高尔夫球杆、自行车,现在也包括汽车:台湾复合材料专家 Advanced International Multitech (AIM) 与 KraussMaffei克劳斯玛菲股份有限公司合作,扩大了其产品组合,包括高压树脂传递模塑 (HP-RTM)。AIM 现在使用先进的工具在一个完整的系统上生产汽车碳纤维轮辋。
任何打高尔夫球并敏锐地意识到球杆重量重要性的人都可能手里拿着 AIM 产品。该公司在碳纤维高尔夫球杆(各种品牌)的全球市场份额约为 80%,并且在自行车市场也有良好的记录。大约 30 年来,各种复合材料技术一直是标准曲目的一部分。
然而,当 AIM 首次涉足汽车行业时,KraussMaffei 的专业知识非常受欢迎,因为这是 AIM 首次将 HP-RTM 系统投入运行。碳复合材料车轮最近成为热门话题。捷豹路虎揽胜、雪佛兰和现代等 OEM 都在部分车辆上提供该选项。
高压、高质量、高成本与低压工艺相比,HP-RTM 需要更复杂的定量技术,但也需要始终如一的高质量部件和极其精确的表面质量——所有这些都在较短的循环时间内完成,这在汽车行业尤为重要。起初,AIM 团队首先想了解该系统的新技术。
正如 AIM 的研发经理 Tyson Hsiao 所解释的那样:“我们在 KraussMaffei 的销售合作伙伴 Fredrick Su 仔细听取了意见,然后组装了一个我们可以在 HP-RTM 单元中使用的包装,以重现高压传递模塑以及湿法成型和压缩 RTM,用于小批量生产。
这给我们留下了深刻的印象。一个具体的项目很快就接踵而至。碳纤维轮辋往往在汽车行业占据一个利基市场,但由于它们属于高价市场,因此非常有利可图。
在这种情况下,材料混合物很常见:由碳纤维增强塑料 (CFRP) 制成的轮辋主体,视觉上吸引人的铝制车轮蜘蛛用螺栓固定在该轮体上。这些车轮比纯铝制成的车轮轻约 20% 至 30%,同时比全铝轮辋坚固约 20%。
由于减轻了重量,运动型和雄心勃勃的驾驶员可以更快地加速,并且悬架减轻了更多的道路不平整性,驾驶体验也更加愉快。如果您想用碳纤维轮辋装饰您的车辆,您必须深深地掏腰包,不过:每套 10,000~15,000 欧元(11,000~16,600 美元)很常见。
机器人辅助,模块化工具设计HP-RTM 单元套件包括一台锁模力为 10,000 kN 的 MX 压力机、一套 RimStar 紧凑型 8/4 HP-RTM 计量系统、两个用于计量和搬运的机器人(带有不同的夹具)和一个复杂的模具解决方案。该系统的 16 x 12 米(52.5 x 39.4 英尺)占地面积代表了相对紧凑的设计。碳纤维轮辋的整个生产单元尺寸为 16 x 12 米(52.5 x 39.4 英尺),包括外壳。图片由 KraussMaffei 提供。
工装集应用一个主模具,并为不同的轮辋直径使用多个模具包。这为客户提供了很大的灵活性。将客户准备的碳预制件放置在模具的内芯上,然后形成轮辋圆形外轮廓的四个滑块同时移动。压力机关闭,环氧树脂基体材料通过分布星形计量。
固化时间大约 15 分钟后,模具打开,滑块打开,顶出环将已收缩到型芯(直径 20 英寸)的轮辋主体向上压迫。该模具的直径为 18~22 英寸,轮辋宽度为 8~12 英寸。该工具重达 4.9 吨,可提供 20 μm 的极其精确的同心度。
模具中的专有技术模具中的许多活动部件是最大的挑战,即在高型腔压力下密封整个系统。通常,仅按压力就足以密封模具,其中水平密封表面仅位于模具的上下部分之间。然而,在轮辋项目中,零件的底切和 C 形轮廓需要四个滑块才能进行脱模,更不用说移动的顶出环了。用于公路的碳复合材料轮辋直接从模具支架中伸出。
为了保持模具中的真空并防止低粘度材料逸出,该团队努力实现最佳的制造精度和良好的设计。锁紧力由母模顶部的四个桶和安装在下方的锁紧元件产生,这些桶移动到滑块上的凹槽中并阻塞它们。当模具温度为 120 至 130°C(248 至 266°F)时,需要用绝缘板保护气动和电子元件。