Nhựa hóa/Thay thế kim loại

Dịch vụ CAE nhựa & nhựa kỹ thuật để thay thế kim loại

Thay thế kim loại là gì?

Thay thế kim loại chỉ đơn giản là hành động thay thế một thành phần kim loại—có thể được làm bằng sắt, nhôm (Al), thép không gỉ (SUS), đồng thau hoặc bất kỳ kim loại nào khác—bằng thành phần tương tự làm bằng nhựa.

Kim loại theo truyền thống là vật liệu được lựa chọn cho các bộ phận đòi hỏi độ bền cao, khả năng chịu nhiệt cao hoặc các đặc tính tương tự khác. Tuy nhiên, sự phát triển của nhựa kỹ thuật hiệu suất cao đã giúp thay thế một số thành phần kim loại bằng các thành phần nhựa mà không làm giảm hiệu suất. Điều này có thể mang lại nhiều lợi ích, bao gồm các thành phần có trọng lượng nhẹ hơn, giảm số lượng thành phần, loại bỏ các quá trình sơn và phủ/mạ do sức hấp dẫn tự nhiên của vật liệu nhựa và giảm chi phí.

Ví dụ, các thành phần sắt thay thế bằng kim loại có thành phần nhựa có trọng lượng nhẹ hơn từ 5 đến 6 lần, có thể thấy đơn giản khi so sánh các trọng lượng cụ thể (trọng lượng riêng của nhựa là khoảng 1,3-1,4, so với 7,8 của sắt). Tương tự, việc thay thế các thành phần nhôm bằng các thành phần nhựa giúp giảm trọng lượng gần gấp đôi (trọng lượng riêng của nhôm = 2,7).

Một điểm nữa là kim loại, mặc dù chúng được sử dụng cho rất nhiều loại sản phẩm khác nhau, nhưng thường gây ra vấn đề khi sử dụng để sản xuất các sản phẩm có hình dạng phức tạp, vì điều này có thể đòi hỏi các bước xử lý hậu kỳ kéo dài và rườm rà trong đó các tấm kim loại được xử lý. đục lỗ, uốn cong hoặc xoắn và nhiều thành phần được kết hợp. Ngược lại, nhựa có thể dễ dàng được đúc thành các hình dạng có tính linh hoạt cao với độ phức tạp tùy ý, chỉ bị giới hạn bởi những hạn chế của thiết kế khuôn. Do đó, việc thay thế kim loại có thể cho phép một thành phần nhựa duy nhất thay thế nhiều thành phần kim loại, đơn giản hóa các bước xử lý sau và giảm chi phí.

Tại Asahi Kasei, chúng tôi đang sử dụng dòng sản phẩm nhựa kỹ thuật hiệu suất cao để khám phá khả năng thay thế kim loại cho các thành phần kim loại trong nhiều lĩnh vực.

Nghiên cứu điển hình về thay thế kim loại (1): Phụ kiện phần cứng gia đình (ví dụ: ổ khóa hình lưỡi liềm và bản lề cho cửa) Leona Dòng 90G・Sê-ri SG

Các phụ kiện phần cứng như khóa lưỡi liềm và bản lề cho cửa ra vào phải cần độ bền cao và do đó thường được làm từ kim loại. Tuy nhiên, các quy trình mạ cần thiết cho các thành phần kim loại tạo ra chất lỏng thải bị nhiễm ion kim loại, dẫn đến tác động đáng kể đến môi trường.

Thay thế kim loại các bộ phận này bằng dòng LEONA™ 90G hoặc LEONA™ SG của Asahi Kasei—vật liệu có vẻ ngoài hấp dẫn, rất phù hợp cho các ứng dụng cho đến thiết kế thời trang—mang lại ổ khóa và bản lề hình lưỡi liềm đầy đủ chức năng, ấm khi chạm vào và được sản xuất mà không cần lớp phủ/mạ hoặc bức vẽ.

hình bán nguyệt

Ngoài ra, việc sử dụng khuôn AGI cho khóa lưỡi liềm bằng nhựa giúp giảm thiểu các vấn đề liên quan đến lún và cong vênh.

Bấm vào đây để xem bảng tính chất vật lý của LEONA™ 90G50

Bấm vào đây để xem bảng tính chất vật lý của LEONA™ 91G55

khớp nối

Nghiên cứu trường hợp nhựa hóa (2): Đai ốc và ốc vít Leona 90G55

Đai ốc dùng để cố định vị trí của các bộ phận phần cứng thường được làm bằng kim loại. Tuy nhiên, trong ô tô và các hệ thống khác có chứa số lượng lớn đai ốc, trọng lượng của từng đai ốc cộng lại sẽ tạo thành một phần đáng kể trong tổng trọng lượng của hệ thống.

Việc thay thế kim loại các bộ phận này bằng LEONA™ 90G55 của Asahi Kasei giúp giảm trọng lượng 6 g mỗi bộ phận—hoặc khoảng 1 kg mỗi ô tô—do đó giúp cải thiện hiệu quả sử dụng nhiên liệu. Ngoài ra, bề mặt mịn hơn của đai ốc được nhựa hóa đã cải thiện hiệu quả vận hành và giảm nhu cầu sửa chữa.

Bấm vào đây để xem bảng tính chất vật lý của LEONA™ 90G55

Nghiên cứu trường hợp nhựa hóa (3): Linh kiện thiết bị sản xuất (van điện từ) Leona Dòng S

Vỏ khung được sử dụng để chứa bộ điều chỉnh áp suất không khí (van điện từ)—các bộ phận hỗ trợ tự động hóa và được gắn vào các dụng cụ và thiết bị được lắp đặt tại các địa điểm sản xuất—phải có độ bền cao và do đó thường được làm từ kim loại.

Tuy nhiên, mạng lưới mê cung của các đường dẫn chất lỏng nhỏ xíu được sử dụng để kiểm soát không khí trong các bộ phận này buộc chúng phải có hình dạng phức tạp, đòi hỏi quy trình sản xuất nhiều bước kéo dài dẫn đến tổn thất vật liệu đáng kể.

Thiết bị điều khiển khí nén (van điện từ)

Thay thế kim loại cho các bộ phận này bằng LEONA™ Sdòng nhựa có độ bền cao của Asahi Kasei đã hợp lý hóa quá trình xử lý hậu kỳ và giúp đơn giản hóa quá trình sản xuất.

Bấm vào đây để xem bảng đặc tính vật lý của LEONA™ SH10E

Nghiên cứu điển hình về thay thế kim loại (4): Vỏ pin EV レンセン™ロゴ (c-GFRTP)

Vỏ pin trong xe điện thường được làm từ kim loại như thép hoặc nhôm. Mục tiêu giảm trọng lượng bộ phận để kéo dài quãng đường di chuyển của xe gợi ý khả năng chuyển sang sử dụng vật liệu nhựa, nhưng các loại nhựa thông thường không thể cung cấp khả năng chịu nhiệt cần thiết; Ngoài ra, giảm chi phí là một vấn đề lâu năm.

Bằng cách sử dụng Asahi Kasei 's nhựa nhiệt dẻo gia cố sợi thủy tinh liên tục (c-GFRTP) để thay thế kim loại, chúng ta có thể góp phần giảm trọng lượng, dẫn đến tăng quãng đường di chuyển của ô tô.

レンセン™のバッテリーケースへの活用
  • Vào đây để biết chi tiết về LENCEN™ (c-GFRTP)

Hỗ trợ kỹ thuật cho thiết kế và sản xuất

Kỹ thuật CAE nhựa

CAE là một kỹ thuật thiết kế trong đó mô phỏng máy tính được sử dụng để xây dựng và thử nghiệm các sản phẩm nguyên mẫu trong môi trường ảo, cho phép phát triển các sản phẩm hiệu suất cao với thời gian thực hiện ngắn và chi phí thấp.

Asahi Kasei sử dụng kỹ thuật CAE nhựa để đề xuất thiết kế sản phẩm nhựa hiệu suất cao với thời gian thực hiện ngắn và chi phí thấp. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm chi tiết nếu bạn có bất kỳ vấn đề nào về giảm trọng lượng hoặc giảm chi phí của các bộ phận kim loại.

CAE

Nghiên cứu điển hình CAE nhựa: Topology optimization cho giá đỡ bàn đạp phanh

Tối ưu hóa cấu trúc liên kết của Asahi Kasei là một kỹ thuật sử dụng mô phỏng máy tính để tối ưu hóa cấu trúc của một bộ phận làm bằng nhựa. Quá trình này mang đến cho thiết kế sản phẩm những hiểu biết mới mà hình dạng của thành phần kim loại ban đầu có thể không thể hiện rõ.

Ở đây chúng tôi trình bày một nghiên cứu điển hình trong đó các kỹ sư của Asahi Kasei đã sử dụng tối ưu hóa cấu trúc liên kết để thiết kế một bộ phận thay thế nhẹ cho giá đỡ bàn đạp phanh bằng kim loại.

Bước đầu tiên là mô hình hóa không gian thiết kế của giá đỡ bàn đạp phanh để tránh gây nhiễu với các bộ phận khác của hệ thống. Từ không gian thiết kế này, một số thiết kế đề xuất đã được xây dựng.
Sau đó, chúng được phân tích để kiểm tra xem chúng có đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất hay không và hình dạng tối ưu—có tính đến nhiều yếu tố bao gồm trọng lượng và tính dễ sản xuất—đã được xác định.

Thông qua quá trình này, các kỹ sư kết luận rằng thành phần này có thể được thiết kế lại với hình dạng mới và trọng lượng nhẹ hơn, đồng thời đề xuất thay thế kim loại bằng cách sử dụng LEONA™ 14G33 của Asahi Kasei (33% được gia cố bằng thủy tinh polyamit 66), giảm được 83% trọng lượng.

Thách thức đối với giá đỡ bàn đạp phanh có trọng lượng siêu nhẹ
Thách thức đối với giá đỡ bàn đạp phanh có trọng lượng siêu nhẹ

Như các nghiên cứu điển hình này minh họa, Asahi Kasei đang khám phá các cơ hội thay thế kim loại trong nhiều lĩnh vực. Khi thiết kế các chiến lược thay thế kim loại, điều quan trọng là phải tính đến sự khác biệt về tính chất vật lý của kim loại và nhựa cũng như xem xét môi trường mà các thành phần sẽ được sử dụng. Nếu bạn có các thành phần kim loại có trọng lượng hoặc chi phí cao hơn mong muốn, vui lòng liên hệ với chúng tôi để thảo luận về các giải pháp thay thế kim loại.

Các chủ đề khác

Thông tin liên quan

LEONA™ polyamide resin

LEONA™ có khả năng chịu nhiệt, độ bền và độ dẻo dai, cách nhiệt và chống dầu tuyệt vời. Nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận ô tô, điện và điện tử.

Nhựa polyacetal TENAC™

TENAC™ có khả năng tự bôi trơn tuyệt vời, chống mỏi và kháng dầu. Nó được sử dụng trong bánh răng, vòng bi, nội thất ô tô và các bộ phận nhiên liệu.

XYRON™ m-PPE resin

XYRON™ có khả năng chống cháy, tính chất điện, độ ổn định kích thước và khả năng chống nước tuyệt vời. Nó được sử dụng trong quang điện (PV), pin và các thành phần truyền thông 5G.

LENCEN™(c-GFRTP)

LENCEN™ là hỗn hợp nhựa nhiệt dẻo gia cố sợi thủy tinh liên tục (c-GFRTP) có độ bền kéo và khả năng hấp thụ va đập tương đương hoặc tốt hơn kim loại.

SunForce™

SunForce™ là một loại bọt nhẹ có đặc tính chống cháy, chịu nhiệt và cách nhiệt tuyệt vời và có thể áp dụng cho các bộ phận ngoại vi của pin EV.

Nhựa nhiệt dẻo gia cố CNF

Vật liệu tổng hợp sợi nano xenlulo (CNF) là vật liệu được tạo ra bằng cách tổng hợp CNF, một vật liệu sinh khối, với polyamit (PA) và polyacetal (POM).

băng UD

Băng UD là băng composite được gia cố bằng sợi carbon một chiều với độ bền và độ cứng vượt trội giúp mở rộng khả năng thay thế kim loại.