Composite de fibre de carbone Audi de pré-développement à la production de composants Audi R8, A8 en fibre de carbone tout au long de la scène, y compris: Audi R & D avant de résoudre les problèmes techniques, choisir leurs propres raisons de recherche et de développement, Recherche et développement de la route, après le succès des fournisseurs de technologie pour promouvoir l'utilisation et le développement futur de la route.
Selon les rapports des médias étrangers, Audi a choisi de concevoir et de développer sa propre structure composite en fibre de carbone, la société s'attend à la production de masse à grande vitesse dans l'avenir.Maintenant, les matériaux composites avancés (composites avancés) dans ce segment de marché, Le chouchou des fournisseurs de matériaux et des fabricants de composants de l'industrie, le deuxième marché cible le plus important sur le marché, est presque comparable à l'industrie aérospatiale.
Matériaux composites Audi en fibre de carbone dans la phase de pré-développement des problèmes rencontrés
Cependant, l'industrie de l'automobile privilégie toujours l'acier et l'aluminium, qui exigent beaucoup de temps et de travail de la part des pairs de l'industrie en raison des défis suivants: La complexité des structures complexes, car ces matériaux complexes sont mélangés avec d'autres matériaux Cela signifie que, pour atteindre les paramètres de performance requis, les expériences de conception et de simulation actuelles rencontrent également de nombreuses difficultés.
Contrairement à l'acier et l'aluminium, le complexe n'a pas encore été standardisé les opérations de production, ce qui signifie que ses coûts de production plus élevés, cycle de production plus long. Bien que les prix des voitures sont activement engagés dans la voiture légère, Désireux de saisir cette opportunité pour se concentrer sur la recherche et le développement de matériaux composites en fibre de carbone.
Aujourd'hui, le premier à faire face au problème est la suivante: Que devrait commencer par Audi?
La pratique la plus courante est de démarrer des applications de faible volume, la réalisation progressive de la production de masse à grande vitesse, qui peut clairement sentir les prix des voitures de stratégie de développement des produits. Au cours des sept dernières années, Audi est une telle opération. R & D de la société le travail a commencé son système de voiture de sport modulaire (système modulaire voiture de sport, MSS), la société a appliqué à la conception de châssis de l'Audi R8 Coupé, Audi R8 Spyder, l'Audi R8 LMS (course) et Lamborghini Huracan et bien d'autres modèles, la Lamborghini Huracan deux est une voiture de sport, qui utilise une mise en page de conception du moteur arrière.
Audi utilise MSS comme un outil pour appliquer des composites de fibre de carbone de pointe à la carrosserie en blanc (BIW) afin de réduire le poids du véhicule et améliorer les performances du véhicule.A mesure que l'électrification des véhicules progresse, Audi David Roquette, spécialiste en recherche et développement pour les matériaux composites en fibre de carbone (CFRP) chez Audi Lightweight Design Center, a déclaré que la première génération de modèles Audi R8 était en aluminium mais Audi a décidé d'adopter le projet MSS dans la deuxième génération R8 De matériau composite de fibre de carbone.
Donc, la deuxième question est la suivante: À quelles parties du corps les matériaux en fibre de carbone seront-ils appliqués?
Roquette a déclaré qu'Audi a pris trois ans pour développer et évaluer la carrosserie et a finalement trouvé la réponse. Il et ses collègues ont profité du logiciel optimisé interne de l'entreprise pour 23 cas de charge de la carrosserie. Ensuite, ils ont appliqué des contraintes anisotropes aux différents composants du corps, en fixant les valeurs au maximum, puis en trouvant le composant le plus approprié pour l'utilisation de matériaux composites en fibre de carbone.
Roquette souligne: «Cependant, le stress n'est que l'un de ces facteurs et l'économie est également très importante. Quelles sont les deux choses qu'Audi doit faire en matière de matériaux en fibre de carbone Audi a-t-elle la technologie nécessaire pour fabriquer des composites en fibre de carbone? Au fur et à mesure que les travaux de R & D avancent, le personnel de R & D d'Audi trouve progressivement les pièces et composants automobiles qui répondent à ces normes - avec le tunnel de l'arbre de transmission et la paroi arrière (automobile) ( La paroi arrière sert à séparer l'habitacle du compartiment moteur arrière Selon Roquette, les parois arrière des modèles 2016 R8 Spyder et Coupé sont composées de fibres de carbone Augmentation significative de la résistance à la torsion et de la rigidité du véhicule, ainsi que de la réduction du poids corporel.
Conditions de chargement du travail de conception
Felix Diebold, un collègue de Roquette, a déclaré que l'Audi Research Center se concentrait pour la première fois sur les 23 conditions de charge, mais qu'elle recherchait de nouvelles opportunités pour augmenter la contrainte de torsion du corps blanc avec du composite de fibre de carbone tout en réduisant son poids La force globale et la sécurité des passagers, les ingénieurs de conception d'Audi ont combiné des renforts de tissu de fibre de carbone à sens unique avec un système de résine époxyde à durcissement rapide.
Diebold a déclaré qu'Audi attend une construction en sandwich à noyau de mousse pour certains des composants composites de la R8 Spyder, en particulier le remplisseur de montants B et le mur arrière. »Roquette a déclaré qu'Audi utilise un intercalaire en mousse conçu pour: Réduire la quantité de fibre de carbone dans chaque membre de la structure, l'emballage B-pilier, consolider la partie, et améliorer sa force et sa rigidité.
Lorsque le toit de l'Audi R8 Spyder s'est effondré, le modèle est devenu un cabriolet, donc le renforcement des performances du montant B est devenu critique.La stabilité et la rigidité de l'atterrisseur en mode non-convertible dépendent de La rigidité et la résistance des portes, cadres de toit, etc. En mode convertible, les portes et autres composants sont conçus pour assurer la stabilité et la rigidité requises.
Audi espère utiliser la technologie de moulage par transfert de résine (RTM) pour injecter de la résine époxy dans des mousses recouvertes de fibres de carbone, rappelle M. Diebold, dont le principal défi est de trouver un noyau interne facile à manipuler matériau de base, et il ne devrait pas être trop lourd (densité de 100-150 kg / m3) ou trop léger, sinon le matériau sera broyé pendant le traitement RTM.
Audi a finalement finalisé un nouveau programme qui utilise une mousse à base de polyméthacrylimide (PMI), un produit relativement nouveau sur le marché. "Diebold a déclaré:" Le matériau n'est pas écrasé facilement et est facile À l'époque, d'autres matériaux de base ont également été essayés, mais il y avait de la chaleur, des coûts ou d'autres restrictions qui ne pouvaient pas être finalement appliquées au matériau.
Il a ajouté que le moulage peut être utilisé pour usiner des mousses dans une variété de formes 3D qui permettent l'intégration de pièces surélevées, d'inserts et d'autres pièces métalliques sans avoir à faire fonctionner des machines qui traitent des noyaux de mousse complexes. Traitement et broyage.De plus, selon Diebold, les matériaux polyméthacrylimides (PMI) ont une structure cellulaire homogène qui peut résister aux essais hydrostatiques.
Transfert de résine ultra-rapide de la route au développement
Le dernier défi en matière de développement réside dans le raffinement du processus RTM, qu'Audi s'attend à réunir dans une variété de matériaux en utilisant le nouveau procédé, ce qui est trivial par rapport aux objectifs de recherche et de développement d'Audi. Le travail a été confié à un fournisseur de premier rang qui était responsable des travaux de production pertinents.
Roquette a déclaré que le moulage par transfert de résine à haute pression (HP-RTM) est devenu le chouchou des fabricants de mélanges automobiles, bien qu'Audi ait également envisagé d'adopter le procédé, mais la pression d'injection jusqu'à 120 bars. , Aura un impact sur l'intégrité du noyau de mousse et Audi ne veut pas faire de compromis sur la performance, donc l'entreprise cherche de nouvelles façons de réduire la pression sur l'injection tout en veillant à ce que le cycle de production ne se prolonge pas.
Cela peut sembler une tâche impossible qui n'a pas été résolue jusqu'à ce qu'Audi ait contacté l'organisation R & D dédiée à la recherche et au développement de capteurs de pression dans l'empreinte du moule, tous deux concernés par le réglage fin. La pression de moulage par injection, la force de compression (force de compression) et l'espace entre les matrices ont été ajustés (réglage fin) pour optimiser davantage le processus de moulage.
Roquette a déclaré qu'Audi travaille avec des instituts de recherche qui ont été testés pour confirmer que la pression dans la cavité est une variable directrice et primaire pendant le processus de moulage et que la hauteur de l'entrefer et la force de compression Peut-être une valeur moyenne réglable qui peut être ajustée pour assurer un cycle de production rapide aussi vite que possible et au moins aussi rapide que le processus RTM à haute pression, Audi a nommé le processus comme " Transfert de résine ultra-rapide (ultra-RTM).
Audi R8 pour une structure en sandwich (structures sandwich), la pression d'injection ne dépasse pas 40 bar, au maximum jusqu'à 0,6 mm espace de moulage, la force de compression maximale de 500 tonnes, et la température du moule ne doit pas dépasser 123 ℃. Avec cette nouvelle technologie, temps d'injection peut être réduit à 15 secondes, alors que la durée totale du cycle peut être contrôlé dans les 5 minutes. cela signifie qu'un plus petit volume de composants de traitement peut être utilisé, le compresseur relativement pas cher, et une faible consommation électrique, le noyau ne sera pas constituent une menace pour l'intégrité du bois (concassé pas facilement).
Route de promouvoir l'utilisation des nouvelles technologies pour l'entreprise de fabrication
Roquette a déclaré que lors de la première Audi MSS a l'intention de fabriquer des matériaux de pièces complexes, mis au point par la première stratégie de production de l'entreprise est de coopérer avec les processeurs European Automotive Composites, peut-être parce que ce dernier a la capacité et les compétences nécessaires, efficacement Et rapidement concevoir et fabriquer les composants Audi a besoin.Toutefois, Audi a finalement décidé de développer leur propre type de matériaux complexes et la technologie de traitement connexe.
Roquette a déclaré: « Pour autant que nous le savons, si Audi veut vraiment réaliser des percées technologiques dans le domaine des matériaux complexes, premier personnel de R & D d'Audi est important de maîtriser la technologie dans ce domaine, et d'autre part, assurez-vous de la recherche indépendante et le développement Audi a une grande échelle. Équipe de R & D, tout le monde passe jour après jour à travailler dur sur le projet.
Au moment où l'Audi recherche indépendante et le développement des matériaux et des processus pour obtenir des résultats, et les résultats transmis au responsable de la production réelle des deux principaux fournisseurs européens de matériel complexe, et l'autre de se sentir impliqués dans les incertitudes de coopération et de produits techniques. Roquette a exprimé : « parce que ce n'est pas disponible d'Audi sur le marché libre (mature) la technologie Audi fournisseurs sélectionnés sont également produits tels matériaux, a de nombreuses années d'expérience dans la technologie de production, cependant, Audi transmis les fournisseurs de recherche et de technologie indépendants. Les technologies utilisées sont très différentes et pour la nouvelle technologie, c'est un peu inacceptable pour les fournisseurs.
Il a également déclaré: «À cette fin, Audi a fourni des démonstrations techniques aux fournisseurs sur la façon dont leurs nouvelles technologies sont appliquées, et finalement Audi a convaincu les fournisseurs que ces derniers seraient responsables de la production de ces pièces, pour lesquelles les fournisseurs Mais aussi prendre beaucoup de risques. En tant que fournisseur de prix des voitures, il n'est vraiment pas facile de le faire.
Des contraintes de coût élevées pour créer Audi continuent d'explorer de nouvelles technologies
Cependant, la R & D et l'application de cette technologie ne s'est pas arrêtée avec la R8 Spyder 2016. En 2017, Audi a présenté une voiture de luxe à quatre places, l'Audi A8, qui utilise un dossier en composite de fibre de carbone et une tablette arrière supérieure, Les deux composants sont faits de matériaux composites de fibre de carbone, ont également adopté le processus RTM ultra-rapide.
Roquette représente: « plus le volume, plus l'effort coût nécessaire de fibres de carbone du composant fini encore trop élevé maintenant, le produit se penchera sur tous les aspects, non seulement le prix de la fibre de carbone, ainsi que le processus RTM. taux de production. en outre, tenez compte des prix des résines, des adhésifs prix, le prix de l'ensemble de la chaîne de matériel. A cette fin, nous devons adopter de nouvelles idées ».