追求更高效设计的努力不仅出现在汽车制造业:家具、管道设备和电子设备制造商在开发新部件时,特别是在替代金属时,也越来越认识到计算机模拟的好处。在计算机辅助工程(CAE)的帮助下,在设计新的塑料部件时可以节省时间和金钱,因为昂贵的原型往往可以省去。奥地利的Multiplast公司和巴斯夫公司在开发新一代灭火器的塑料阀门时充分利用了这一优势。
新型灭火器的主阀体是由特殊的聚酰胺级Ultramid T KR 4355 G10注塑而成巴斯夫代表了这种高度玻璃增强的新型塑料的第一次批量应用。这个具有挑战性的塑料部件取代了灭火器主阀门中的黄铜前辈。它是由Multiplast公司为欧洲灭火器市场开发的。泰科灭火及建筑产品公司是世界上最大的灭火器制造商之一,在早期开发阶段与Multiplast进行了合作。在开始批量生产后,泰科已经将大约90%的产品转换为新阀门。Moosbrunn的生产已经处于满负荷运转状态。
塑料比黄铜好
这种新型阀门是在带有独立加压筒的筒状操作灭火器家族中使用的。这种类型的灭火器的要求以前只能通过黄铜阀门来满足。主阀是一个多功能部件,集成了内部立管的连接、带喷枪的软管、触发机构和手柄。为了可靠地运行,制造商要求阀门在零下30到60摄氏度之间承受80bar的压力,使用寿命为15到20年。进口金属的质量不一致是制造商Multiplast黄铜阀门的主要缺点之一。
因此,共同的目标是开发一种可通过注射成型高效制造的塑料组件,该组件比传统黄铜组件提供更一致的质量和更大的性能。这种应用要求塑料具有高耐热性、高强度和刚度以及高尺寸稳定性。由于所用材料的工程特性,先前用塑料制造灭火器阀体的尝试没有成功。标准聚酰胺在这里不合适。这种材料最终必须通过一系列安全测试,才能在灭火器上大量使用。其中包括对使用寿命、爆破压力、灭火剂的耐受性以及长期紫外线照射后的稳定性的调查。欧洲杯足球竞彩
最大的塑料性能-没有模拟
为了高效、快速、可靠地开发复杂组件,巴斯夫采用了ULTRASIM仿真工具。经典的充模模拟是当今CAE领域的最新技术。然而,使用ULTRASIM,还可以根据填充压力和浇口位置确定纤维的方向,然后根据此信息优化部件的机械性能。玻璃纤维含量为50%且成分具有明显的各向异性,这不是一项容易的任务。对三种荷载情况的模拟非常重要:120巴表压下阀门的行为,水平位置时受压筒施加的弯曲荷载下阀门的行为,以及突然提起灭火器时手柄施加的动态荷载的影响。
在压力过高的情况下,必须在阀门上设计一个弱点,使其在超过105到110巴的压力下破裂,以防止整个灭火器失控爆裂。使用ULTRASIM,专家能够准确定义故意断裂位置的功能,并在实验中充分证实它。
当灭火器水平存放时,灭火剂(粉末或液体)与阀门持续接触。Ultramid阀在模拟和实际中也承受了这种负载情况。最后,当突然用手柄提起灭火器时,灭火器不得出现任何故障:这对操纵杆和模拟是一个挑战,因为涉及应变率相关的材料特性。在这里,模拟和实验之间也有显著的一致性。
有了这些知识,就有可能准确地确定复杂零件的设计,包括其所有集成的附加功能,并且不需要金属嵌件,以便在单个注射成型步骤中进行生产。即使是四个完整的公制螺纹也是塑料的,这对塑料和生产都是一个挑战。使用的特殊超中档提供了良好的耐化学性,因此新的主阀也立即获得批准用于海洋环境——这一应用领域要求更高的灭火器安全性。此外,最终版本的阀门,操作窗口为-40至80摄氏度,爆破压力增加至100巴,抗压力峰值高达250巴,比黄铜部件的特性要好得多。对灭火剂的耐受性、环境因素(如紫外线辐射和臭氧)也不容忽视。最后,但并非最不重要的是,便携式灭火器的携带特性和手柄性能得到了明显改善。
ULTRASIM -不再仅仅用于汽车应用
如果没有强大的计算机工具,这种塑料应用和更换黄铜阀门是不可能的。同时,在这一级别使用ULTRASIM需要大量的材料数据,这些数据必须可用于特定的特殊树脂或提前建立。两者共同使得巴斯夫非常广泛的方法论和程序集能够通过汽车领域之外的一项极其关键的测试。
在过去四年中,在高负载情况下成功推出了许多汽车部件,如第一个保险杠支架、发动机支座和塑料车身嵌件,新的机会正在出现:计算机模拟提供的高度精确的可预测性,以及适当的塑料,消除了,在这种情况下,重复制造原型和昂贵的测试。这使得各行业的公司能够利用特定材料在高负荷情况下高效、经济地生产塑料零件。欧洲杯足球竞彩