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BBG GmbH&Co.KG开发了用于生产氢气罐的模具

BBG GmbH&Co.KG(Mindelheim,德国)开发并生产用于塑料和复合材料的模具和端到端的制造系统。公司成立于1960年,并于2001年重新打入BBG,该公司的200名员工分为四个设施,其中包括两个在中国和美国在美国(牛津,MICH)。在复合材料中,BBG通过使用环氧树脂和连续玻璃和连续玻璃和碳纤维使用聚氨酯的树脂注射成型(RIM)和长纤维喷射(LFI)的设备和模具进行。现在,它开发了用于高压RTM的模具和注射设备(HP-RTM)用于储存氢气的碳纤维增强聚合物(CFRP)包裹的压力容器。“我们在2015年开始使用德国汽车OEM开发项目,”格哈德霍尔特里希说,BBG GmbH & Co. KG高级销售/项目经理。“我们现在已经生产了三种模具,并正在进一步开发这项技术。”

BBG GmbH & Co. KG在复合材料领域的历史

BBG GmbH&Co.KG历史悠久的复合材料,制造设备和/或用于工业,汽车和航空航天应用的模具,使用玻璃和碳纤维在树脂转移成型(RTM)中,以及玻璃纤维切碎的股线(CSM)和长纤维注射(LFI)。图片来源: BBG有限公司

为什么氢坦克?

“我们看到越来越多的发展,特别是在欧洲,”Hörtrich解释(参见由Tier 1供应商宣布的氢策略塑料全部福雷西亚CW.的氢气含量收集)。“政府希望使用来自风力涡轮机的可再生能源生产氢,这实现了绿色占地面积。氢气动力汽车提供与汽油相同的驾驶范围,只需五分钟即可填充罐,这比充电电池短得多。我们看到氢气汽车的生产肯定会在未来几年增长。“(链接到CW氢含量收集?)

BBG GmbH&Co.KG为HP-RTM复合氢气罐开发了三种不同的工具

Hörtrich补充说,BBG GmbH & Co. KG是希望开发新技术的oem和Tier供应商的强大合作伙伴。他说:“我们希望走在氢工业的前沿,帮助开发所需的技术。”对于以氢燃料电池为动力的汽车,这意味着在高压下(通常为350 bar和700 bar)保存氢气的储气罐更小,更容易容纳在车内,而且生产成本更低。通常,氢罐是IV型压力容器,由塑料衬里包裹碳纤维增强环氧树脂,采用湿丝缠绕。

然而,BBG GmbH & Co. KG及其汽车合作伙伴试图通过HP-RTM技术来满足更小、更便宜的油箱需求,该技术将液体环氧树脂注入塑料衬垫上的干燥碳纤维编织带中。三种不同的模具开发说明如下。

工具#1

CAD绘图BBG GmbH&Co.KG成型工具#1用于HP-RTM储氢罐
BBG GmbH&Co.KG成型工具#1用于HP-RTM储氢罐

工具#1
333毫米x 1023毫米(1英尺x 3英尺)。照片信用:BBG GmbH&Co.KG。

这种333毫米x 1023毫米(1英尺x 3英尺)的工具具有可调节的杆帽,以补偿预成型的长度公差,旨在消除干燥点或不均匀的树脂分布。其他特点还包括在下模中用于脱模的液压顶销,以及在注射压力高达40巴的情况下适用于系列生产的密封概念的发展。通过特殊的排气模块控制空隙和树脂池,用压力传感器和树脂流量检测传感器监测干预制件的树脂渗透情况。

罐体的制造顺序如下:在模具中放置预成型件,抽出空气,关闭模具和注射树脂。Hörtrich解释道:“由于模具内部压力高达40巴(正常RTM为5-8巴),我们需要400吨的高压来关闭和密封模具,以防止树脂泄漏。”使用可移动工具帽实现密封部分非常重要,而且具有挑战性。同时,在注入树脂时,必须确保注入压力不会破坏预成型件。”

树脂在两个入口注射。Hörtrich说:“我们在模具型腔周围的注射通道上使用了额外的密封。”“寻找合适的密封结构是一个漫长的过程。”用该工具制造的油罐的灌装压力为800巴,操作压力为700巴。它在1600巴的爆炸压力下进行了测试。Hörtrich指出:“碳纤维增强塑料是将一切联系在一起的东西。”

工具#2

这个336毫米x 2350毫米(7-8英尺长)的模块化工具被设计用来生产不同长度的坦克。“我们的目标是将长度从1米调整到2.35米,”Hörtrich说。中间工具段是可调的。我们还集成了新的机器人,用于预制块的自动定位和快速关闭模具。我们还实现了预成型的快速加热,将刀具温度控制在140°C(±3°C)。正常情况下,耐受性为±5°C,所以这也需要一定的发展。缺点是它需要大量的能量来快速加热,所以效率不是很高,但它工作了。”

工具#2
336毫米x 2350毫米(7-8英尺长)。照片信用:BBG GmbH&Co.KG。

对于这个工具,注射口是在侧面,延伸到整个气缸长度。“这是一种不同的方法来避免树脂中的气泡,”Hörtrich说。“我们正在注射已经脱气的树脂。我们填充模具到95%,然后应用真空。但在模具填充到95%之前,你需要排气,这样空气才能排出。”

他指出,通风系统的密封是液压的,而不是气动的。“这是由于所需的力和40巴的内腔压力,因为模具是充满树脂,”Hörtrich解释说。气动气缸的设计压力为6至10巴,而液压系统的设计压力通常为250巴。然而,还需要一个单独的气动系统。Hörtrich指出:“在注入树脂时,确保塑料衬垫不坍塌是至关重要的。”“为了防止这种情况,我们用压缩空气填充塑料衬里,这需要一个单独的、专门设计的空气压缩机,以保持超过40巴的空气压力。”

该工具与宝马(德国慕尼黑)完成,他们于1990年开始与他们的第一个氢气箱开始。“BMW继续寻求汽车储氢罐的连续生产解决方案,”HörtrichbourseBoursta。

收费#3

BBG GmbH&Co.KG成型工具#3用于HP-RTM储氢罐

工具#3
336毫米x 975毫米,机电系统,用于定位具有集成真空连接(底部)的预制件(右)和液压通风模块。照片信用:BBG GmbH&Co.KG。

这个工具是336毫米x 975毫米,高度自动化。在Tool1和Tool2上手动调整或驱动的工艺步骤现在是全自动的,并使用简单的工艺设置(SPS)作为工具的一部分或我们使用的双面机器人手臂进行控制,”Hörtrich说。这些过程步骤包括:

  • 拿起预制件;
  • 在模具中放置并定位预成型件;
  • 极帽长度调整;
  • 出模件;
  • 拿起成品,把它移出工具。

一个电动马达驱动系统被用来定位预成型在左和右极帽,金属镶块也被放置在形成坦克凸台。Hörtrich解释说:“这些是不锈钢镶件,用于防止碳纤维预制体的电偶腐蚀,并通过工具外部的拉杆固定。”它们在注入过程中被树脂封装,在固化过程中被集成到槽复合材料中。

该项目由德国政府资助作为“阴压矩阵”,以实现CFRP坦克的纤维注射,NotesHörtrich。“对于该工具,我们使用位于杆盖的两个喷射栅极[或入口],使整个模具能够从一端填充到另一端。该循环的原始目标是20分钟:放置预制件,封闭模具,注射,固化和剥离罐。我们达到了25分钟的坦克。“他承认这个循环时间需要,实际上是多个模具,但每辆车只有1个坦克。

为了更好地适应车辆内部空间,小型氢罐正在开发中

在零排放车辆底部安装小型储氢罐,节省空间。照片信用:BBG GmbH&Co.KG。

“发展现在正在转向多个小坦克而不是一个大坦克,”Hörtrich说,但强调这不是循环时间的推动。“原因是汽车中的可用空间,并通过实现多个小罐来最大限度地提高这一点。电动车辆的电池组由许多较小的电池组成。较小的氢气罐的想法是相同的。然而,通过减少罐尺寸,我们也能够增加每个工具的腔腔的数量,从而显着降低每个罐的循环时间。“

未来坦克发展

“我们一开始是用玻璃纤维和聚氨酯封装汽车车窗的复合材料,”Hörtrich说,“但我们想继续前进和多样化。”现在,我们希望为复合材料生产工具的发展做出贡献,并从CFRP罐开始。未来,我们将改进RTM工具,用于长度可调至100毫米的储罐。汽车制造商需要节省空间的安装——一个2米长、直径0.35米的油箱太大了。”下一步,他说,是一个工具直径小于100毫米,长度从1-3英尺,而不是更长。Hörtrich解释说:“这节省了空间,让你可以把油箱放在车底,这样就减少了用于油箱储存的空间。”

但是每辆车制造和使用更多的坦克不是更昂贵吗?“如果我们可以在每个模具中包含10-15个腔,那么我们就可以用一次注射生产10-15个罐,”Hörtrich说,“你购买的是一个单一系统,而不是多个系统。”最终的目标是减少坦克的空间成本。

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