Prefácio

Como importante meio de transporte, os carros desempenham um papel importante nas viagens familiares e em outros aspectos.

Nesta fase, com a melhoria da qualidade de vida das pessoas e a busca por maior qualidade de vida, elas têm novos requisitos para o desempenho do carro. Para atender às necessidades do público, as empresas automobilísticas realizam ativamente o projeto e o desenvolvimento de automóveis e trabalham constantemente em materiais, métodos de design e outros aspectos.

Hoje em dia, o peso leve do automóvel tornou-se a principal direção do design automotivo, e a realização do objetivo do peso leve do automóvel deve completar a inovação dos materiais. Portanto, no processo de aplicação de desenvolvimento de componentes estruturais de carrocerias de automóveis, devemos buscar ativamente metas de peso leve e requisitos de padrão de qualidade no processo de aplicação de materiais de componentes estruturais de carrocerias de automóveis.

Materiais compósitos termoplásticostêm desempenho superior em comparação com materiais tradicionais e podem atingir o objetivo de tornar os automóveis mais leves, por isso têm sido utilizados na atual aplicação e desenvolvimento de componentes estruturais de carrocerias de automóveis.

Este artigo analisa a aplicação e desenvolvimento de materiais compósitos termoplásticos em peças estruturais de carrocerias de automóveis.

Atualmente, os principais problemas enfrentados pelo desenvolvimento sustentável da indústria automobilística são a segurança energética, a economia de energia e a redução de emissões. Para realmente resolver o problema do consumo de energia automobilística, ainda é necessário começar pelo peso leve dos automóveis. As propriedades mecânicas dos materiais compósitos de fibra de carbono são excelentes e sua resistência à fadiga é obviamente melhor do que a densidade das condições do metal, portanto, os materiais de fibra de carbono devem ser a primeira escolha na prática automotiva leve.

Para resumir o mercado atual, mais de 90% dos automóveis usam sistemas de resina termofixa ao usar materiais compósitos de fibra de carbono, e há problemas no acompanhamento da reciclagem de tais materiais, e os materiais compósitos de fibra de carbono termoplásticos podem ser uma boa solução para isso problema. As propriedades mecânicas dos compósitos termoplásticos reforçados com fibra contínua são mais notáveis ​​e a moldagem foi alcançada. No entanto, devido às limitações das características do processo, os requisitos de moldagem de algumas estruturas especiais não podem ser cumpridos. Nesta fase, o problema é resolvido principalmente pela moldagem por injeção, mas as propriedades mecânicas dos produtos assim formados não são ideais. O processo de moldagem e o processo de moldagem por injeção têm suas próprias vantagens, se forem combinados, e material compósito termoplástico reforçado com fibra contínua como esqueleto, e depois através de moldagem por injeção para realizar moldagem de estrutura complexa, de modo que o uso de material compósito termoplástico no setor automotivo componentes do corpo serão mais significativos.

1. Material composto termoplástico

Para fazer pleno uso dos compósitos termoplásticos no processo de projeto e desenvolvimento de componentes de carrocerias de automóveis, é necessário ter um conhecimento e compreensão abrangentes dos compósitos termoplásticos.

Por definição, o chamado material compósito termoplástico refere-se ao material compósito feito de resina termoplástica como matriz e várias fibras como materiais de reforço. A classificação dos materiais compósitos termoplásticos é analisada. De acordo com as propriedades da matriz de resina e do compósito, os materiais compósitos termoplásticos são divididos principalmente em duas categorias:
(1) Materiais compósitos de alto desempenho: que são reforçados com excelentes resinas termoplásticas de alto desempenho de fibra, como fibra de carbono, fibra de aramida, sulfeto de polifenileno, etc., são materiais compósitos de alto desempenho, tais materiais têm alta resistência específica e módulo específico, podendo ser usados ​​por um longo período acima de 200 ° C.
(2) materiais compósitos de uso geral:referem-se a resinas termoplásticas que geralmente são reforçadas por fibras de vidro e produtos, como PP, PE, PVC, etc., que são amplamente utilizados atualmente.

Na prática, é necessário enfatizar o uso eficaz de materiais compósitos termoplásticos, mas também é necessário compreender as características dos materiais compósitos termoplásticos. De acordo com a pesquisa prática atual, os compósitos termoplásticos possuem seis características:

(1) Sua densidade é pequena, a resistência é alta, as propriedades mecânicas são mais superiores.
(2) Com designabilidade de desempenho. Em comparação com os compósitos termofixos, existem mais tipos de resinas termoplásticas e a gama de opções é maior, por isso tem melhor designabilidade. Além disso, as propriedades físicas e químicas dos compósitos termoplásticos podem ser alcançadas com base em requisitos específicos através de seleção razoável de materiais e utilização de processos.
(3) Boa resistência ao calor. A resistência ao calor dos materiais compósitos termoplásticos é geralmente mantida a cerca de 100°C, mas a temperatura de utilização dos materiais termoplásticos depois de reforçados com fibra de vidro será grandemente aumentada. Hoje em dia, os materiais compósitos termoplásticos de alto desempenho usados ​​na prática podem atingir uma resistência ao calor de mais de 250°C.
(4) Resistência à corrosão química. A resistência à corrosão química dos materiais compósitos está intimamente relacionada às características do material base. Existem mais tipos de resinas termoplásticas com melhor resistência à corrosão, portanto, na prática, resinas termoplásticas com melhor resistência à corrosão podem ser selecionadas como material de base. Desta forma, a resistência à corrosão química dos materiais compósitos termoplásticos será significativamente melhorada.
(5) Propriedades elétricas. As propriedades elétricas dos materiais compósitos estão relacionadas às propriedades da matriz de resina e dos materiais de reforço, de modo que o projeto de desempenho pode ser realizado com base nos requisitos de uso na prática.
(6) Desempenho de processamento. O desempenho do processo do material compósito termoplástico é obviamente melhor do que o do material compósito termofixo e pode realizar moldagem múltipla e também pode realizar a reciclagem de resíduos.

2. Aplicação e desenvolvimento de materiais compósitos termoplásticos em peças estruturais de carrocerias de automóveis

A partir dos resultados da análise acima, as vantagens dos materiais compósitos termoplásticos são muito proeminentes, e sua aplicação e desenvolvimento em peças estruturais de carrocerias automotivas certamente resolverão o problema do peso leve do automóvel, portanto, discuta ativamente a aplicação específica e o desenvolvimento de materiais compósitos termoplásticos, que tem um significado orientador positivo para a solução de problemas práticos. A seguir está um resumo da aplicação e desenvolvimento de materiais compósitos termoplásticos combinados com a prática.

1) Projeto de seleção de viga de assento moldada - moldada
Tomando como exemplo um carro de tamanho médio, a viga do assento é composta principalmente por três partes, que são a viga transversal dianteira do banco dianteiro, a viga transversal traseira do banco dianteiro e a viga transversal do banco traseiro. A título de exemplo, analisa-se a travessa traseira do banco dianteiro, que é composta principalmente por três partes, incluindo o corpo da travessa, o reforço lateral esquerdo e o reforço lateral traseiro. A estrutura da peça é uma estrutura de chapa tradicional, ou seja, 3 peças de chapa independentes são soldadas entre si, e a conexão com a sede é realizada por meio de junta aparafusada. É uma estrutura típica de viga corporal e sua massa total é de 1,85 kg.

A estrutura do compósito molde-injeção é analisada. Para garantir as propriedades de interface entre a camada moldada e a camada de injeção, o mesmo sistema de resina precisa ser utilizado na área moldada e na área de acomodação. A análise de algumas resinas termoplásticas comumente usadas mostra que a popularidade de alguns materiais é relativamente baixa, que não atende aos requisitos específicos de preenchimento de moldes no processo de moldagem por injeção, e o custo do material é alto, então o escopo não é mais considerado. A análise comparativa de materiais com bom desempenho de fluxo mostra que o PA6 tem o desempenho de custo mais alto e pode atender às necessidades reais de peças automotivas em todos os aspectos de desempenho, então o PA6 pode ser usado como o material de resina preferido.

Na seleção de fibras reforçadas, as principais fibras de vidro e fibra de carbono comumente utilizadas. Considerando do ponto de vista do custo, o preço da fibra de vidro é relativamente baixo, mas o seu módulo de tração também é relativamente baixo. Comparada com a fibra de vidro, a resistência e o módulo da fibra de carbono são muito altos, mas seu preço é muito alto, por isso não atende aos requisitos de controle de custos automotivos. Em comparação com as propriedades de diferentes compósitos reforçados com fibra, a resistência à tração do PA6 reforçado com fibra de vidro é muito maior do que a da chapa metálica original, mas seu módulo de tração é inferior a um terço do do aço. Com base nas condições de projeto de rigidez igual, a espessura das peças é aumentada para mais de 3 vezes a espessura da chapa original, o que pode resolver o problema do módulo de tração, mas não pode atender às necessidades de leveza. Neste momento, considere a fibra de carbono, todos os problemas podem ser resolvidos. Ressalta-se que o custo da fibra de carbono é muito alto, portanto não é a melhor solução, pode-se considerar a forma de reforço estrutural para melhorar o desempenho das peças, com base nisso, um maior grau de substituição da fibra contínua reforçada Os materiais PA6 podem atingir a meta de redução de peso e redução de custos. Com base no objetivo específico, o material principal das peças é selecionado como PA6 quando as condições de rigidez são atendidas, e parte da fibra de carbono é misturada para fortalecer o material PA6, o que pode melhorar a rigidez geral das peças. Depois que o material é determinado, a nervura de injeção PA6 de fibra de vidro é usada para fazer um suplemento de rigidez local, para que o esquema de seleção de material da viga do assento de injeção de molde possa ser determinado.

2) Moldagem - Projeto estrutural da viga do assento de injeção
É analisado o projeto estrutural da viga de assento de injeção moldada, que inclui principalmente projeto integrado, projeto de espessura variável e projeto de estrutura de conexão, a seguir está o conteúdo específico.

O primeiro é o design de integração. A análise das peças de chapa metálica originais da viga do assento mostra que ela é composta principalmente pelo corpo principal da viga, o reforço do lado esquerdo e o reforço do lado direito, e também inclui 2 porcas de soldagem e 1 reforço de soldagem. É analisado o modo de conexão entre cada peça, que é a soldagem. Quando alterada para a estrutura composta de injeção de molde, as seis peças originais que precisam ser feitas separadamente serão simplificadas em uma só peça. Durante a moldagem por injeção, a porca pode ser embutida nas peças]. Análise do projeto integrado, a parte superior da viga é uma estrutura moldada, sua principal função e carga, ao mesmo tempo que se conecta com as partes circundantes. A parte inferior da viga é uma estrutura moldada por injeção, que é um reforço da rigidez do componente.

O segundo é o design de espessura variável. A principal maneira de fazer o projeto de espessura variável da viga de assento composta é aumentar a espessura da disposição após o uso da estrutura composta para atender aos requisitos de desempenho. Na área intermediária da viga, a composição principal é o corpo da viga, que é uma estrutura de chapa de aço de camada única, a rigidez é relativamente baixa, portanto a espessura da pavimentação pode ser reduzida, o que pode atingir o objetivo de qualidade do material redução e controle de custos. A massa total da viga composta foi dosada através do projeto de espessura variável e era de apenas 1,23 kg, em comparação com a chapa metálica original, o peso foi reduzido em mais de 30%.

Por fim, o desenho da estrutura de ligação. Após ser substituída por materiais compósitos, a viga do assento não pôde ser soldada ao piso e às partes adjacentes, por isso foi colada. É analisado o método de conexão adesiva, que não só tem um bom efeito no desempenho da conexão estrutural das peças, mas também tem um bom efeito no isolamento da interface de materiais compósitos e aço, o que pode efetivamente reduzir o risco de corrosão eletroquímica no parte de contato do CFRP e do aço. Além disso, a camada de borracha também pode desempenhar um papel sinérgico, o que tem um significado positivo para reduzir o ruído dentro da carroceria do carro.

3. Aplicação e desenvolvimento de materiais compósitos termoplásticos em peças estruturais de carrocerias automotivas

Os resultados obtidos com a aplicação e desenvolvimento de materiais compósitos termoplásticos nas partes estruturais da carroceria de automóveis precisam ser comparados por meio de análises de testes. De acordo com alguns resultados de testes atualmente, seus efeitos se refletem principalmente nos seguintes aspectos.

1) Controle de custos do desenvolvimento automobilístico
No processo de pesquisa e desenvolvimento automobilístico, o alto custo tem preocupado as empresas automobilísticas. Em todo o processo de pesquisa e desenvolvimento automotivo, a seleção e utilização de materiais têm um impacto importante no controle de custos. A estrutura tradicional de chapa metálica é eficaz no controle de custos automotivos, mas o uso de chapa metálica é difícil de atingir a meta atual de leveza do design de automóveis. O uso de materiais compósitos de fibra de carbono na produção de automóveis pode não apenas melhorar o desempenho geral das peças automotivas, mas também atingir a meta de tornar os automóveis leves, mas o custo dos materiais compósitos de fibra de carbono é muito alto, excedendo os padrões de controle de custos das empresas. Com base na realização de metas de controle de custos automotivos e leveza, ênfase no uso de materiais compósitos termoplásticos e atenção ao uso específico de moldagem - métodos de moldagem por injeção, de modo que uma pequena quantidade de fibra de carbono nos materiais compósitos termoplásticos em geral possa melhorar o desempenho geral das peças, mas também para atingir o objetivo de leveza. Pode-se dizer que o efeito dos compósitos termoplásticos no controle de custos automotivos é significativo.

2) Efeito de desempenho do automóvel
O desempenho específico das peças estruturais da carroceria de automóveis projetadas e desenvolvidas usando materiais compósitos termoplásticos é testado. A partir dos resultados dos testes, existem diferenças relativamente grandes entre o desempenho das peças estruturais e o desempenho das peças de chapa metálica, e é óbvio que o desempenho das peças estruturais da carroceria de automóveis projetadas e desenvolvidas usando materiais compósitos termoplásticos é mais superior . Isto mostra que as vantagens dos compósitos termoplásticos são muito óbvias, e as vantagens de desempenho de seus produtos também são muito significativas, o que estabelece uma base sólida para a ampla promoção e utilização de compósitos termoplásticos na indústria automotiva.

3) Manuseio de materiais
No processo de produção e processamento de peças estruturais de carrocerias de automóveis, alguns resíduos aparecerão inevitavelmente devido à influência da tecnologia. Se esses resíduos puderem ser efetivamente reciclados e utilizados, eles poderão “transformar resíduos em tesouros”. Com base na análise do uso específico de materiais compósitos termoplásticos, tais materiais e materiais compósitos termofixos, o ciclo de cura é mais curto e mais fácil de coletar, portanto, na prática, os materiais compósitos termoplásticos podem alcançar a reciclagem centralizada, o que tem um significado positivo para resolver resíduos e outros problemas, o que também tem um efeito significativo no trabalho de controle de custos das empresas automobilísticas.


4. Resumir

Em resumo, os testes nesta fase mostram que o desempenho dos compósitos termoplásticos é muito superior, por isso tem uma aplicação muito importante na área de transportes, aeroespacial e assim por diante. Combinado com a atual prática de desenvolvimento da indústria de transportes, o desenvolvimento e utilização de materiais compósitos termoplásticos baseados no objetivo de leveza dos automóveis, especialmente no processo de projeto e desenvolvimento de peças estruturais de carrocerias de automóveis, enfatizando a utilização de materiais compósitos termoplásticos, e comparando o efeito real da aplicação de materiais compósitos termoplásticos, que pode fornecer referência e orientação para a promoção e uso contínuo de materiais. Assim, o valor de aplicação dos materiais compósitos termoplásticos pode ser melhor aproveitado.