Ford Motor Company, en colaboración con WMG, la Universidad de Warwick, Gestamp y GRM Consulting, ha desarrollado un ligero y compuesto de suspensión trasera nudillo de dirección para los coches de clase C en innovar UK.
A través del despliegue único de fibra de carbono, así como el uso de tecnología optimizada y procesos de producción personalizados, la Junta de dirección de suspensión trasera del composite puede reducir el peso hasta un 50% en comparación con los componentes de acero fabricados actualmente.
A través de la aplicación integral de tecnología de procesamiento avanzada y la tecnología de simulación de consultoría GRM, el equipo desarrolló un diseño que sigue siendo el primero en su tipo.
El diseño del componente es perfecto y, en la actualidad, la producción y prueba de los componentes está en marcha con el objetivo de desarrollar un proceso de producción masiva a gran escala.
Empalmes de dirección de los compuestos-prototipos de la barra de lazo
Empalmes de dirección de acero-barras de lazo
Introducción
La industria automovilística mundial está intensificando su objetivo de reducir el peso con el fin de cumplir con las regulaciones de emisiones cada vez más estrictas y las demandas de los clientes de kilometraje más largo del vehículo.
Al seleccionar un componente de suspensión de acero producido en masa para rediseñarlo como un componente ligero de un material compuesto manufacturado, Ford Motor Company inició el ciclo de desarrollo.
Los componentes seleccionados presentan requisitos conflictivos como "rigidez mínima y rigidez máxima", "índice de pandeo e índice de fuerza".
La reducción de peso de este componente de soporte especial no primaveral realza la efectividad relativa de los resortes y amortiguadores, mejorando así la comodidad del ocupante y la maniobrabilidad del conductor.
Este componente compuesto desarrollado recientemente ha demostrado ser conveniente para los vehículos de alto rendimiento de la C-clase. El equilibrio delicado y perfecto entre el material y la selección de proceso permite que el tiempo total de ciclo de producción sea tan bajo como 5 minutos.
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La cooperación es esencial
La historia de éxito es un proyecto de dos años financiado en parte por innovar UK y los resultados de un grupo de organizaciones incluyendo Ford Motor Company, Gestamp, WMG, la Universidad de Warwick y GRM Consulting.
El proyecto se llama sistema de suspensión automotriz ligero composites (denominado ' CLASS ').
La tecnología de composites ha pasado inexorablemente de la investigación académica y de la industria de la aviación a las prácticas de ingeniería automotriz para compensar el aumento del peso inherente de los vehículos eléctricos y automóviles autónomos.
Para la industria automotriz principal en su conjunto, la complejidad de las propiedades compuestas sigue siendo un problema difícil de superar.
Mientras que una gran cantidad de investigación se ha dedicado a la comprensión de los compuestos en dos niveles, tanto industriales como académicos, el arte de predecir las propiedades de los compuestos es todavía en su infancia. GRM Consulting tiene varios años de experiencia en el desarrollo de herramientas predictivas para la estructura de fibra de carbono de los coches de carreras.
La compañía ha hecho una contribución significativa a este proyecto evitando los métodos tradicionales y reduciendo el número de pruebas mecánicas requeridas.
Utilizando el análisis de elementos finitos de VR&D Genesis y el software de optimización del diseño, GRM Consulting ha adoptado un enfoque basado en la optimización para reducir costos y reducir el tiempo de ingeniería sin comprometer el rendimiento. Para la combinación de la orientación infinita de la fibra que satisface los requisitos de la fuerza, de la tiesura y de la carga que abrocha, es necesario entender el punto de avería del mecanismo.
Con este fin, la Universidad de WMG, con su amplio conocimiento del comportamiento material y de las unidades de fabricación de vanguardia, ha desempeñado un papel importante en el diseño de componentes para cumplir con los requisitos funcionales necesarios, Gestamp, líder mundial en la fabricación de chasis automotrices.
Método de diseño
Durante el desarrollo de dos años del proyecto, el diseño de este componente compuesto evolucionó desde un único componente material hasta el diseño de una amplia gama de materiales, planteando desafíos para el equipo de fabricación y optimización.
La información preliminar del libro muestra que el concepto de juntas de dirección ligeras para composites se puede lograr con un solo material, plásticos moldeados en copos (SMC).
Sin embargo, el programa de ingeniería a largo plazo llevó eventualmente al equipo de ingeniería de diseño a cambiar a una variedad de sistemas de materiales: la capa preIMPREGNAda proporciona las propiedades mecánicas planas necesarias para sus instalaciones, mientras que el revestimiento SMC permite detalles geométricos complejos y rigidez externa.
Este preImpregnado de un solo eje y biaxial combinado con el método SMC significa que el componente compuesto puede alcanzar fuerza mecánica, rigidez y blancos de pandeo.
Otros desafíos de diseño sugieren que se debe introducir más innovación sin comprometer la fabricación y el mantenimiento de este perfil de diseño. Después de la simulación extensa y del trabajo experimental, el diseño se termina.
Esto permite optimizar y refinar el diseño para cumplir con los objetivos de durabilidad y NVH del OEM.
El último efecto de reducción de peso del proyecto es lograr una reducción de peso mínima del 30% y una reducción de peso máxima del 50%, con la misma función.
Tecnología innovadora de fabricación
Se ha desarrollado un proceso de moldeo capaz de la producción en masa de esta sección de dirección de suspensión de alta resistencia y en forma compleja, y se ha probado un componente de demostración para la producción y la mecánica en el segundo trimestre de 2017.
El material es proporcionado por el rayón de Mitsubishi.
Antes del comienzo del nudillo de la dirección de los compuestos, la producción de materiales de la fibra del carbón del candidato para la clase fue moldeada en el centro de la innovación de R & d de Ford en Dearborn, los E.E.U.U., que ayudaron a optimizar parámetros de proceso para las características mecánicas máximas y la exactitud de la forma.
Resumen de la experiencia
A través de GRM Consulting y los esfuerzos conjuntos de todas las empresas participantes, el proyecto ha logrado objetivos estructurales y de reducción de peso.
La experiencia obtenida en este proceso ayuda a los ingenieros a entender cómo lograr el mejor equilibrio con una variedad de diseños de materiales.
Con el adelanto del proyecto, el método de la optimización usando VR&D Génesis se ha mejorado y el método de selección material se ha mejorado, así apoyando al diseño y a los ingenieros de fabricación para cumplir los requisitos rigurosos. El desafío de Ford al equipo del proyecto de ' entregar piezas altamente complejas y sobrecargadas ' anuncia una entrega relativamente simple de muchas otras partes del coche si es factible.
Hay indicios de que esto ha creado una importante oportunidad de reducción de peso para todo el coche. Ford desarrolla nudillo de dirección de suspensión trasera de fibra de carbono