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塑料-金属混合物的新进展

时间: 2011-07-09 15:00 来源: 作者: 点击:
-金属混合物正在迅速取代汽车前端的全钢构件。随着更多的制造这种混合物的方法被开发,这种混合物的制造技术也在不断提高。

在许多新型小汽车和卡车中所使用的塑料-金属混合物模件是将薄壁的钢制冲压片和玻璃增强的热塑性塑料结合成整体的承重部件。据拜尔公司聚合物部门说,随着这种塑料-金属混合物制造技术的提高,将使其被更多地用作其他汽车部件,例如:仪表板、缓冲器的大梁、门舱、后挡板。同时,非汽车行业对它的应用也在不断增加。

目前,拜尔公司已设计出一种装配方法,利用校准在两个或更多金属部件上的冲压孔,把金属部件巩固在尼龙的超模塑制品上。

在汽车前端模件由钢制构件向混合组件的转化中,拜尔起到了技术领导者的作用。为此,他们的超模塑注射成型方法还获得了专利。自1996年以来,这一成型方法就一直为Volkswagon、奥迪、Nissan、福特公司所用。

位于俄亥俄州阿克伦城的Eller 联合公司在制造半结构汽车承重件的过程中,对于采用混合物体系与采用直接复合的长纤维聚丙烯的问题上提出了自己的观点,该公司认为,虽然这两种方法都能促进功能的整体化,但全塑料的复合材料在降低重量和成本方面比混合物体系有更大的潜力。

随着全塑料制品技术的不断进步,混合体系在更高性能的应用方面将开拓出新的领域。

拓宽混合物体系的范围

拜尔所开发的混合物体系说明了这样的事实,即增强开口部分,U形钢制冲压片的侧向支撑作用可在很大程度上提高部件的承重强度。将经冲压制成的带有钟形通孔的金属嵌件放进注射模具中,并用30%短玻纤增强的尼龙6进行超模塑成型,可制得交叉肋形的支撑构件。金属和尼龙的结合是由于尼龙熔融后渗入通孔中形成铆钉,构成力学联动装置。由于注射压机只在一个方向开启,所以在拜尔开发的混合物体系中,交联肋形构件最初受限于二维结构。来自拜尔的消息称,如今他们已开发出设计多方向肋材构架的方法。

拜尔的混合物构件虽然有开口,但其弯曲强度、轴向强度和扭转强度均好于许多闭合的盒式结构。利用拜尔的技术,金属冲压片的壁厚和重量不仅可以被减少40%到60%,而且具有很好的承重强度。在奥迪A6的前后模件和福特Focus的格式增强体系中,该技术的应用带来了明显成效,至少降低了10%的成本和重量。

混合物体系的最新进展是内成型装配:两个或更多的金属冲压片被自动地置于模型内并校准好通孔,然后用尼龙将它们超模塑成一片。据拜尔介绍,这能降低前端、门件及窗口调节器的装配成本。

目前在美国,“盒式拍<淙徊痪弑缸愎磺康某兄啬芰Γ考涞墓探嶙饔萌粗っ髁嘶旌衔镌诔杀痉矫娴挠攀啤4送猓恢置抛榧牡着炭蚣芄顾迹ǜ每蚣芾貌嗯缘慕雍舷叱ぬ醢涯诿藕屯饷帕悠鹄矗┮舱谖谐∷枨蟆U庑┙欣谠踊牧系姆⒄埂

德国科伯的Tier One汽车生产商Brose GmbH每年都要装配大约一亿个用于门组件、座位调节器及窗户调节器的部件,这些部件一般由大量廉价的钢件组成。据称,目前他们正在探索杂化物的特殊应用,并已经设计出一种由混合物制作的窗户调节器实验模型,该模型是一个整体的组件,减少了二次加工工序。然而,由于部件间的固结作用,使得对一些复杂组件的修理和设计调整工作变得更为困难,从而阻碍了混合物的广泛应用。

对汽车两侧受碰撞能力的不同要求,使得混合材料在仪表板横梁方面的应用难度增大。虽然市场需求倾向于对单一材料的应用,但混合材料在将来仍会占有一席之地。

其他可行的方法

据Dow公司介绍,由于Volkswagen在前端模件的实验模型中引入的混合材料体系具有很强的接合性能,所以目前Volkswagen已经将Dow的体系应用于2006计划中的前端件生产。

利用专有的低能量表面粘结剂,Dow将玻璃增强聚丙烯与金属粘结起来,丙烯酸-环氧体系的粘结性使其无需通过渗入聚丙烯就能起作用。这种粘结能产生持续的耦合作用,并能最大程度地降低应力集中。目前,该体系已被应用于高速运动的自动机械中。

Dow最新牌号的胶粘剂的标号为74030,该产品在硬度方面做了适度下调,以使韧性得到最大程度的提高(伸长率为60%),同时,粘结力也得到了提高,并加快了固化速度。
利用Dow的混合材料,可制出承重能力较高的封闭型构件。而盒式的轮廓为混合物部件的多功能化开辟了道路,比如把气囊直接安装在IP梁上或者把空气或水循环体系嵌入到门件中。

Rhodia汽车业的全球主管Eric Noyrez先生说,一般地,混合组件需要具有与之配套的机械、加工手段和原材料,这就使其比单一材料制得的部件要贵。因此,对特殊部件的最优化设计是极为重要的。据此,Rhodia开发出了一系列的混合组件技术,这些技术均以增强尼龙材料为基础,且不具有专利权限,同时能提供不同级别的性价比。

其中一种技术为金属的超模塑成型,在南美的2004轻型卡车的前端模件制作中就应用了该技术。在金属超模塑成型中,将钢制的冲压片置于注射模腔内,模腔的底部被增强尼龙层包裹。在第二道工序中,采用高速的自动化方法如超声波,将金属嵌件的塑性表面与尼龙部分焊接起来,最后得到的是具有连续的接合线和承重强度较高的封闭型构件。这种核壳结构具有防尘的作用,并能够压紧电缆以及空气或水的通道。

Rhodia还利用气体或水注射方法,将一种更硬更薄的尼龙表层用于金属超模塑成型中。这种方法虽然增加了成本,但提高了承载强度,优化了整体功能。

Rhodia所开发的混合组件技术在前端模件、刹车踏板和门把的制作方面具有很大的潜力。目前,塑料-金属组合件已成为Rhodia进一步降低成本的选择。该组合件采用了带冲压孔的U型钢制冲压片,其尼龙部件是单独模塑成型的,采用支柱或热成型销钉来锁住冲压片上的冲孔,并通过超声波或热打桩的方法来生成铆接端,以将塑料和金属接合。

一年前,BASF引进了金属-柱环连接方法,该方法是在金属冲压片上冲压出5mm直径的柱环,然后用冷压将金属部件压入模塑成型的30%玻璃增强尼龙6或尼龙66部件中。柱环的截槽把金属固定在塑料中,而柱环的位置是可以随意改变的。

据BASF的高级研发经理Scott Schlicker先生介绍,金属-柱环连接方法最初是被用于前端件的生产以及汽车的其他方面。他认为,与超模塑成型相比,金属-柱环连接方法的主要优势在于:尼龙部件的单独注射成形可制得具有三维交联肋形的封闭构件,增大了扭转强度。BASF宣称,它的技术具有更好的结构稳定性和更低的金属回弹性,同时报废率和切屑率也很低。

用于汽车业之外

Bayer正在努力将混合组件的应用扩展到设备外壳、便携式计算机、体育用品、健身器材、水泵和油泵以及办公室用具等方面。

在汽车业的混合组件中,钢材起了主导作用,而尼龙只起辅助作用。根据Bayer的预计,在其他行业的应用中,钢材和尼龙在混合组件中所起的作用将会有所不同。按Platte的说法,以塑料主导的混合物体系将逐渐被应用于其他行业中,在这些塑料主导的混合物体系中的临界应力点处,对金属嵌件的用量将尽可能减少,而在搁架材料和水泵悬架体系中,金属可不被用作主要框架。在自行车框架和轴向式滑动装置中,金属有可能仅被用作主要的承重部件,而塑料将被极大程度地采用,以减少零件的数量和重量,并增加外形设计的多样化。

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