Новый процесс прессовки объединяет непрерывные ленты и D-LFT для легких кузовов электромобилей

Многогодовая государственная программа SMiLE (System integrated Multi-Material Lightweight Design for E-mobility) под эгидой БМБФ (Германия) объединила композиты и цветные металлы для снижения массы и стоимости кузова батарейного электромобиля (BEV). Задний модуль пола спроектирован из двух типов термопластичных композитов, металлических профилей и вставок. Для быстрого и дешевого производства разработан одностадийный подпроцесс прессовки и технология быстрого нагрева и консолидации термопластичных лент.

UD-лента + D-LFT

Гибридный задний пол использует однонаправленные (UD) термопластичные ленты и композиты с прямыми длинными волокнами (D-LFT). Ленты обеспечивают жесткость/прочность в тонкой структуре, устойчивой к изгибу при аварии; D-LFT позволяет формировать сложные геометрии, интегрировать функции и отливать металлические крепления. Использованы: Ultramid B3K PA6 D-LFT (40% стекловолокно) и 8 слоев Ultratape B3WG12 PA6 (60% стекловолокно) от BASF SE.

Оба материала обычно прессуются — понятный автопроцесс с достаточной установленной мощностью для цели 300 авто/день.

Локально адаптированный D-LFT

Финальный дизайн — тонкостенная near-net-shape структура из UD-лент, предконсолидированных в ламинат. Крупные корругации (50 мм высотой, 115 мм шириной) вдоль продольной оси дают высокую прочность при малом весе. Симуляция определила последовательное формование из центра наружу с помощью подвижных вставок (слайдов) в инструменте — 6 подвижных полостей на 4 слайдах. Это позволило избежать морщин и обеспечить хорошее сцепление с D-LFT.

Ключевой момент: ламинат должен держать температуру ≥130 °C до подачи D-LFT (280 °C). Для этого его клали на полностью выдвинутые извекаторы. Слайды последовательно формировали ламинат, затем пресс закрывался, формуя D-LFT-ребра в X-образной решетке. В инструменте использовались сдвиговые кромки только там, где течет D-LFT.

Технология радиационно-вакуумной консолидации

Для быстрой консолидации пакетов лент перед формованием применяется инновационный процесс Fibercon (Dieffenbacher): ИК-нагрев сверху и снизу через ИК-прозрачные стеклянные пластины под вакуумом. Это устраняет поры, обеспечивает однородные свойства и воспроизводимое формование. Консолидированный ламинат быстро перегревается и переносится в пресс.

Итоговая последовательность процесса

1. Автоматическая укладка лент на системе Fiberforge RELAY (Dieffenbacher) с ориентацией по симуляции. Индексируемый стол позволяет любые ориентации, минимальные отходы.
2. Консолидация пакета в Fibercon: вакуум + ИК-импульс, нагрев выше точки плавления PA6 (~230 °C), затем охлаждение ниже температуры кристаллизации (~180 °C).
3. Пока пресс открыт, вручную загружают алюминиевые профили и вставки.
4. Ламинат повторно нагревают в Fibercon, переводят в пресс, кладут на извекаторы для удержания тепла.
5. Параллельно экструдеры In-Line Compounder (Dieffenbacher) готовят два заряда горячего D-LFT.
6. Заряды кладут на ламинат, пресс начинает закрываться, слайды последовательно форматируют корругации. При полном закрытии D-LFT прессуется под 1430 т в ребра. Деталь извлекается.

Цикл исследования — 240 сек. В серийном производстве возможны <100 сек при доработке инструмента.