Composto de fibra de carbono de Audi de pré-desenvolvimento para a produção de componentes de fibra de carbono Audi R8, A8 em todo o estágio, incluindo: Audi R & D antes de enfrentar os problemas técnicos, escolher suas próprias razões de pesquisa e desenvolvimento, o design de condições de carga, moldagem de transferência de resina ultra-rápida Pesquisa e desenvolvimento da estrada, após o sucesso dos fornecedores de tecnologia para promover o uso e desenvolvimento futuro da estrada.
De acordo com relatos da imprensa estrangeira, a Audi escolheu projetar e desenvolver sua própria estrutura compósita de fibra de carbono, a empresa espera alcançar a produção em massa de alta velocidade no futuro. Hoje em dia, materiais compósitos avançados (compósitos avançados) neste segmento de mercado, material composto de carro ou se tornarão O querido dos fornecedores de materiais e fabricantes de componentes da indústria, o segundo mercado-alvo mais importante do mercado, é quase comparável à indústria aeroespacial.
Materiais compósitos de fibra de carbono de Audi na fase pré-desenvolvimento dos problemas enfrentados
No entanto, o aço e o alumínio ainda são favorecidos pela indústria automotiva. O crescimento de materiais compósitos levará tempo e trabalho árduo dos pares na indústria, pois enfrenta os seguintes desafios: estruturas complexas são complexas e porque esses materiais compósitos são misturados com outros materiais Isso significa que, para alcançar os parâmetros de desempenho necessários, o projeto atual e experiências de simulação também enfrentam muitas dificuldades.
Ao contrário do aço e do alumínio, o complexo ainda não foi uma operação de produção padronizada, o que significa que seus custos de produção maiores, um ciclo de produção mais longo. Embora os principais preços dos carros estejam ativamente comprometidos com o isqueiro do carro, tentando reduzir o peso dos veículos. Para este fim, a Audi Adequado para aproveitar esta oportunidade para se concentrar na pesquisa e desenvolvimento de materiais compostos de fibra de carbono.
Agora, a primeira questão a ser enfrentada é: Audi deve começar com o quê?
A prática mais comum agora é iniciar pequenas aplicações em lotes, a realização gradual da produção de alto volume, que a partir da estratégia de desenvolvimento de produtos do carro pode sentir claramente que nos últimos sete anos, a Audi é a maneira de fazer isso. O trabalho começou com o seu Modular Sports-Car System (MSS), que a empresa aplicou no design do corpo do Audi R8 Coupe, Audi R8 Spyder, Audi R8 LMS (carro de corrida) e Lamborghini Huracan e muitos outros modelos, o Lamborghini Huracan É um carro esportivo de dois lugares que usa um layout de design do motor traseiro.
A Audi usa o MSS como uma ferramenta para aplicar compósitos avançados de fibra de carbono para o corpo em branco (BIW) para reduzir o peso do veículo e melhorar o desempenho do veículo. À medida que a eletrificação dos veículos progride, a Audi Mais sólida essa idéia.David Roquette, especialista em pesquisa e desenvolvimento de materiais compósitos de fibra de carbono (CFRP) no Audi Lightweight Design Center, disse que a primeira geração de modelos Audi R8 foi feita de alumínio, mas a Audi decidiu adotar o projeto MSS na segunda geração R8 De material compósito de fibra de carbono.
Então, a segunda questão é: em quais partes do corpo serão aplicados materiais de fibra de carbono?
Roquette disse que a Audi levou três anos para desenvolver e avaliar a carroçaria e, eventualmente, encontrou a resposta. Ele e seus colegas aproveitaram o pacote de software otimizado da empresa para 23 casos de carga da carroçaria Em seguida, eles aplicaram tensões anisotrópicas aos vários componentes do corpo, ajustando os valores ao máximo e depois encontrando a parte mais adequada para o uso de materiais compósitos de fibra de carbono.
Roquette ressalta: "No entanto, o estresse é apenas um desses fatores e a economia também é muito importante. Quais são as duas coisas acima que a Audi tem que fazer quando se trata de materiais de fibra de carbono? A Audi possui a tecnologia necessária para produzir compostos de fibra de carbono? Custo e importância À medida que o trabalho de P & D progride, o pessoal de P & D da Audi encontra-se gradualmente nas peças e componentes automotivos que atendem a esses padrões - com o túnel do eixo de transmissão e a parede traseira (do carro) A parede traseira funciona para separar o compartimento do passageiro do compartimento do motor traseiro. De acordo com a Roquette, as paredes traseiras dos modelos 2018 R8 Spyder e Coupé apresentam compósitos de fibra de carbono Aumento significativo do estresse torsional e rigidez do veículo, bem como redução do peso corporal.
Condições de carga do trabalho de design
Felix Diebold, um colega da Roquette, disse que, embora o Centro de Pesquisa Audi se concentrasse nas 23 condições de carga pela primeira vez, a empresa buscava novas oportunidades para aumentar o estresse de torção do corpo branco com fibra de carbono, reduzindo o peso Força global e segurança dos passageiros, os engenheiros de design da Audi combinaram reforços de tecido de fibra de carbono de uma direção com um sistema de resina epóxi de cura rápida.
Diebold disse que a Audi espera construção de sanduíche em espuma para alguns dos componentes compostos do R8 Spyder, especificamente o enchimento do pilar B e a parede traseira. Roquette disse que o Audi está usando um intercalar de espuma projetado para Reduza a quantidade de fibra de carbono em cada elemento estrutural, embalagem de pilar B, consolide parte e melhore a sua força e rigidez.
Quando o telhado do Audi R8 Spyder entrou em colapso, o modelo tornou-se um conversível, então o reforço do desempenho do pilar B tornou-se crítico. A estabilidade e rigidez do trem de rodagem em modo não conversível dependem de A rigidez e resistência das portas, estruturas de telhado, etc. No modo descapotável, as portas e outros componentes são projetados para garantir a estabilidade e rigidez necessárias.
A Audi espera usar tecnologia de moldagem por transferência de resina (RTM) para injetar resina epóxi em espumas revestidas com fibra de carbono, lembra Diebold, cujo principal desafio é encontrar um núcleo interno fácil de manusear material do núcleo, e não deve ser muito pesado (densidade de 100-150 kg / m3) ou muito leve, caso contrário, o material será esmagado durante o processamento RTM.
A Audi finalmente finalizou um novo programa que usa uma espuma à base de polimethacrylimide (PMI), um produto relativamente novo no mercado. "Diebold disse:" O material não é esmagado facilmente e é fácil Na época, outros materiais essenciais também foram experimentados, mas houve calor, custo ou outras restrições que não poderiam ser aplicadas ao material.
Ele acrescentou que a moldagem pode ser usada para engomar espumas em uma variedade de formas 3D que permitem a integração de peças levantadas, inserções e outras peças metálicas sem necessidade de executar máquinas que processem núcleos de espuma complexos Processamento e moagem. Além disso, segundo Diebold, os materiais de polimetacrilimida (PMI) possuem uma estrutura celular homogênea que pode suportar testes hidrostáticos.
Moldagem ultra-rápida de transferência de resina da estrada para o desenvolvimento
O último desafio de desenvolvimento reside no refinamento do processo RTM, que a Audi espera reunir com sua nova tecnologia, que é um processo trivial em comparação com os objetivos de pesquisa e desenvolvimento da Audi. No final, a Audi decidiu O trabalho foi entregue a um fornecedor de nível 1, responsável pelo trabalho de produção relevante.
Roquette disse que a moldagem por transferência de resina de alta pressão (HP-RTM) tornou-se a querida dos fabricantes de produtos automotivos, embora a Audi também tenha considerado se adotar o processo, mas a pressão de injeção até 120 bar. Se a pressão no ponto de injeção for alta Terá um impacto na integridade do núcleo de espuma e a Audi não quer comprometer o desempenho, de modo que a empresa busca novas formas de reduzir a pressão na injeção, garantindo que o ciclo de produção não seja prolongado.
Isso pode parecer uma tarefa impossível que não foi resolvida até que a Audi entre em contato com a organização de P & D dedicada à pesquisa e desenvolvimento de sensores de pressão da cavidade do molde, ambos preocupados com o ajuste fino ) A pressão de moldagem por injeção, a força de compressão (força de compressão) e o vazamento de matrizes foram ajustados (afinados) para otimizar ainda mais o processo de moldagem.
Roquette disse que a Audi está em parceria com esses institutos de pesquisa e os testes mostram que, se a pressão da cavidade for uma variável governante e primária durante o processo de moldagem, a altura da folga e a força de compressão Talvez um valor médio ajustável que possa ser ajustado para garantir um ciclo de produção rápido o mais rápido possível e pelo menos tão rápido quanto o processo RTM de alta pressão, a Audi nomeou o processo como " Moldagem de transferência de resina ultra-rápida (ultra-RTM).
Para as estruturas em sanduíche do Audi R8 Spyder, a pressão de injeção não excede 40 bar, o espaço máximo de moldagem pode atingir 0,6 mm, a força de compressão máxima pode atingir 500 MT e a temperatura do molde não pode exceder 123 ° C. Com este novo processo, O tempo de moldagem por injeção pode ser reduzido para 15 segundos, enquanto o tempo total do ciclo de produção pode ser controlado dentro de 5 minutos. Isso significa que as peças podem ser processadas usando compressores menores e mais baratos e menor consumo de energia, não o núcleo A integridade do material representa uma ameaça (não facilmente esmagada).
Nova tecnologia para a promoção do fabricante e aplicação da estrada
Roquette disse que, quando a Audi planejava fabricar partes complexas para o MSS, a primeira estratégia de produção da empresa era trabalhar com processadores europeus de composição automotiva, o que talvez tenha capacidade e experiência necessárias para ser eficiente E rapidamente concebe e fabrica os componentes que a Audi precisa. No entanto, a Audi eventualmente decidiu desenvolver seu próprio tipo de materiais complexos e tecnologia de processamento relacionada.
Roquette disse: "Até onde sabemos, se a Audi realmente quiser fazer avanços técnicos no campo de materiais complexos, antes de mais, o pessoal de R & D da Audi deve ser proficiente nesta área da tecnologia e, em segundo lugar, não se esqueça de usar pesquisa e desenvolvimento independente. Audi tem uma grande escala Equipe de P & D, todos estão gastando dia a dia trabalhando duro no projeto.
Quando os resultados da pesquisa e desenvolvimento independente dos materiais e processos da Audi foram alcançados e transmitidos aos dois maiores fornecedores compostos europeus responsáveis pela produção real, as outras partes também se sentem incertas sobre as tecnologias e produtos que a cooperação considera, disse Roquette : "Porque esta não é a tecnologia (madura) que a Audi adquiriu do mercado aberto. Os fornecedores selecionados pela Audi também produziram esses materiais e têm muitos anos de experiência em tecnologia de fabricação. No entanto, a tecnologia independente de pesquisa e desenvolvimento e fornecedores As tecnologias utilizadas são muito diferentes e, para a nova tecnologia, é um pouco inaceitável para os fornecedores.
Ele também disse: "Para esse fim, a Audi forneceu demonstrações técnicas para os fornecedores sobre como as suas novas tecnologias estão sendo aplicadas e, eventualmente, a Audi convenceu os fornecedores de que estes serão responsáveis pela produção de tais partes, para as quais os fornecedores Mas também tem muitos riscos. Como um fornecedor de preços de automóveis, não é realmente fácil fazer isso.
Restrições de alto custo para criar a Audi continuam a explorar novas tecnologias
No entanto, a R & D e a aplicação desta tecnologia não pararam com o R8 Spyder 2016. Em 2017, a Audi introduziu um carro de luxo de quatro lugares, o Audi A8, que usa uma base compósita de fibra de carbono e uma prateleira traseira superior, Ambos os componentes são feitos de materiais compósitos de fibra de carbono, também adotaram o processo RTM ultra-rápido.
Roquette disse: "Quanto maior o volume, mais a quantidade de trabalho requerida. O custo das peças acabadas em fibra de carbono é muito alto. Agora, a empresa examinará todos os aspectos do produto, não apenas o preço da fibra de carbono, mas também o processo RTM Além do preço da resina, o preço do fichário, o preço de toda a cadeia de material, e por isso devemos adotar um conceito completamente novo.