金屬置換

用於替代金屬的工程塑料和樹脂CAE服務

什麼是金屬置換?

金屬替換只是用塑膠製成的類似部件替換金屬部件(可能由鐵、鋁 (Al)、不銹鋼 (SUS)、黃銅或任何其他金屬製成)的行為。

傳統上,金屬一直是需要高耐用性、高耐熱性或其他類似特性的零件的首選材料。然而,高性能工程塑料的發展使得在不犧牲性能的情況下用塑膠零件取代一些金屬零件成為可能。這可以提供許多優點,包括零件重量更輕、零件數量減少、由於樹脂材料的天然吸引力而無需噴漆和塗層/電鍍工藝,以及降低成本。

例如,以樹脂零件取代金屬鐵零件的重量輕5至6倍,簡單地從比重比較就可以看出(樹脂的比重約為1.3-1.4,而鐵的比重為7.8)。同樣,用樹脂零件取代鋁零件可將重量減輕約兩倍(鋁的比重=2.7)。

另外一點是,儘管金屬用於生產的產品種類繁多,但在用於生產形狀複雜的產品時常常會出現問題,因為這可能需要漫長而繁瑣的後處理步驟,其中金屬板是沖壓、彎曲或 扭曲,以及組合多個部件。相較之下,樹脂可以輕鬆地模製成高度靈活的形狀,具有基本上任意的複雜性,僅受模具設計的限制。因此,金屬替代可以允許單個樹脂組件替代多個金屬組件,從而簡化後處理步驟並降低成本。

在旭化成,我們正在利用我們的高性能工程塑膠系列來探索廣泛領域中金屬零件的金屬替代方案。

金屬替代案例(一):家居五金配件(如月牙鎖、門鉸鏈) 利昂娜 90G系列・SG系列

月牙鎖和門鉸鍊等五金配件必須具有高強度,因此通常由金屬製成。然而,金屬部件所需的電鍍工藝會產生被金屬離子污染的廢液,從而對環境造成重大影響。

以旭化成的LEONA™ 90GLEONA™ SG 系列金屬取代這些組件(視覺上有吸引力的材料,非常適合時尚設計的應用),產生功能齊全的月牙形鎖和鉸鏈,觸感溫暖,製造時無需塗層/電鍍或上漆。

新月

此外,使用 AGI 成型樹脂月牙鎖有助於減輕與凹陷和翹曲相關的問題。

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合頁

樹脂化案例研究(2):螺帽和螺絲 利昂娜 90G55

用於固定硬件組件位置的螺母通常由金屬製成。然而,在包含大量螺母的汽車和其他系統中,單個螺母的重量加起來佔整個系統重量的很大一部分。

用旭化成的LEONA™ 90G55金屬取代這些零件,每個零件的重量減輕了 6 克,或每輛汽車大約減輕了 1 公斤,有助於提高燃油效率。此外,樹脂螺母表面更光滑,提高了操作效率並減少了維修需求。

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樹脂化案例(3):製造設備的零件(電磁閥) 利昂娜 S系列

用於容納氣壓調節器(電磁閥)的底盤外殼——輔助自動化並嵌入在製造現場安裝的儀器和設備中的部件——必須具有高強度,因此通常由金屬製成。

然而,用於控制這些組件中空氣的微小流體流動路徑的迷宮網絡迫使它們具有復雜的形狀,需要冗長的多步驟製造過程,從而導致大量材料損失。

氣動控制設備(電磁閥)

使用旭化成的LEONA™ S 系列高強度樹脂對這些零件進行金屬替代,簡化了後處理並有助於簡化製造。

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金屬替代案例研究(4):電動車電池案例 レンセン™ロゴ (c-GFRTP)

電動汽車中的電池盒通常由鋼或鋁等金屬製成。減輕部件重量以延長車輛行駛距離的目標表明可以改用樹脂材料,但典型的樹脂無法提供所需的耐熱性;此外,降低成本是一個長期存在的問題。

透過使用旭化成的使用連續玻璃纖維增強熱塑性塑膠 (c-GFRTP) 替代金屬,我們能夠為減輕重量做出貢獻,從而增加汽車行駛的距離。

レンセン™のバッテリーケースへの活用
  • 前往此處了解LENCEN™ (c-GFRTP) 的詳細信息

設計、製造技術支持

樹脂CAE技術

CAE 是一種設計技術,其中使用計算機模擬在虛擬環境中構建和測試原型產品,從而能夠以短交貨期和低成本開發高性能產品。

旭化成使用樹脂 CAE 技術,提出交貨週期短、成本低的高性能塑料產品設計。

CAE

樹脂 CAE 案例研究:制動踏板支架的Topology优化分析

旭化成的拓樸優化是一種利用電腦模擬來優化塑膠零件結構的技術。這個過程為產品設計注入了新的見解,而這些見解從原始金屬部件的形狀中可能並不明顯。

在這裡,我們介紹了一個案例研究,其中旭化成工程師使用拓撲優化來設計金屬煞車踏板支架的輕型替代品。

第一步是對煞車踏板支架的設計空間進行建模,以避免與其他系統組件幹擾。從這個設計空間出發,建造了幾個候選設計。
然後對它們進行分析,檢查它們是否滿足性能要求,並考慮到包括重量和易於製造等一系列因素,確定最佳形狀。

透過這個過程,工程師得出結論,該組件可以重新設計,具有新的形狀和更輕的重量,並建議使用旭化成的LEONA™ 14G33(33% 玻璃增強聚醯胺66)進行金屬替代,實現了83 % 的重量減輕。

超輕型製動踏板支架的挑戰
超輕型製動踏板支架的挑戰

正如这些案例研究所表明的,旭化成正在广泛的领域中探索金属替代的机会。在设计金属替代策略时,重要的是要考虑到金属和塑料的物理特性的差异,并考虑组件的使用环境。如果您有金属部件的重量或成本超过您的期望,请不要犹豫,与我们联系,讨论金属替代解决方案。

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