Ford Motor Company s'est associée à WMG, à l'Université de Warwick, à Gestamp et à GRM Consulting pour développer un joint d'articulation de suspension arrière en composite léger pour la Classe C d'Innovate UK.
Grâce au déploiement unique de la fibre de carbone et à l'utilisation de technologies optimisées et de processus de production personnalisés, le porte-fusée en composite suspension peut être réduit de 50% par rapport aux composants en acier actuellement fabriqués.
Grâce à l'application intégrée d'une technologie de traitement avancée et de la technologie de simulation de GRM Consulting, l'équipe a mis au point un concept novateur.
La conception du composant est parfaite: à l'heure actuelle, la production et les tests des composants sont en cours, dans le but de développer un processus de production de masse à grande échelle.
Prototype de jointure composite
Joint d'articulation en acier
Introduction
Afin de répondre aux réglementations de plus en plus strictes en matière d'émissions et aux exigences des clients en matière d'extension de la gamme de véhicules électriques, l'industrie automobile mondiale redouble d'efforts pour atteindre ses objectifs de réduction de poids.
Ford Motor Company a lancé le cycle de développement en repensant un composant de suspension en acier fabriqué en série pour en faire un composant léger d'un composite pouvant être fabriqué.
Les pièces sélectionnées présentent les exigences contradictoires «rigidité minimale et rigidité maximale», «indice de flambement et indice de résistance».
La réduction de poids de ce composant spécial de support sans ressort augmente l'efficacité relative du ressort et de l'amortisseur, améliorant ainsi le confort des occupants et la maniabilité du conducteur.
Cette pièce composite récemment mise au point s’est révélée adaptée aux véhicules hautes performances de classe C.
L'équilibre délicat et parfait entre les choix de matériaux et de processus permet un temps de cycle de production total aussi bas que 5 min.
La coopération est essentielle
Cette success story est le résultat d'un projet de deux ans financé par Innovate UK et mis en œuvre par un groupe d'organisations comprenant Ford Motor Company, Gestamp, WMG, l'Université de Warwick et GRM Consulting.
Le nom du projet est «Système de suspension automobile légère composée (appelé« CLASS »)».
Les technologies composites ont été intégrées de manière inextricable dans la pratique de l'ingénierie automobile par la recherche universitaire et l'industrie aéronautique pour compenser l'augmentation du poids inhérent des véhicules électriques et autonomes.
Pour l’ensemble de l’industrie automobile, la complexité de la performance des composites reste un problème difficile à surmonter.
Bien que de nombreuses recherches aient été consacrées à la compréhension des matériaux composites aux niveaux industriel et universitaire, l'art de prédire la performance des matériaux composites en est encore à ses balbutiements.
GRM Consulting possède des décennies d'expérience dans le développement d'outils prédictifs pour la structure en fibre de carbone des voitures de course, et a largement contribué à ce projet en évitant les méthodes traditionnelles et en réduisant le nombre d'essais mécaniques requis.
À l'aide du logiciel d'analyse par éléments finis et d'optimisation de la conception VR & D Genesis, GRM Consulting a adopté une approche basée sur l'optimisation visant à réduire les coûts et le temps d'ingénierie sans compromettre les performances.
Pour combiner des orientations de fibres infinies qui répondent aux exigences de résistance, de rigidité et de déformation, il est nécessaire de comprendre le point de défaillance du mécanisme. À cette fin, l’Université de Warwick (WMG) utilise sa compréhension approfondie du comportement des matériaux et ses unités de fabrication à la pointe de la technologie Gestamp, le leader mondial de la fabrication, a joué un rôle important dans la conception de composants répondant aux exigences fonctionnelles requises.
Méthode de conception
Au cours des deux années de développement du projet, la conception de telles pièces composites, allant de pièces uniques à plusieurs conceptions de matériaux, a constitué un défi pour les équipes de fabrication et d'optimisation.
Les informations préliminaires de l'ouvrage montrent que le concept de joint léger pour matériaux composites peut être réalisé par un seul matériau, le composé de moulage de feuille (SMC).
Cependant, le calendrier d'ingénierie à long terme a finalement amené l'équipe d'ingénieurs à se tourner vers divers systèmes de matériaux: la couche de préimprégné confère les propriétés mécaniques planes requises là où elle se trouve et le surmoulage SMC permet des surfaces et des détails géométriques complexes. Raideur externe.
Ce préimprégné uniaxial et biaxial associé au SMC permet à la pièce composite d’atteindre les objectifs de résistance mécanique, de rigidité et de flambement.
D'autres problèmes de conception indiquent qu'il faut introduire davantage d'innovation tout en maintenant cette vue d'ensemble de la conception sans affecter la fabrication.
Après des travaux de simulation et d’essais intensifs, la conception a été achevée, ce qui a permis d’optimiser et d’affiner la conception pour répondre aux objectifs de durabilité et de NVH des constructeurs.
L’effet final du projet en matière de réduction de poids est que, avec la même fonction, la perte de poids minimale est de 30% et la perte de poids maximale de 50%.
Technologie de fabrication innovante
Un procédé de moulage capable de produire en masse de telles articulations de suspension de haute résistance et de forme complexe a été mis au point Au deuxième trimestre de 2017, la production et les tests mécaniques d'un composant de démonstration ont été réalisés.
Le matériel est fourni par Mitsubishi Rayon.
Avant le début de la fabrication de cette biellette de liaison en composite, le matériau en fibre de carbone candidat pour CLASS avait été moulé au centre d'innovation R & D de Ford à Dearborn, aux États-Unis, afin d'optimiser les paramètres de processus pour optimiser les propriétés mécaniques et la forme. La précision fournit de l'aide.
Résumé de l'expérience
Grâce aux efforts conjoints de GRM Consulting et de toutes les entreprises participantes, le projet a atteint les objectifs de réduction de poids et de structure.
L'expérience acquise au cours de ce processus a aidé les ingénieurs à comprendre comment atteindre un équilibre optimal avec plusieurs conceptions de matériaux.
Au fur et à mesure de l'avancement du projet, la méthode d'optimisation VR & D Genesis a été améliorée et la méthode de sélection des matériaux a été améliorée afin de permettre aux ingénieurs de conception et de fabrication de répondre aux exigences les plus strictes.
L’équipe de projet de Ford a relevé le défi de «fournir des composants très complexes pour les travaux lourds», indiquant qu’il serait relativement simple de livrer de nombreux autres composants automobiles, voire pas du tout, ce qui semble indiquer que cela aurait entraîné d’importantes possibilités de perte de poids pour l’ensemble du véhicule. .