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重新设计：MuCell技术的战略实施 |
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newmaker 来源：CPRJ 中国塑料橡胶 |
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Trexel公司的MuCell微孔发泡工艺早期在汽车、计算机或电器相关领域的应用，只是将注塑件转变为微孔发泡形式，零件结构很少或没有变化，一般可减重5-8%。现今，在许多应用场合可减重20-30%，因为汽车设计师可以利用MuCell的技术特点来重新设计零件。
利用MuCell工艺实现功能性设计
功能性设计是指在设计阶段的初期就利用MuCell工艺的优点，根据制件功能进行材料、结构设计，而不是简单地辅助充填零件。大多数情况下，按功能设计的零件，最终的密度减小幅度要小於相同实心模塑零件设计转化为发泡零件的设计，但总体减轻的重量要大得多。一般地，按功能进行设计，不仅重量可以减轻20至30%，而且周期时间可缩短达30%。
案例1：风扇导风圈
该产品例所用材料为填充PA 6。传统设计中，导风圈的标准壁厚为2毫米，仅在零件的中心毂上有一个浇口，材料通过四个支持臂流到导风圈主体中。除支持臂强度外，对尺寸和强度而言，四个支撑点也是关键位置。导风圈的毂需要有较高的强度来支撑风扇电机，并防止在运行过程中产生噪声。零件的大部分结构没有实际功能，只是为了适当地充填零件。
采用MuCell工艺重新设计时，需要具有高机械强度的零件区域，即连接点、毂和支撑材料仍保留2毫米的壁厚，但零件其他部分的壁厚减为1毫米。在薄壁部分增加了浇口来促进这些区域的填充，充填结束後，较厚区域通过超临界氮体的膨胀填实。
该设计将零件重量减轻了0.4公斤，每年可节省160吨材料。每年可以节省32万欧元。
案例2：车门饰板
大众Touran车门饰板是利用MuCell工艺改变零件设计，大幅降低产品成本的第二个例子。该部件是将滑石粉填充的PP注塑在PVC面料的背後，从而使产品具有带纹理的表面。
设计该产品有两个关键要求。第一个是耐冲击要求。该部件在发生冲击的情况下要能吸收能量，通过背面一组2.2毫米的肋实现该要求。第二个关键要求是在PVC面料上不能出现缩痕。由於滑石粉填充PP会收缩，而且需要2.2毫米的肋来吸收能量，所以该部件的实心标准壁厚应设计成4.4毫米。除这些设计限制外，还需要将第二个模块焊接到该部件的背部。
用MuCell工艺生产该部件的主要原因，是要利用超临界氮发泡剂来消除肋和壁交汇处的缩痕，从而可降低标准壁厚，同时又使部件可达到实心部件的能量吸收要求。微孔发泡部件的设计标准壁厚为2.2毫米，肋厚度为2.4毫米。轻微增大肋的厚度可以补偿臂变薄产生的影响，达到抗冲击要求。另外，还可以省去第二个模块。将该产品换用MuCell工艺加工後，总重量减轻了40%，其中20%是通过设计，6%是通过降低密度，14%是因为省去了第二模块。另外，还省去了增加第二个模块的操作工序。
擅用设计稳定尺寸
案例1：喷墨打印机组件
对喷墨打印机而言，内部组件，如框架和供纸机构必须设计成可使纸自由、精确地运动，从而可以均匀、稳定的施用油墨。为了实现打印机的功能，要求具有极好的物理性能和优异的尺寸稳定性。
有一家不能公开名字的打印机制造商，其发泡部件产生的翘曲与实心部件相比降低了50%以上，同时提高了尺寸稳定性，物理性能未受影响。周期时间缩短了27%，部件重量减轻了8.5%。
案例2：电动工具底板
中国泉峰集团（Chervon Group）开发、制造电动工具，并销往全球。为了降低成本，泉峰研究了其电动工具铸铝底板的替代方案。底板将主体与导向板连接在一起。显然塑料是可选材料之一，但减小部件的翘曲是一个关键问题，因为底板必须保持平整，从而可使电动工具正常工作。另外，底板是关键外观部件，所以塑料要具有优异的表面外观。
底板翘曲要求小於0.34毫米，但实心模塑样品的翘曲度为1毫米，而且一侧的实测翘曲值达1.10毫米。
泉峰决定采用MuCell工艺进行模塑试验，检验工艺过程，以及耐翘曲的改善程度。产品用Rhodia公司的玻璃纤维填充尼龙66发泡制造，与实心模塑产品相比，翘曲度减小70%，同时达到所有机械性性能要求，表面外观极佳。泉峰的工程师们分析MuCell样品，发现平均翘曲仅0.30毫米，完全处於部件技术要求之内。四侧的测量值都在技术指标限定值以内。
在试验过程中，泉峰还实现了与实心产品相比重量减轻8%，周期时间缩短18%。
美化、减重设计：VW Golf 7仪表盘结构
利用微孔发泡工艺生产新型VW Golf 7的仪表盘，大众公司的工程师们成功地将重量减轻了500克。
大众公司聚合物部主任Roger Hillert博士如是说：“外观、轻量和成本是当今汽车驾驶室面临的最大的挑战。利用MuCell工艺，我们可以节省材料，采用较低的加工温度，同时缩短了成型周期时间。成品中的内应力较小，因而提高了尺寸稳定性。”
VW Golf 7仪表盘结构
重量减轻接近1磅具有重大意义，因为塑料应用是减轻重量，同时又不牺牲强度、耐久性或功能性的极具挑战性的领域。VW Golf 7是第二款采用MuCell工艺仪表盘的车辆，另一款车辆是最近开始量产的Ford Escape/Kuga IP。
Trexel首席执行官Steve Braig说：“Golf前一型号的仪表盘重3公斤，新型Golf 7仪表盘的重量减轻500克只是一个开端，待大众公司的工程师们充分认识MuCell工艺在减轻重量和设计自由度方面的优点後会进一步大幅减轻重量。另外，我们的用户大多称采用了较低的加工温度，因而一般可将成型周期时间缩短达20%。”
实现减重及环保的设计：汽车研究
如果大规模应用於一种车型，采用MuCell工艺在减轻重量和环境保护方面意义重大。
为了量化为汽车制造商带来的环保优势，Trexel的工程师们评估了约占194磅车重的合共70种部件，并根据其应用MuCell工艺的经验将每个部件以往的结果列表。之後，Trexel给出一期（直接替代，其中采用MuCell工艺）和二期（利用MuCell工艺优点重新设计，进一步减轻重量）部件重量减轻值。之後，Trexel雇用环境公司Simply Sustain LLC利用生命周期评价法分析MuCell工艺对环境的影响。
首先，如果汽车制造商只是采用MuCell工艺，而没有对部件重新进行设计，则可实现单车减轻重量15.7磅。对於10万辆的车队而言，在15万英里的寿命期限内可节省约280万加仑的汽油，少排放29,155吨CO2。
采用Trexel的二期方案时，单车减轻重量35.4磅，对於10万辆的车队而言，由於重量大幅减轻，在15万英里的寿命期限内可节省约多於630万加仑的汽油，少排放64,971吨CO2。这种情况下，不断进行相同的生产，直到配备有MuCell部件的车辆被新车型取代，使用和制造相合并计算，每年可减少CO2排放量68,663吨。
推动现代注塑技术进步
Trexel最近宣布，将采取行动开拓新的市场领域，并计划扩大产品范围，为塑料市场带来新的工艺解决方案。Braig先生说：“MuCell工艺已进入主流。我们在汽车市场取得巨大成功，两家OEM，即福特和大众现在已将MuCell工艺纳入他们的设计过程。第一个重要应用是新型仪表盘，更多的产品应用还在开发之中。我们与Vaupell公司签署了协议，Vaupell将帮助我们进入宇航工业。在重要电器行业，我们已经将MuCell工艺在欧洲引入一些新的领域，这是我们首次真正进入该市场领域。在2012年末，我们还计划推出我们的变温热/冷成型技术。”
Braig先生补充说，变温热/冷模塑技术可使产品拥有优异的表面外观，MuCell技术与变温热/冷却模塑技术相结合可以使许多产品省去上漆或透明涂层的涂覆工序，大幅降低成本。将进一步扩展Trexel现有的MuCell微孔发泡技术。
“我们有一些将这种新工艺组合推向各种终端市场的重大机会。从汽车中的A级内饰部件到室内和室外电器、电动设备及许多其他产品的外部壳体，Trexel都可以提供用户所预期的MuCell工艺的设计自由度和重量减轻优势，同时利用变温热/冷模塑技术使产品具有优异的外观。”
Braig先生坦言：“注塑工业近二、三十年没有多少重大变革，主要加工设备和技术大多是逐步发展。MuCell工艺的确为注塑行业注入了活力。我个人对Trexel的看法是，Trexel要为模塑制品生产商提供注塑零件的更好的方法。我们对该行业的贡献是提供技术来降低行业成本，而且利用这些技术可以设计、制造采用传统成型技术无法实现的产品。”(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(8/29/2012) |
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