通過將預浸料補強粘接到鋁部件上法國Saint Jean Industries公司將鋁質懸架轉向節的剛性提高了26%
在汽車或卡車中, 用於轉向和懸架系統的連接部件, 直接影響著車輛的行駛平順性, 耐久性和駕駛性. 因此, 這些部件的性能, 直接關係著駕駛員對車輛質量的感知. 其中的一個部件是懸架轉向節, 它將上, 下懸架部件固定到車輪支撐總成上, 而且是車輪主軸和輪轂的安裝點. 因此, 剛性和耐久性是評價該部件的兩個主要性能指標.
法國Saint Jean Industries公司與其附近的Hexcel Les Avenières(美國赫氏公司的歐洲碳纖維增強材料卓越中心)合作, 開發了一種 '碳纖維/鋁' 的混合材料的懸架轉向節, 相比全鋁的轉向節, 其剛性增加了26%. 作為為汽車, 航空, >機車, 重型卡車和工業應用領域提供零部件的全球供應商, Saint Jean Industries公司是使用鈦, 鋁和高強鋼的輕量化解決方案的領導者.
比如, 該公司專利的COBAPRESS技術, 通過對鑄造和鍛造技術的綜合應用, 而在鋁部件中實現了更高的性能和更輕的質量. 對此轉向節而言, 該公司需要的是鋁一般的重量和鑄鐵一般的剛性, 而這正是碳纖維能夠帶來的不同之處. 這種 '鋁/CFRP' 混合材料的部件並沒有讓部件的體積增大, 而只是在部件上增加了幾毫米的厚度, 從而能夠適應緊湊的安裝空間限制, 同時還允許單獨的一種部件設計能夠在一個汽車系列的多款車型中得到應用. 這一設計是與赫氏聯合開發的. 這種預浸料補強由多層用於汽車結構的單向HexPly M77快速固化環氧預浸料組成, 每一層都按不同的方向鋪放.
Saint Jean Industries公司的技術總監Lionel Duperray 解釋說: '轉向節上的載荷很複雜, 包括針對耐久性的衝擊載荷和疲勞載荷. 為此, 我們建立了一個有限元分析模型(FEM), 但我們沒有複合材料方面的專業知識, 所以我們與赫氏分享了我們的模型. 他們根據我們的設計和負載要求, 利用他們自己的FEM經驗, 開發了複合材料的鋪放疊層. '
這種預浸料補強, 還提高了轉向節在失效前的最大強度, 它是採用赫氏新的Redux 677快速固化環氧膠膜而被粘接到鋁質轉向節上. 這種環氧膠膜專為金屬/碳纖維複合材料結構的大批量模壓成型而開發, 可防止碳與鋁的直接接觸, 從而消除了電偶腐蝕的風險.
在汽車的大批量生產中, 赫氏擁有開發和生產預浸料補強的技術, 典型的產率是每分鐘一個補強. Saint Jean Industries公司首先採用其COBAPRESS工藝製造包括轉向節在內的所有鋁部件, 該公司每年生產的部件超過1500萬個. 然後, 清洗部件以準備好可用於粘接的表面. 接著, 將預浸料補強放到部件上, 然後在大約150℃的溫度下在一台模壓機中固化, 這對鋁的微觀結構是沒有影響的.
該公司能夠在不到2min的時間內應用並固化這種補強, 從而輕易地就適應了其生產轉向節的自動化加工節拍. 這種補強的轉向節目前還處在開發的試生產階段. Duperray表示, 他們需要一種粘接工具來壓住補強, 粘接工具的成本類似於該公司為鑄造和鍛壓工具項目投入的成本.