BMC(DMC)由于具有良好的機(jī)械性能、抗蠕變性能和耐熱性能已在汽車工業(yè)中有多年應(yīng)用的實(shí)例,如車燈反射鏡、引擎罩殼、正時齒輪罩和小電機(jī)端蓋等等。最新開發(fā)的材料主要應(yīng)用于汽車發(fā)動機(jī)上,其特點(diǎn)是具有極精密的尺寸精度和使用中在-40°C到150°C溫度條件下的尺寸穩(wěn)定度。其應(yīng)用實(shí)例為電子節(jié)氣門(ETC)空氣調(diào)節(jié)閥(ACV)的閥體與一些傳動系的零部件。 本文概述了用BMC替代鋁質(zhì)ETC閥體的成功案例。 BMC材料是由熱固性樹脂、礦物填料、短切玻纖等組成。典型的配方可由13種組份混合而成,其不同的配比可以滿足客戶對成型品的不同要求。 這項(xiàng)技術(shù)追溯起來已有60年歷史,而根本性的改進(jìn)是近15年內(nèi),除了材料配方之外成型的模具和設(shè)備都有許多革新。 一直以來,BMC主要應(yīng)用于三個領(lǐng)域,即電氣、汽車和家用消費(fèi)品。而電氣市場也是BMC應(yīng)用最久最成熟的領(lǐng)域,如塑殼斷路器外殼、小電機(jī)端蓋、開關(guān)箱體、大型熔斷器罩殼等。主要得益于BMC材料的極其優(yōu)良的絕緣能力、耐高溫能力和UL94V0的阻燃能力。 其次,BMC突出的可著色性優(yōu)于其它熱固性樹脂模塑料,幾乎可以配成各種顏色和外表,例如配成仿大理石的外觀,應(yīng)用廚衛(wèi)領(lǐng)域的池盆、家用電器的外殼。以及電熨斗的底板等等。 當(dāng)然BMC最大的應(yīng)用市場還是汽車工業(yè),雖然應(yīng)用的種類不如上述電氣和家用消費(fèi)類市場,但消耗的總量遠(yuǎn)大于上述兩個部門。在汽車上的典型應(yīng)用有:車燈反射鏡、閥蓋和一些小型外部零件如阻流板、指示帽、擋泥板支架等。 相比之下,鋁壓鑄零件確有超級的耐熱性能,但是其模具的使用壽命和制造成本,零件制造周期及其單重與BMC相比較都處劣勢:而熱塑性工程塑料有較低的比重,而且設(shè)計(jì)師也比較熟悉,還能焊接,利于裝配,不過與BMC相比較其材料成本(單位體積之價格)昂貴,熱性能甚差。 對汽車工業(yè)來講,降低成本和減輕重量是長久的話題,其中用塑料或復(fù)合材料替代金屬零部件是一直進(jìn)行的途徑。 電子節(jié)氣門技術(shù)的開發(fā)打開了復(fù)合材料新應(yīng)用的大門。因?yàn)殡娮庸?jié)氣門的幾何輪廓遠(yuǎn)比常規(guī)的機(jī)械式節(jié)氣門復(fù)雜許多,由于驅(qū)動電機(jī)、節(jié)氣門開度傳感器和減速齒輪組等都集成裝配在節(jié)氣門體上,可想而知,采用鋁壓鑄節(jié)氣門體其壓鑄成型和機(jī)械加工的難度成指數(shù)倍地增加。 節(jié)氣門的作用是控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量。電子節(jié)氣門是一種柔性控制系統(tǒng),通過節(jié)氣門體上的電機(jī)驅(qū)動節(jié)氣門,取消了傳統(tǒng)節(jié)氣門與加速踏板之間的直接機(jī)械連接,在電控單元的控制下,可實(shí)現(xiàn)節(jié)氣門開度的快速精確控制。其優(yōu)點(diǎn)為:可以根據(jù)駕駛員的意愿以及排放、油耗和安全需求確定節(jié)氣門的最佳開度;可設(shè)置各種功能來改善駕駛的安全性和舒適性,如牽引力控制、巡航控制、怠速控制等,從而使發(fā)動機(jī)控制更加理想;解決了傳統(tǒng)節(jié)氣門難以根據(jù)汽車的不同工況相應(yīng)地做出精確調(diào)整的問題,特別是在冷起動、低負(fù)荷和怠速工況下會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降、有害物質(zhì)排放量增加等問題。 顯然在油價超高的環(huán)境下,這是完全符合消費(fèi)者的利益,專家預(yù)測,到2014年發(fā)達(dá)地區(qū)國家中將90%以上,發(fā)展中地區(qū)與國家將60%左右采用此項(xiàng)技術(shù)。 正是由于這項(xiàng)技術(shù)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性和市場的迫切需求,促成尋找成本較低、性能有效的材料來制造電子節(jié)氣門。 通過世界上一流的電子節(jié)氣門制造商、復(fù)合材料的精密成型商與原材料供應(yīng)商之間的緊密合作,最終選定BMC材料通過注射成型工藝來制造這種電子節(jié)氣門閥體。ETC的性能特征 ETC本質(zhì)上是一種閥門,用于控制進(jìn)入進(jìn)氣岐管的空氣流量(見圖1和圖2),事實(shí)上我們的感覺好像這種踏板是控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的燃油,稱之謂“油門”。其實(shí)這是一個“空氣踏板”,當(dāng)施壓發(fā)出信號送至控制模塊,然后再發(fā)信給驅(qū)動電機(jī)打開或是關(guān)閉氣門來控制空氣進(jìn)入系統(tǒng)時,空氣進(jìn)入的流量通過氧氣傳感器檢測并發(fā)出燃油噴入量的控制信號。這種閥體的平滑運(yùn)動可優(yōu)化燃油的效率和發(fā)動機(jī)的性能。這就要求閥體絕對可靠穩(wěn)定,不僅最初的尺寸精度要嚴(yán)格控制,并在-40°C至150°C的操作溫度下仍要保證閥體與閥片的尺寸穩(wěn)定性。 另外,這種尺寸的穩(wěn)定性必須表現(xiàn)能承受發(fā)動機(jī)內(nèi)各種流體的浸漬抗蝕能力,諸如各種牌號的燃油、機(jī)油、清潔液、變速箱油、制動液和動力轉(zhuǎn)向油等等。ETC還必須具有優(yōu)良耐震抗沖能力及噪音的阻尼能力。 BMC相對于各種熱塑性工程塑料在各種溫度、油料及乙二醇浸漬1000h,2000h后的多種機(jī)械性能對照表,可以看到在耐乙二醇方面PPS表現(xiàn)還滿意。 BMC較之ETC傳統(tǒng)選材提供了良好的性價比。 列出了BMC與鋁質(zhì)的最新價格對比,其優(yōu)越性顯而易見。對于PA66和PPS也是同樣。盡管BMC有較高的比重,但單位體積的價格也明顯優(yōu)于鋁材41%,PA6627%,PPS62%。 用BMC替代鋁質(zhì)的ETC閥體大致可節(jié)省25%的成本。這并未計(jì)算鋁壓鑄件制造中各子系統(tǒng)的消耗。 采用BMC成型的模具費(fèi)用比鋁壓鑄成型模具節(jié)約許多,且模具壽命長了的許多。 |