ТРЕХМЕРНОЕ ВЫДУВНОЕ ФОРМОВАНИЕ: технологии, тенденции

Хотя население Нового Света и не спешит последовать примеру Европы, соотношение сил на рынке Северной Америки, наконец-то, меняется в пользу использования трехмерного выдувного формования.

Таково мнение официальных лиц SIG Kautex, в настоящее время единственной в Северной Америке компании-поставщика технологии трехмерного выдувного формования. Эти источники сообщают, что трехмерная технология идеально подходит для формования длинных и имеющих извилины автомобильных воздуховодов и труб.
“На горизонте появились новые возможности в области замены располагающихся под капотом автомобилей металлических деталей пластмассовыми”, - утверждает президент Kautex Волфганг Майер, который относит к числу последних воздуховоды для дизельных двигателей с турбонаддувом (TCD) в сочетании со специальными воздуходувками охлаждения и  топливозаправочными трубами. Трехмерное выдувное формование  уже завоевывает позиции в Европе для изготовления этих применений, а также труб для подачи масла и бесшовных ручек для дверей (например, на Porsche Boxster). Майер также видит большой потенциал для применения трехмерного выдувного формования при изготовлении деталей внедорожников, мебели (подлокотники и ножки кресел), сантехнических систем крупных бытовых приборов.

Одного взгляда на трехмерный воздуховод, изготовленный выдувным формованием (сверху), по сравнению с традиционной деталью, изготовленной пневмоформованием с экструзией, достаточно, чтобы определить два основных преимущества первой детали: минимальное образование заусенцев и отсутствие уязвимых линий стыка. (Фото SIG Kautex)

Руководство SIG ожидает, что успехи, достигнутые в области трехмерной технологии в Европе, скоро распространится на США, где до сих пор трехмерная технология использовалась в очень ограниченных масштабах. Для того, чтобы ускорить этот процесс, SIG недавно начала применять стратегию выхода непосредственно на производителей автомобильных деталей для того, чтобы информировать их о преимуществах трехмерного выдувного формования. В рамках этой деятельности, SIG недавно начала сотрудничество с Rousch Industries, компанией инжиниринговой поддержки и специалистом по автомобилям из окрестностей Детройта. Компания SIG также запустила совместные программы с компаниями DuPont, Daikin America, а также некоторыми другими для разработки материалов для использования с трехмерной технологией. У DuPont имеется 15-тонная SB лабораторная установка в Европе для того, чтобы проще было осуществлять разработку.

Воздуховод под капотом: заманчивые перспективы
Компания SIG представила трехмерное оборудование десять лет тому назад, и с тех пор установила около 80 установок, 90% из них в Европе. Примерно 70% из них это установки всасывающего выдувного формования серии SB (SBM), в которых используется направленный воздух для направления заготовок в сегментированные гнезда пресс-форм перед выдуванием. Остальные, которые используются для изготовления деталей с более трудными формами и радиусами, являются установками KBS, в которых робототехническое устройство перемещает заготовку для того, чтобы поместить ее в гнездо. Установки KBS поставляются как с вертикальными, так и с горизонтальными зажимными устройствами.
Джек Тинсли, директор SIG по трехмерным применениям, говорит, что технология может применяться для изготовления сложных деталей, исключая образование чреватых отказом линий стыка, сводя к минимуму образование заусенцев, и повышая однородность толщины стенок в полых деталях. Трехмерное выдувное формование также способствует лучшей интеграции деталей, что дает возможность экономии затрат, сокращая, в то же время, этапы сборки. Технологию можно использовать для изготовления перемежающихся (твердых - мягких) и многослойных структур.

В SIG Kautex утверждают, что их патентованный метод поэтапного перехода для поочередного выдувного формования твердого и мягкого слоев воздуховодов, повышает целостность и эксплуатационные характеристики соединений (Фото MPC).


Тем не менее, трехмерное выдувное формование до сих пор не прижилось в США. Источники в отрасли сообщают, что к числу причин этого относятся: высокая стоимость установок (установки SBM, снабженные двумя головками, в настоящее время стоят от $800,000 до $1 миллиона), увеличенная продолжительность цикла и большая доля брака по сравнению со стандартным пневмоформованием с экструзией.
Несмотря на эти препятствия, у технологии было несколько ранних приверженцев, таких как компания MPC из Уолворта, Висконсин, у которой эксплуатируются три установки от SIG Kautex SBM. Компания Rousch установила для исследовательских целей установку SB-8 (с восьмитонным зажимным устройством). Несколько компаний используют трехмерное оборудование, поставленное японскими Excel и Placo, но обе эти компании в настоящее время не работают на рынке США.
По словам Джо Краппа, вице-президента компании SIG по продажам данной технологии, возникающие применения меняют отношение к трехмерному выдувному формованию в США. В почти 45% автомобилей европейского производства в настоящее время используются двигатели TCD, а не аспирационные типы, используемые в практически всех автомобилях, произведенных в США. В Krupp говорят, что предпочтение, отдаваемое европейскими производителями двигателям TCD, следует отнести на счет их превосходных ходовых качеств и способности экономить топливо. Он считает, что США присоединяться к общей тенденции в течение следующих нескольких лет, и приводит данные о решении Ford о разработке дизельного варианта двигателя TCD для своего Focus в 2007 г. В компании Krupp также отмечают расширение использования двигателей TCD в грузовиках малой грузоподъёмности, произведенных в США, в качестве еще одного аргумента в пользу изготовления трехмерных воздуховодов в этом регионе.
Если двигатели TCD приживутся здесь даже в очень скромных масштабах, это окажет мощную поддержку трехмерному выдувному формованию. Турбовоздуходувки осуществляют сжатие воздуха и повышают его температуру таким образом, что требуется обычно большее количество более извилистых путей для потока для трубопровода холодной стороны и трубопровода горячей стороны. Для TCD двигателей обычно требуется от четырех до пяти воздуховодов, по сравнению с используемыми в настоящее время двумя-тремя: сапун картера, воздуховоды загрузки воздуха, воздуховоды возврата воздуха и прочие воздуховоды являются целевыми применениями для трехмерного выдувного формования.
“Наибольшую экономическую отдачу при использовании трехмерного выдувного формования дают применения, при которых реализуется интеграция деталей”, - добавляет Рэндал Уайт, старший технический специалист по трехмерному формованию в компании DuPont. Он рассказывает об одном воздуховоде для TCD, который был переведен с состоящей из семи частей конструкции из найлона на цельную формованную с помощью трехмерной технологии деталь из Hytrel TPE. Такая замена позволила снизить массу детали на 50% и стоимость на 15%. DuPont предлагает пригодные для выдувного формования марки найлона 6 и 66 , а также высокотемпературный найлон Zytel HTN, из которого можно производить воздуховоды для TCD.

Трехмерное выдувное формование прекрасно подходит для изготовления длинных, сильно изогнутых воздуховодов для дизельных двигателей с турбонаддувом, каналов для охлаждающей жидкости, а также топливозаправочных труб. (Фото MPC)

Другим многообещающим применением для трехмерного выдувного формования являются специальные воздуховоды охлаждения, традиционно изготавливаемые из сборок из каучука и металла. Компания DuPont стремится заменить такие детали деталями, изготовленными с помощью трехмерного выдувного формования из найлона 66, для снижения массы и количества деталей. Первые применения должны вскоре появиться в Европе.
Другим зарождающимся применением для трехмерного выдувного формования является производство воздуховодов, топливных труб, вытяжных труб для топлива и выхлопных труб для транспортных средств большой мощности. “Половина производимых нами с помощью трехмерной технологии применений составляют детали для погрузчиков с вилочным захватом, тракторов и другой строительной техники”, - говорит Крис Корбетт, менеджер по продукции SBM компании MPC. Компания использует свои трехмерные установки для реализации примерно 40 программ по изготовлению деталей. Только для одной, касающейся U-образного воздуховода для грузовика для коммерческих перевозок с очень острым радиусом, используется функция робототехнической манипуляции на одной установке MPC.
Компания MPC активно занимается двигателями TCD и воздуховодами охлаждения. Так, например, Корбетт рассказывает о воздуховоде из твердого - мягкого Hytrel/PBT с использованием материалов от DuPont, который является компонентом системы, входящей в набор комплектующих для  варианта Mazda Protégé с супер-наддувом.
Целью сотрудничества SIG и Rousch Industries является повышение доверия к трехмерному выдувному формованию со стороны заказчиков автомобильной отрасли. Используется установка SB-8 от Rousch для изготовления экспериментальных моделей и деталей мелкосерийного производства. Компания Rousch осуществляет конструирование и создание трехмерных инструментов с очень небольшим общим временем производственных циклов.

Барьерные заливные трубы – следующие
Перспективным рынком для трехмерного выдувного формования является изготовление заливных труб для топлива, типичных многокомпонентных систем из металла и каучука. Одной из перемен, которая окажет благоприятной влияние на трехмерные детали, является желание перенести топливный бак в положение, которое некоторые конструкторы считают более безопасным, в среднюю часть автомобиля, а для этого потребуются длинные и сложные заливные трубы. Тем не менее, разрабатываются постановления, согласно которым будут требоваться гарантии на целых 15 лет для всего оборудования автомобиля, управляющего выбросами. В них будет отдаваться предпочтение использованию трехмерных многослойных барьерных структур для создания топливных заливных труб в качестве замены поддающихся коррозии металлических деталей. Компания DuPont предлагает трехслойное решение, изготовленное с помощью трехмерного выдувного формования, с использованием жидкокристаллического полимера Zenite (LCP) в качестве внутреннего барьерного слоя.
Компания Daikin America предлагает на рынке двухслойную структуру для производства топливных заливных труб, изготовленных с помощью трехмерного выдувного формования с использованием нового фторполимера компании Neoflon EFEP. Сообщается, что у смолы прекрасные барьерные свойства против углекислого газа и необычно низкая точка плавления. Она также легко поддается соэкструзии с различными смолами, не нуждаясь в добавлении связывающего вещества.

Усовершенствование технологии
Перспективы распространения трехмерного выдувного формования также улучшаются за счет усовершенствований перемежающегося формования «твердый – мягкий – твердый». Так, например, на сегодняшний день установки SBM могут давать перпендикулярный изгиб в пределах всего 25% диаметра детали по сравнению с 200%, которые требовались всего два года назад. Также, установки от SIG непрерывно управляют обоими экструдерами при варьировании их относительных скоростей для создания постепенного и поэтапного перехода от твердых участков к мягким. По имеющимся данным, это повышает устойчивость к деламинации и расширяет возможности приспосабливания физических свойств детали к определенным потребностям.
Кроме того, DuPont разработала пары взаимно дополняющих друг друга твердых и мягких марок своих семейств TPE, найлона, а также LCP для использования при создании сетей последовательных воздуховодов.

 

 

Роберт Ливерсач
Источник: Plastics Technology