wymiarowej.

2. Wykorzystanie ?eber do uzupe?nienia konstrukcji cienko?ciennych

Inn? wa?n? praktyk? w produkcji lekkich cz??ci samochodowych jest wykorzystanie zaawansowanych technik produkcyjnych (takich jak formowanie wtryskowe cienko?cienne i formowanie pró?niowe) do tworzenia cz??ci o cieńszych ?ciankach (<1 mm grubo?ci), przy jednoczesnym zachowaniu integralno?ci strukturalnej cz??ci.

Ta technika formowania wtryskowego wykorzystuje wysokie ci?nienie, pr?dko?ci (>1000 mm/s) i zaawansowane maszyny, aby zapewni? prawid?owe wype?nienie cienkich wn?k. Cienkie ?cianki s? zwykle wspierane za pomoc? ?ebra i kliny aby zapewni? sztywno?? i wytrzyma?o?? tam, gdzie te w?a?ciwo?ci s? wymagane. ?ebra mog? równie? zapobiega? wadom, takim jak znaki zlewu.

3. Konsolidacja wielu cz??ci

Gdy cz??? samochodowa sk?ada si? z wielu komponentów, ka?dy z nich musi zosta? zespawany lub po??czony. Czynnik spawalniczy lub mocuj?cy ostatecznie zwi?ksza wag? gotowej cz??ci. W produkcji lekkich cz??ci, które s? zbyt z?o?one, s? przeprojektowywane, aby u?atwi? ich produkcj? przy u?yciu jednego procesu formowania wtryskowego.

Konsolidacja wielu cz??ci w jedn?, formowan? jednostk? eliminuje potrzeb? stosowania dodatkowych elementów z??cznych, takich jak nity i ?ruby, co zmniejsza wag? cz??ci. Jednak?e, formy do tworzenia Konstrukcje zatrzaskowe które nie wymagaj? dodatkowych elementów mocuj?cych podczas monta?u, mog? wymaga? dodania podno?niki lub suwaki, co potencjalnie zwi?kszy ich koszt. Inne korzy?ci p?yn?ce z konsolidacji cz??ci dla lekkich samochodów obejmuj?:

• Tworzenie konstrukcji z pojedynczej ci?g?ej cz??ci ma zwykle wy?sz? integralno?? strukturaln? w porównaniu do wielu po??czonych ze sob? cz??ci, które mog? wprowadza? s?abe punkty w po??czeniach.
• Konsolidacja pozwala producentom tworzy? wi?cej cz??ci przy mniejszym nak?adzie pracy i ni?szych kosztach.

Mo?esz by? tak?e zainteresowany “Ró?nica mi?dzy produkcj? cz??ci do pojazdów spalinowych i elektrycznych“.

Lekka produkcja dla przemys?u motoryzacyjnego z wykorzystaniem obróbki CNC

Obróbka CNC (Computer Numerical Control Machining) jest jedn? z popularnych metod produkcji subtraktywnej. W tym procesie produkcyjnym wst?pnie zaprogramowane oprogramowanie steruje obrabiark?, aby precyzyjnie wyci?? blok materia?u (drewna, plastiku lub metalu) w po??dan? cz??? lub produkt.

Wysoki poziom precyzji narz?dzia obróbczego sprawia, ?e technika ta jest przydatna do tworzenia z?o?onych projektów. Ponadto wysoki poziom automatyzacji eliminuje ludzkie b??dy i interwencje, co mo?e pomóc producentom zaoszcz?dzi? na kosztach pracy. Typowe lekkie komponenty motoryzacyjne tworzone przy u?yciu tej techniki obejmuj?:

• Komponenty silników pojazdów elektrycznych i systemy ch?odzenia
• Podwozie i zawieszenie, w tym wahacze i wsporniki
• Cz??ci silnika, w tym blok silnika, t?ok, g?owice cylindrów i wa?y korbowe.

Jednym z powodów, dla których obróbka CNC ma kluczowe znaczenie dla lekkiej produkcji, jest jej wszechstronno?? materia?owa. Mo?e by? wykorzystywana do tworzenia cz??ci z ró?nych materia?ów, w tym aluminium, w?ókna w?glowego, stopów tytanu, magnezu i innych specjalistycznych tworzyw sztucznych. Materia?y te s? cz?sto wybierane ze wzgl?du na ich stosunek wytrzyma?o?ci do masy.

Zachowanie wysokiej dok?adno?ci wymiarowej ma kluczowe znaczenie podczas tworzenia zoptymalizowanych lekkich komponentów. Niedok?adno?ci wymiarowe mog? zagrozi? wydajno?ci, funkcjonalno?ci lub integralno?ci strukturalnej produktu lub cz??ci. Nowoczesna wieloosiowa obróbka CNC, taka jak maszyny 5-osiowe, mo?e tworzy? z?o?one, wielowymiarowe cz??ci. Zaawansowane modyfikacje projektu lekkiej produkcji, które mo?na osi?gn?? za pomoc? obróbki CNC, obejmuj?:

• Z?o?one kana?y puste lub wewn?trzne: W projektowaniu wydr??onych sekcji cz??ci samochodowych, takich jak komponenty silnika i p?yty ch?odz?ce, obróbka CNC jest wykorzystywana do precyzyjnego usuwania materia?ów z wewn?trznych komponentów w sposób, który jest praktycznie niemo?liwy do osi?gni?cia r?cznie. W celu stworzenia lekkich cz??ci samochodowych, technika ta mo?e by? wykorzystywana do wydr??ania sekcji, w których wytrzyma?o?? nie jest konieczna, zmniejszaj?c w ten sposób wag? cz??ci.
• Tworzenie cz??ci o w?skiej tolerancji: Obróbka CNC mo?e by? wykorzystywana do osi?gni?cia ekstremalnego poziomu precyzji (oko?o ±0,01 mm), dok?adno?ci i spójno?ci. Ten zwi?kszony poziom precyzji zapewnia idealne dopasowanie ka?dej cz??ci, co mo?e zwi?kszy? bezpieczeństwo dzi?ki zastosowaniu najmniejszej mo?liwej grubo?ci materia?u.

Wysoka precyzja obróbki CNC optymalizuje produkcj? w sposób, który zmniejsza ilo?? odpadów materia?owych w porównaniu z innymi tradycyjnymi metodami. Jest to szczególnie przydatne w przypadku lekkiej produkcji motoryzacyjnej wykorzystuj?cej wysokowydajne, drogie materia?y.

Lekki przemys? motoryzacyjny wykorzystuj?cy produkcj? hybrydow?

Produkcja hybrydowa to termin opisuj?cy po??czenie ró?nych technik wytwarzania w celu stworzenia lekkich cz??ci. Na przyk?ad, obróbka CNC (subtraktywny proces produkcyjny) jest po??czona z produkcj? hybrydow?. Drukowanie 3D (proces produkcji addytywnej) do tworzenia z?o?onych, lekkich cz??ci o w?skich tolerancjach, które by?yby trudniejsze do osi?gni?cia przy u?yciu którejkolwiek z metod.

Produkcja hybrydowa z wykorzystaniem druku 3D i obróbki CNC

Produkcja hybrydowa wykorzystuje uzupe?niaj?ce si? mocne strony poszczególnych technik w zakresie wydajno?ci materia?owej, projektowania i wykańczania. Typowa hybrydowa produkcja lekkich elementów ??czy w sobie mo?liwo?ci druku 3D i obróbki CNC.

Druk 3D jest wykorzystywany do tworzenia bardzo z?o?onych geometrii wewn?trznych, takich jak puste kana?y lub siatki. Produkcja hybrydowa odblokowuje poziom swobody projektowania, który jest nieporównywalny z innymi metodami. Najwi?ksz? si?? tego procesu produkcji addytywnej jest tworzenie tego rodzaju z?o?onych geometrii wewn?trznych bez uszczerbku dla integralno?ci strukturalnej. S?abo wypada jednak pod wzgl?dem tolerancji i wykończenia.

W zwi?zku z tym, po wydrukowaniu w 3D wydr??onej cz??ci przy u?yciu lekkiego materia?u, obróbka CNC jest wykorzystywana w procesie obróbki końcowej w celu uzyskania po??dana tolerancja i wyj?tkowa precyzja (±0,002 mm) w strukturze wewn?trznej i g?adkie wykończenie powierzchni zewn?trznej (Ra0,4 μm). Inne korzy?ci p?yn?ce z zastosowania hybrydowego procesu produkcji lekkich konstrukcji obejmuj?cego druk 3D i obróbk? CNC obejmuj?:

• Wi?ksza redukcja odpadów materia?owych: Druk 3D jest najpierw wykorzystywany do stworzenia wydr??onego kszta?tu, a obróbka CNC musi usun?? tylko minimaln? ilo?? materia?u, zmniejszaj?c ilo?? odpadów i koszty.
• Szybsze cykle produkcyjne: Poniewa? drukowanie 3D i obróbka CNC mog? by? zautomatyzowane, po??czenie obu tych procesów eliminuje konieczno?? r?cznego przenoszenia cz??ci, co mo?e spowalnia? proces produkcji.
• Usprawnienie procesu produkcji: Zintegrowane oprogramowanie zarz?dza oboma procesami, co pomaga wyeliminowa? nieefektywno?? i b??dy.

Hybrydowa produkcja lekkich elementów z wykorzystaniem druku 3D i formowania wtryskowego

Druk 3D jest cz?sto ??czony z formowaniem wtryskowym, zw?aszcza w procesie Voxelfill ^[3]. Proces ten zosta? opracowany i opatentowany przez AIM3D. Proces Voxelfill wykorzystuje dwuetapowy proces produkcyjny w celu przezwyci??enia s?abo?ci zwi?zanej z osi? Z cz??ci drukowanych 3D warstwa po warstwie w nast?puj?cy sposób:

• Pierwszym krokiem jest stworzenie struktury kratowej za pomoc? druku 3D: Struktura przypominaj?ca plaster miodu zosta?a wydrukowana w 3D przy u?yciu systemu modelowania wyt?aczania kompozytów.
• Drugim krokiem jest wype?nienie siatki lub wype?nienie wokseli: Wyt?aczarka s?u?y do wtryskiwania materia?u termoplastycznego do wewn?trznych wn?k kratownicy. Materia? wype?niaj?cy mo?e by? piank? i ma na celu zwi?kszenie sztywno?ci i wytrzyma?o?ci bez zwi?kszania masy.

Przysz?o?? lekkiej produkcji opiera si? na projektowaniu wielomateria?owym (MMD). Zamiast ogólnego zast?powania materia?ów, MMD strategicznie umieszcza najlepszy materia? dla konkretnych wymagań we w?a?ciwym miejscu. Na przyk?ad stal o wysokiej wytrzyma?o?ci mo?e by? stosowana w obszarach wymagaj?cych wysokiej odporno?ci na zderzenia, podczas gdy aluminium jest u?ywane w panelach zewn?trznych, gdzie priorytetem jest redukcja masy.

Referencje

[1] Departament Energii Stanów Zjednoczonych. (n.d.). Lekkie materia?y dla samochodów osobowych i ci??arowych. Biuro Efektywno?ci Energetycznej i Energii Odnawialnej.

[2] Uniwersytet Tennessee Knoxville. (2023, 27 lutego). Doktorant dog??bnie testuje wytrzyma?o?? kompozytów na zderzenia. Wydzia? In?ynierii L?dowej i ?rodowiska.

[3] Engineering.com. (2022, 24 pa?dziernika). Na czym polega proces Voxelfill? Engineering.com.