Tomasz Soliwoda SIPL-TGE/5. Przykłady zastosowań zaawansowanych lekkich materiałów i nowych technologii w konstrukcji siedzisk samochodowych

Transkrypt

1 1 Przykłady zastosowań zaawansowanych lekkich materiałów i nowych technologii w konstrukcji siedzisk samochodowych

2 1. Strategia VW Czynniki zewnętrzne 2 Środowisko Ustawodawstwo Strategia Volkswagena dla opłacalnej i przyjaznej dla środowiska lekkiej konstrukcji samochodów Design Materiały Gospodarka Produkcja Quelle: Dr. Goede / Dr. Krinke: Strategies for economical and environmentally friendly lightweight design 1.VDI Fachkonferenz Leichtbaustrategien für den Automobilbau, Juli 2011, Ludwigsburg Czynniki zewnętrzne mają istotny wpływ na strategie Volkswagena

3 1. Strategia VW Potrzeby klientów 3 Komfort Design Bezpieczeństwo Zużycie Quelle: Dr. Goede / Dr. Krinke: Strategies for economical and environmentally friendly lightweight design 1.VDI Fachkonferenz Leichtbaustrategien für den Automobilbau, Juli 2011, Ludwigsburg Realizacja indywidualnych potrzeba klienta to kluczy do sukcesu

4 CO 2 Emissionen [g/km] 1. Strategia VW EU cele emisji spalin 4 Cele emisji spalin REGULATION (EC) No 443/2009 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April g/km (2020) Quelle: Dr. Goede / Dr. Krinke: Strategies for economical and environmentally friendly lightweight design 1.VDI Fachkonferenz Leichtbaustrategien für den Automobilbau, Juli 2011, Ludwigsburg Europejskie ustawodawstwo wymaga na producentach aut zredukowanie emisji spalin do 2020 na 95 g/km

5 1. Strategia VW Znaczenie lekkiej konstrukcji dla aut elektrycznych 5 Przykłady wzrostu zasięgu auta przy optymalizacji poszczególnych parametrów: Waga - 10 % + 9 km Opory wiatru - 10 % + 5 km Opory toczenia - 10 % + 5 km Sprawność elektryczna (HV) - 10 % + 3 km Sprawność mechaniczna - 10 % + 2 km Sprawność elektryczna (LV) - 10 % + 1 km Wzrost zasięgu auta w porównaniu do modelu wyjściowego Quelle: Dr. Goede / Dr. Krinke: Strategies for economical and environmentally friendly lightweight design 1.VDI Fachkonferenz Leichtbaustrategien für den Automobilbau, Juli 2011, Ludwigsburg Najważniejszym faktorem mającym wpływ na zasięg auta jest jego waga

6 Potencjał redukcji wagi 1. Strategia VW Multi-material-design 1/4 6 Kompozyty z włóknami węglowymi CFK Metal-Plastik-Hybrid Stale konwencjonalne Polimery wzmacniane włóknami Metale lekkie Struktury Aluminium Stale zoptymalizowane Stal/Aluminium Design Możliwość zastosowania w produkcji seryjnej Quelle: Dr. Goede / Dr. Krinke: Strategies for economical and environmentally friendly lightweight design 1.VDI Fachkonferenz Leichtbaustrategien für den Automobilbau, Juli 2011, Ludwigsburg Multi-material-design: są materiałami atrakcyjnymi do zastosowań w nowych konstrukcjach

7 wydłużenie(%) 2. Przypadek 1: Stale wysokowytrzymałe Stale TWIP HSD StaleTWIP : 50 IF 40 IF-HS Mild IS 30 BH Al Legierungen 20 CMn 10 HC420LA TWIP DP1000 MS - TWIP: TWinning Induced Plasticity stal austenityczna o wysokiej zawartości manganu, wysoka wytrzymałość przy równocześnie dużej plastyczności Wytrzymałość na rozciąganie(mpa) HC420LA DP1000 TWIP (HSD) Granica plastyczności [N/mm²] Wytrzymałość na rozciąganie [N/mm²] Wydłużenie [%] Cena za tone [ ] ca. 860,00 ca. 930,00 ca. 1500,00 Właściwości: Niska gęstość (ρ=7,35 g/cm³) Wytrzymałość na rozciąganie do 1400 MPa Wydłużenie do 55% Ograniczona spawalność typowe stale sosowane w konstrukcji siedzisk Stale TWIP- wykazują bardzo dobry stosunek wytrzymałości do wydłużenia i dobrą pochłanialność energii

8 3. Przypadek 2: Hybrid-Lehne Cele projektu 8 Cele projektu Wdrożenie strategii Volkswagena dla lekkiej konstrukcji samochodów Realizacja lekkiej konstrukcji tylnego oparcia 30% redukcja wagi użycie technologii dla produkcji wielkoseryjnej (ca aut/dzień) Odpowiednie osiągi: np. Crash, etc. Redukcja zużytych surowców (do 30%) zaadoptowanie/skalowanie, w celu spełnienia różnych warunków brzegowych dla różnych aut Pochodzące z koncepcji SuperLIGHT-CAR Założenia: Multi-material-design Nowe materiały Nowe technologie łączenia mat. Sitech Hybrid-Lehne: Technologie Demonstrator

9 3. Przypadek 2: Hybrid-Lehne Najważniejsze zagadnienia 9 Rama ze stali UHSS z materiałami alternatywnymi Stal konwencjonalna Aluminium Rama Stal UHSS Części mogą być dostosowane tak by spełniać różne zakresy Skalowalność konstrukcji Nowa technologia łączenia Blacha tylna jest do ramy przyklejona Możliwe jest łączenie materiałów różnoimiennych Spełnienie wszystkich założeń projektowych w oparciu o spełnienie testów dynamicznych i statycznych Blacha tylna Duży zakres zastosowania różnych materiałów spełniających wymagania Skalowalność konstrukcji Stal wysokowytrzymała Ultra high strength steel (UHSS) Leichtblech Sitech-Koncept umożliwia maksymalną swobodę konstrukcji poprzez skalowanie ramy oraz zastosowanie nowej technologii łączenia

10 3. Przypadek 2: Hybrid-Lehne Leichtblech jako alternatywa dla Aluminium 10 Rama ze Stali UHHS z blachą tylna z Leichtblech Leichtblech Sandwich materiałów złożony z cienkich blach leżących na zewnątrz oraz termoplastycznego polimerowego rdzenia Duża sztywność materiału łączącego Stal 0,2-0,3mm Rdzeń z tworzywa min. 0,4mm Stal konwencjonalna Aluminium Stal wysokowytrzymała Leichtblech Ultra high strength steel (UHSS) Właściwości + bardzo duża sztywność na zginanie + dobre własności tłumienia drgań Stal 0,2-0,3mm - ograniczona możliwość łączenia materiału Leichtblech przedstawia bardzo interesującą alternatywę do Aluminium

11 3. Przypadek 2: Hybrid-Lehne Stal vs. Aluminium vs. Magnez 11 Materiał Stal Aluminium Magnez Waga 1,162 kg 0,639 kg (45% niższa waga) 0,514 kg (56% niższa waga) Uwagi Aktualny stan produkcyjny Gotowa technologia wykonania części Technologia wykonania części w opracowaniu Techniki łączenia różnych materiałów do każdego typu struktur Klej dwuskładnikowy Taśma strukturalna Spawanie laserowe Wkręty tarciowe - dedykowany do łączenia różnych metali - stosowana do każdego materiału - nie wymaga specjalnych przyrządów - dostępne stanowiska laserowe - nie wymaga dodatkowego materiału - pewne połączenie mechaniczne - jednostronny dostęp Każda z przedstawionych technologii wymaga dalszych testów pod kątem wprowadzenia do produkcji seryjnej.

12 4. Przypadek 3: Struktury siedzisk wzmacniane laserowo 12 Wzmacnianie laserowe: Lokalne modyfikowanie mikrostruktury materiału rodzimego (hartowanie) w obszarach zwiększonego obciążenia konstrukcji Zalety: Taka sama wytrzymałość przy mniejszej wadze Konstrukcja części najbardziej obciążonych Source : Coherent, Inc. Zoptymalizowanie dystrybuowanie naprężeń Zwiększona obciążalność części poprzez zoptymalizowanie wytrzymałości struktury Możliwość tworzenia miejscowych osłabień struktury materiału Polepszenie zachowania się części przy Crash u Redukcja wagi Wzmacnianie laserowe struktur umożliwia nowe perspektywy w konstrukcji części, produkcji i kontroli jakości

13 4. Przypadek 3: Wzmacniane laserowe Tylne oparcie Audi MLB evo 13 Cel: * Optymalizacja konstrukcji pod względem kosztów i wagi: Grubość blachy tylnej = 0,5mm, stal DP 500 Aktualnie w serii = 0,6mm * konieczność rozwiązania problemu klikające wieczko! Rozwiązanie: * Spawanie i hartowanie podczas jednego kroku w procesie spawania * Lokalne wzmacnianie laserowe redukuje odkształcenia plastyczne dzięki małemu wyboczeniu * Wyeliminowanie klikającego wieczka Zalety: - Redukcja wagi ~ 490 g / auto - Nie wymaga dodatkowych inwestycji - Nie wymaga zmian geometrii części pojedynczych - Możliwy transfer do podobnych konstrukcji Spawanie laserowe Lokalne wzmocnienie laserowe