混合结构已经过时了吗?

作者:Norbert Wellmann 文章来源:MM《现代制造》 发布时间:2018-10-16
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从未有人质疑过轻型结构在运输、航空航天、包装以及机器、系统和装置活动部件中的必要性。但是,目前,混合结构与纤维增强塑料已经过时了?

30年前,轻型结构首次用于飞机和汽车制造,30年后,轻型结构的发展脚步从未停止。然而,目前,许多产品制造商比如汽车制造商,开始深思,混合结构以及相对昂贵的长纤维强制塑料还能走多远。在政治方面,对塑料的基本环境风险进行批判性讨论引发了进一步的问题。未来,轻型材料的重量优势是否具有经济合理性?

当然,重量只是在加速和刹车等不规则运动过程中发挥了作用。如果未来汽车使用电动机,则可以回收部分制动能量。但是对于飞机而言,这自然不是一件简单的事情。如果通过提高城市交通管制可以保持交通通行无阻,那么,重量在能源方面几乎无任何作用,比如越野车。

使用混合金属板连接元件将FRP连接到高强度钢上
使用混合金属板连接元件将FRP连接到高强度钢上

轻型结构不只是在汽车制造中发挥作用

但是,这并非全部,汽车越灵活,驾驶起来就更有趣,但安全仍是重中之重,重量实际上还是会发挥重要作用。

没有人质疑过轻型结构在运输、航空航天、包装以及机器活动部件、系统和安装中的必要性。对于后者,其目标不仅是减少循环时间,还包括减少作用力和力矩。搬运过程中,工作场所安全以及搬运规定也将起到一定的作用。而用于家庭生活时,无论是在厨房还是在其他区域,较轻的工具和辅助工具使用起来更加舒适和精确,美观和质量也很重要。在不久的将来,我们将再次讨论纤维增强塑料的可持续性和环保性。可持续发展虽举步维艰,但是,很明显,公众和政治家会变得更加敏感。

EFB目前有150多个工业研究项目,主要针对近期亟待解决的问题和新提出来的想法。与德国技术进步相关的公司参与其中并与专家团队密切合作。这些项目着眼于钣金和混合结构工业加工的真实和虚拟世界,包括具有塑料基工作材料的复合材料,此外也涉及到基因、分离、成形和连接工具和系统等主题。

OEM眼中的数字哈核心要素
OEM眼中的数字哈核心要素

研究重点正在转变

不久前,这些项目的主要重点是混合材料中的新工作材料和混合结构技术,旨在解决加工过程中的基本问题,从分离技术到成型,从组件制造到连接方式。目前,主题重点正在明显转变。更多重点放在了高强度和热成型钢上,但飞机结构例外。一个更好的未来正在等待我们去亲手创造。而现在的主要目标是轻型结构的广泛应用以及制造过程的生产力。

目前针对新项目提出的想法可千变万化,却又万变不离其宗,主要聚焦几大主题,因此,大家在报名参赛时,一个项目可同时参加两个类别的竞选。在此基础上,50%以上项目的核心内容将是轻型结构。一半以上项目的研究对象是钢铁的进一步发展,重心放在模压淬火上。在大部分项目中,模压、工具和连接系统发挥了主要作用。约有30%的项目以虚拟方法、材料模型和参数为发展重点。

过程模拟中的集成软件构建块
过程模拟中的集成软件构建块

三条研发路线

以当前的高水平趋势话题EFB路线图为基础,每个项目可以链接到三个发展方向中的任意一个:

■ 钣金加工功能扩展和整合(45%);

■ 数字化、智能生产流程,工业4.0(37%);

■ 密集混合轻质结构(18%)。

扩展领域的发展与新型、组合式工艺步骤存在关联,比如混合冲压、采用内部压力成形技术生产空心曲轴、7000系列铝板成形的特殊涂装工具。内部高压工艺流程中对冲压硬化的预压缩操作存在持续性的检查,热成形是通过调节深抽拉工具的温度来实现奥氏体稳定性的选定设置之一。

相关主题应用工作旨在提高生产流程的功能性、适用性与生产力,比如降低预冲压过程中的边缘损害、在生产流程中集成合金组件的扩散控制技术以实现更高的钢材性能、成形接缝的电气接触性能、提高承受组合应力的接缝的承载质量、生产流程中高速剪切操作的评估、各类热加工工具、边缘装修中的激光使用、附加生产设备的服务寿命等。

机器人支持工具的建造
机器人支持工具的建造

数字化带来生产流程的进步

通过数字化,生产工艺将实现全新的状态与可能性。在过去的24个月中,研究这一热门领域以及智能生产流程的项目的数量快速增加。所面临的主要问题是半成品、安装、压力机和操作相关的特性与分析。另外一项要求是提前规划和效率终止在结束阶段必须具备可行性。可用于智能预后的模型范围,敏感性考察范围如何?一个项目着眼于从线圈到毛坯轮廓、从金属板成形到结合技术的整个价值创造链的完整模型的基础开发。

如何测量和重新制定重要的工艺参数?是否存在传统意义上非控制参数?必须开发有效的模型和解决方案,将虚拟规划和生产结合起来,应对试验和质量保证期间的种种问题。继续关注以下专题领域:机器人辅助工具结构,适配模具、机器人辅助连接、扩增实境和钣金加工中的区块链:目标是以全新的方式处理和使用数据和信息。但是,在此过程中,我们将面临一个重要问题:哪些数据和数量必须记录和保留下来,供未来使用?基本上所有数据数量都应记录下来,或者只需要记录和保存现今已经成功应用,并且其计算过程已经明确的数据和数量?

高速剪切工具与示意图
高速剪切工具与示意图

不仅仅是汽车结构,在许多工业领域都需要可持续的工作材料解决方案,实现有效、高效的加工过程,以节约成本。在密集的混合轻型(混合)结构中,重点是连接各种工作材料和组件,EFB的核心是将金属材料连接到塑料基纤维增强工作材料上。

在不利的人体工程学条件下,通过机器人完成组件的人工机械连接
在不利的人体工程学条件下,通过机器人完成组件的人工机械连接

密集型混合轻型结构旨在提高连接工作的成本效益

过去,我们对所有的工作材料特性进行了研究。今天,重点是为不同工作材料的连接找到安全和具有成本效益的方式和合作伙伴。为此,我们将聚焦相邻工作材料的表面以及新的连接程序,目的是加强连接特性并避免腐蚀。

怎样通过正确处理工作材料,实现工作材料的高效制造和完美功能组合?一旦我们找到了适用于大规模生产的解决方案,这些工作材料解决方案便可在市场上的竞争优势将更加明显。

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