Ford Motor Company entwickelte in Zusammenarbeit mit WMG, Warwick University, Gestamp und GRM Consulting einen leichten Hinterachsfederbügel für die C-Klasse von Innovate UK.
Durch den einzigartigen Einsatz von Kohlefasern sowie optimierte Technologie und maßgeschneiderte Produktionsprozesse kann der hintere Achsschenkel aus Verbundwerkstoff im Vergleich zu derzeit hergestellten Stahlkomponenten um bis zu 50% reduziert werden.
Durch die integrierte Anwendung fortschrittlicher Verarbeitungstechnologie und der Simulationstechnologie von GRM Consulting entwickelte das Team ein Design, das das erste seiner Klasse ist.
Das Design des Bauteils ist perfekt: Derzeit werden die Bauteile hergestellt und getestet, um einen Massenproduktionsprozess im großen Maßstab zu entwickeln.
Zusammengesetzter Knöchelband-Prototyp
Stahlgelenk - Spurstange
Einleitung
Um den immer strengeren Emissionsvorschriften und Kundenanforderungen zur Erweiterung der Reichweite von Elektrofahrzeugen gerecht zu werden, bemüht sich die weltweite Automobilindustrie, die Ziele zur Gewichtsreduzierung zu erreichen.
Die Ford Motor Company startete den Entwicklungszyklus mit der Neugestaltung einer in Serienfertigung hergestellten Stahlfederkomponente, um sie zu einer leichtgewichtigen Komponente für ein fertiges Verbundmaterial zu machen.
Die ausgewählten Teile weisen die widersprüchlichen Anforderungen nach "Mindeststeifigkeit und Maximalsteifigkeit", "Knickindex und Festigkeitsindex" auf.
Die Gewichtsreduzierung dieser speziellen Nicht-Feder-Stützkomponente erhöht die relative Wirksamkeit von Feder und Dämpfer und verbessert den Insassenkomfort und die Bedienbarkeit des Fahrers.
Dieses neu entwickelte Verbundteil hat sich für Hochleistungsfahrzeuge der C-Klasse bewährt.
Das feine und perfekte Gleichgewicht zwischen Material- und Prozessauswahl führt zu einer Produktionszeit von nur 5 Minuten.
Zusammenarbeit ist wichtig
Diese Erfolgsgeschichte ist das Ergebnis eines zweijährigen Projekts, das von Innovate UK finanziert und von einer Gruppe von Organisationen wie Ford Motor Company, Gestamp, WMG, Warwick University und GRM Consulting umgesetzt wurde.
Der Projektname lautet "Compound Lightweight Automotive Suspension System (als" KLASSE "bezeichnet).
Die Verbundtechnologie ist aus der akademischen Forschung und der Luftfahrtindustrie untrennbar in die gängige Praxis der Automobiltechnik eingegangen, um die Zunahme des Eigengewichts elektrischer und autonomer Fahrzeuge auszugleichen.
Für die Mainstream-Automobilindustrie ist die Komplexität der Composite-Leistung nach wie vor ein herausforderndes Problem.
Obwohl eine große Forschungsarbeit dem Verständnis von Verbundwerkstoffen sowohl auf industrieller als auch auf akademischer Ebene gewidmet wurde, steckt die Kunst der Vorhersage der Leistungsfähigkeit von Verbundwerkstoffen noch in den Kinderschuhen.
GRM Consulting verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung von Prognosewerkzeugen für die Carbonfaser-Struktur von Rennwagen und hat maßgeblich dazu beigetragen, dass traditionelle Methoden vermieden und die Anzahl der erforderlichen mechanischen Tests reduziert wurde.
Mit der Finite-Elemente-Analyse- und Designoptimierungssoftware von VR & D Genesis hat GRM Consulting einen optimierungsbasierten Ansatz gewählt, um die Kosten zu senken und die Entwicklungszeit zu reduzieren, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Für eine Kombination aus unendlich vielen Faserorientierungen, die die Anforderungen an Festigkeit, Steifigkeit und Knicklast erfüllen, ist es notwendig, den Fehlerpunkt des Mechanismus zu verstehen. Zu diesem Zweck verwendet die WMG, Warwick University, ihr umfassendes Verständnis des Materialverhaltens und der modernen Fertigungseinheiten für die Herstellung von Fahrzeugchassis Gestamp, der Weltmarktführer in der Fertigung, spielte eine wichtige Rolle bei der Konstruktion von Komponenten, um die erforderlichen funktionalen Anforderungen zu erfüllen.
Entwurfsmethode
Während der zweijährigen Projektentwicklung stellte das Design solcher Verbundteile, von einzelnen Materialteilen bis hin zu mehreren Materialdesigns, Herausforderungen für die Fertigungs- und Optimierungsteams.
Vorläufige Informationen aus dem Buch zeigen, dass das Konzept des leichten Achsschenkels für Verbundwerkstoffe aus einer einzigen Materialformmasse (SMC) hergestellt werden kann.
Der langfristige Engineering-Zeitplan veranlasste das Konstruktionsteam jedoch, zu verschiedenen Materialsystemen überzugehen: Die Prepreg-Schicht vermittelt die planaren mechanischen Eigenschaften, die an ihrem Standort erforderlich sind, und die SMC-Umspritzung ermöglicht komplexe geometrische Details und Oberflächen. Äußere Steifheit
Dieses einachsige und biaxiale Prepreg in Kombination mit SMC bedeutet, dass das Verbundteil mechanische Festigkeits-, Steifigkeits- und Knickziele erreichen kann.
Andere Designherausforderungen deuten darauf hin, dass bei gleichzeitiger Beibehaltung dieser Designübersicht mehr Innovation eingeführt werden muss, ohne die Fertigung zu beeinträchtigen.
Nach umfangreichen Simulations- und Testarbeiten wurde das Design fertiggestellt, wodurch das Design optimiert und verfeinert werden konnte, um die OEM-Lebensdauer und die NVH-Ziele zu erreichen.
Der endgültige Gewichtsreduktionseffekt des Projekts besteht darin, dass bei derselben Funktion der minimale Gewichtsverlust 30% und der maximale Gewichtsverlust 50% beträgt.
Innovative Fertigungstechnologie
Es wurde ein Formungsverfahren entwickelt, das in der Lage ist, solche hochfesten, komplex geformten Aufhängungshöcker in großen Mengen herzustellen. Im zweiten Quartal 2017 wurden Produktion und mechanische Prüfung eines Demonstrationsbauteils durchgeführt.
Das Material wird von Mitsubishi Rayon zur Verfügung gestellt.
Vor dem Beginn der Herstellung dieser Verbundgelenkstange wurde das in Frage kommende Kohlefasermaterial für CLASS im R & D Innovation Center von Ford in Dearborn, USA, geformt, um Prozessparameter für maximale mechanische Eigenschaften und Form zu optimieren. Präzision bietet Hilfe.
Zusammenfassung der Erfahrungen
Durch die gemeinsamen Bemühungen von GRM Consulting und allen beteiligten Unternehmen wurden strukturelle und gewichtsreduzierende Ziele erreicht.
Die dabei gewonnenen Erfahrungen halfen den Ingenieuren zu verstehen, wie sie mit mehreren Materialdesigns ein optimales Gleichgewicht erreichen können.
Während des Projekts wurden die VR & D Genesis-Optimierungsmethode verbessert und die Materialauswahlmethode verbessert, um Konstrukteure und Fertigungsingenieure bei der Erfüllung strenger Anforderungen zu unterstützen.
Das Ford-Projektteam akzeptierte die Herausforderung, "hochkomplexe Hochleistungskomponenten zu liefern", was darauf hindeutet, dass es relativ einfach wäre, viele andere Fahrzeugkomponenten zu liefern, wenn überhaupt. Es gibt Anzeichen, dass dies zu erheblichen Gewichtsverluste für das gesamte Fahrzeug geführt hat. .