كيف تنسج BMW وتخبز وتبني سلسلة ألياف الكربون 7

قامت BMW بتجهيز قمرة القيادة في الجيل الجديد من الفئة السابعة بألياف الكربون في خطوة لتحسين السلامة وإبعاد سيارتها السيدان الرياضية الكبيرة عن مرسيدس-بنز وأودي كأفضل سيارة في العالم وأكثرها أمانًا. إنه انتصار للتكنولوجيا واللوجستيات أيضًا ، في عملية تصنيع ألياف الكربون التي تمتد عبر العالم من اليابان إلى ولاية واشنطن إلى أربعة مواقع في ألمانيا. تستخدم BMW هذا المصطلحنواة الكربونلوصف خلية الأمان المحيطة بمقصورة الركاب والتي تستخدم البلاستيك المقوى بألياف الكربون (CFRP) جنبًا إلى جنب مع الألومنيوم والفولاذ عالي القوة.

بدلاً من بناء حوض من ألياف الكربون بالكامل (خلية ركاب) والذي سيكون مكلفًا حتى في سيارة بسعر يبدأ من 80 ألف دولار عند الشحن هذا الخريف ، تعزز BMW بشكل حر خلية الركاب المعدنية / الألومنيوم القوية بالفعل مع CFRP في الحرجة أماكن. تشمل التعزيزات 15 CFRP رأسًا فوق الزجاج الأمامي وعتبات الأبواب ونفق ناقل الحركة وأنابيب وأقواس تقوية السقف من الأمام إلى الخلف ومن اليسار إلى اليمين ، والعمود B بين الأبواب الأمامية والخلفية ، والعمود C ، و رف الطرود الخلفي. تعتقد BMW أن ألياف الكربون هي واحدة من العديد من المزايا التكنولوجية التي تحملها السلسلة السابعة.



P90081904



الكيماويات اليابانية ، الهيدروكربونات الأمريكية تبدأ العملية

P90082374تستخدم BMW شركاء متعددين لإنشاء المواد الكيميائية وألياف الكربون والحصائر المنسوجة التي تصبح مكونات سيارة فائقة القوة في الفئة السابعة بالإضافة إلىسيارة BMW i3سيارة المدينة و سيارة BMW i8سيارة رياضية هجينة تعمل بالكهرباء. هذه العملية كيميائية وميكانيكية. في أوتاكي ، اليابان ، مشروع مشترك بين شركة Mitsubishi Rayon Co. Ltd. التابعة لشركة Otake وشركة SGL Group المنتجة لألياف الكربون في فيسبادن ، ألمانيا (تسمى MRC SGL Precursor Co. Ltd. أو MSP) ، تنتج ألياف البولي أكريلونيتريل (PAN) ، وهي مادة بلاستيكية هذا يسمى أيضا السلائف. إنها سلسلة طويلة من الجزيئات العضوية مرتبطة ببعضها البعض بواسطة ذرات الكربون وتتشكل على مكبات. نفس مركب البولي أكريلونيتريل يصنع الملابس أيضًا ؛ أي شيء يسمى الاكريليك (أو Orlon ، اسم دوبونت) هو بولي أكريلونيتريل.

تعبر ألياف PAN المحيط الهادئ على متن طائرات الشحن لتصبح ألياف الكربون الفعلية. يتم تسليمها إلى أفران ألياف الكربون SGL للسيارات في بحيرة موسى ، واشنطن ، على بعد 200 ميل شرق سياتل ، وهي منطقة ذات طاقة كهرومائية وفيرة ورخيصة. (هذا مشروع مشترك آخر ، بين مجموعة BMW ومجموعة SGL.) في أول خطوتين ، يسمىالاستقرار / الأكسدةيتم سحب ألياف PAN من خلال أفران يتم تسخينها إلى 200-300 درجة مئوية (390-590 درجة فهرنهايت) لمدة ساعة تقريبًا وتمتص الأكسجين من الهواء. لم تعد الألياف قابلة للذوبان أو الاشتعال بسهولة.



الخطوة الثانية ، الكربنة، هي عملية حرارة عالية ، عند 1000-3000 درجة مئوية (حوالي 1،830-5500 درجة فهرنهايت). الأفران محكمة الغلق خالية من الأكسجين. تفقد الألياف الجزء الأكبر من ذراتها غير الكربونية وتوجه ذرات الكربون نفسها بالتوازي مع المحور الطويل للألياف في بلورات كربون مرتبطة بإحكام. تتكون هذه الخيوط من 95٪ كربون ، وكما قد يتخيل المرء ، فهي سوداء. كما أنها تتطلب معالجة خاصة للسطح لضمان ارتباطها جيدًا بالراتنجات والإيبوكسيات. مطلوب أيضًا معالجة خاصة لإبعاد الهواء الملوث الذي يغادر الفرن.

منشأة بحيرة موسى قادرة على إنتاج حوالي 9000 طن من ألياف الكربون سنويًا من ستة خطوط إنتاج. إنه أكبر مصنع لألياف الكربون في العالم. تستخدم بوينغ ألياف الكربون أكثر بكثير لكل طائرة 787 تصنعها (جسم الطائرة ، الأجنحة) ، لكنها تبني 10 طائرات شهريًا مقابل 5000 سيارة من الفئة السابعة.

من شمال غرب المحيط الهادئ ، تحصل مادة ألياف الكربون على رحلة شحن نفاثة أخرى إلى Wackersdorf في جنوب ألمانيا ، على بعد 100 ميل شمال ميونيخ ومقر BMW. إنه مشروع مشترك آخر بين SGL و BMW. ينتج مصنع Wackersdorf طبقات ألياف الكربون النسيجية. يتم شحن أقمشة ألياف الكربون إلى مصانع BMW في لاندشوت ولايبزيغ ودينجولفينج بألمانيا ، حيث يتم قطعها وطبقاتها ومحاذاة وتشكيلها ثم تشكيلها في أجزاء مصنوعة من البلاستيك المقوى بألياف الكربون شديدة القوة.



عتبة باب BMW 7 Series في CF اضغط P90186315_highRes

بناء الأجزاء: البطء والثبات يفوز بالسباق

2016 بي ام دبليو الفئة السابعةفي الإحاطات الفنية يونيو ل نقدم سلسلة 7 الجديدة، افتتحت BMW مصنعها في Dingolfing ، على بعد ساعة شمال شرق ميونيخ ، لإظهار الخطوة الأخيرة من عملية إنتاج ألواح ألياف الكربون: تشكيل أجزاء السيارة. تم قطع ألياف القماش حسب أبعاد المنتج النهائي ، ثم توضع في مكبس ، وتُحقن بالراتنجات ، وتُخبز لعدة دقائق تحت الضغط. تُظهر الصورة أعلاه عتبة الباب المصنوعة من ألياف الكربون ، والتي تهدف إلى منع جانب السيارة من الانحناء للداخل في اصطدام جانبي.

العنصر الأكثر إثارة للاهتمام هو العمود B (الصورة أعلى اليمين) ، العمود الجانبي بين الأبواب الأمامية والخلفية. هذه في الواقع عبارة عن شطيرة داخلية وخارجية من المعدن وألياف الكربون والمزيد من المعادن. يتطلب اهتمامًا خاصًا لعملية الخبز لأن درجات الحرارة اللازمة لعلاج مكون CFRP تقترب من درجات الحرارة التي تضعف الختم المعدني المعالج حرارياً. أثناء التجميع النهائي ، يتم لصق بعض الأجزاء بهيكل الهيكل المعدني ، ويتم تثبيت أجزاء أخرى بمسامير. يتم تركيب أنبوب ألياف الكربون الذي يمتد على طول العمود A وخط السقف والعمود C (المكون المظلم في الصورة أدناه) داخل قناة فولاذية.

بالقرب من مكابس المعالجة في Dingolfing ، يتم إرفاق عينات من الأجزاء (في أحد طرفيها) بجدار المصنع ويتم دعوة الزوار لمحاولة ثني أجزاء CFRP والأختام المعدنية التي نجحوا فيها. يمكن ثني الأختام المعدنية التي كانت قوية بما يكفي لتحمل كل حادث تصادم في العالم بشكل كبير وثنيها قليلاً. يمكن أن تنحرف أجزاء CFRP أو تلتوي بالكاد. هم فقط لا يتحركون. ليس واضحًا تمامًا ما إذا كانت صعوبة انحراف الإنسان لجزء من البلاستيك المقوى بألياف الكربون ترتبط بقوة تحطمها ، ولكن يبدو الفرق بين ألياف الكربون والصلب كبيرًا.

BMW 7 Series LF frame P90176663_highRes

الوقت والمال والتحكم في العمليات

تفاصيل ألياف الكربون - 2016 BMW الفئة السابعةبالنسبة للمراقب ، تختلف عملية Dingolfing حول التصنيع النهائي للوحة CFRP بشكل ملحوظ عن رؤية الألواح المعدنية يتم ختمها على مكبس ميكانيكي ، حيث يتم تشغيل العديد منها كل دقيقة. مع البلاستيك المقوى بألياف الكربون ، تستغرق كل قطعة عدة دقائق ، بدءًا من رقصة الباليه الرقيقة مع الروبوتات التي تزيل قطعة معدة من ألياف الكربون من صينية ، وتضعها في المكبس ، وعملية الضغط والمعالجة ، ثم إخراج القطعة. هناك ضوضاء قليلة ، بينما مكابس الختم الميكانيكية تصم الآذان. تشغل المطابع مساحة كبيرة ، وإن لم تكن مثل الأفران المستخدمة في بحيرة موسى.

بين الحين والآخر في Dingolfing ، كان على العامل إيقاف الضغط مؤقتًا لتغيير موضع قطعة يدويًا ، أو إزالتها عندما لا يتم إخراجها تلقائيًا. إنها ليست عملية مؤتمتة بالكامل بعد. يجب أن تثق BMW في عملية CFRP والقدرة على مواكبة ذلك ، لأنها ستحتاج إلى ما يقرب من مليون قطعة من ألياف الكربون لبناء الفئة السابعة من الآن وحتى نهاية عام 2016. أضف في السلسلة 5 ثم السلسلة 3 ، و نظائرها من سيارات الدفع الرباعي ، وستحتاج BMW إلى 10-20 مليون عنصر CFRP سنويًا.

في الوقت الذي تقدم فيه كل شركة تصنيع سيارات تقريبًا نظام تثبيت السرعة التكيفي ، واكتشاف النقاط العمياء ، والتحذير من مغادرة المسار - مقاطعة أغلى السيارات قبل عقد من الزمان - تمتلك BMW تقنية لا تمتلكها المنافسة حتى الآن ، ناهيك عن تقديمها من قبل سيارات 'شبه جيدة مثل سيارات BMW' التي تتعدى على السوق المتميزة وبأسعار أرخص بكثير.

2016 بي ام دبليو 7 سلسلة LR 10_P90185599

مستقبل ألياف الكربون في السيارات

P90063256تكلف ألياف الكربون حوالي ثمانية أضعاف تكلفة الفولاذ للجزء نفسه ، لكن هذا يمثل انخفاضًا كبيرًا في نسبة التكلفة في العقد الماضي ، أكثر من 30 دولارًا للرطل مقابل دولار واحد ثابتًا إلى حد ما للصلب. تسعى الصناعة إلى خفض CFRP إلى 5 دولارات للرطل. في السابق ، كان CFRP مقصورًا فقط على أغطية أو ألواح السقف في سيارات الإنتاج الرياضية المتطورة ، أو لقطع العرض مثل المرايا الجانبية ، أو تقليم الألواح على وحدة التحكم.

هناك بحث عن طرق أرخص لزيادة خفض تكاليف CFRP بما يتجاوز كفاءات التصنيع السنوية. وقت الدورة للعديد من الأجزاء (في المرحلة النهائية) هو الآن دقيقة أو دقيقتين ؛ لقد كان ما يصل إلى نصف ساعة. إذا تمكنت إحدى المطابع من إخراج جزء CFRP كل ثلاث دقائق (بما في ذلك التركيب والضغط / المعالجة والإزالة) ، فيمكنها إنتاج 40000 جزء في السنة لكل وردية ؛ 175000 في السنة إذا كانت الصحافة تعمل بدون توقف.

يتم البحث عن مخزون البولي إيثيلين (PE) كمادة خام وقد يكون من المحتمل أن يكون أرخص بنسبة 30٪ من البولي أكريلونيتريل (PAN) جزئيًا لأن البولي إيثيلين يستخدم طاقة أقل في مراحل الإنتاج الأولية (الفرن). سيسمح ذلك بمكونات CFRP في السيارات العادية.

مقصورة الركاب- BWM-i3كل صانع سيارات أمريكي يقوم بأبحاث في ألياف الكربون ويشكل شراكات. إنهم يبحثون أيضًا في مركبات تشبه ألياف الكربون ، بالإضافة إلى الألومنيوم. صندوق بطارية شيفروليه سبارك الكهربائية عبارة عن مكون إستر من الفينيل المقوى بالألياف الزجاجية تم تطويره عندما واجهت تشيفي صعوبات في تشكيل الجزء المعقد من المغنيسيوم مع اقتراب المواعيد النهائية للإنتاج.

مع BMW ، توسع استخدام ألياف الكربون من الألواح المسطحة مثل غطاء المحرك أو السقف في BMW M3 ، إلى خلايا الركاب في BMW i3 EV / PHEV (الصورة على اليمين) و BMW i8 إلى مكونات الكربون الأساسية من الفئة السابعة. تقول التقارير إن BMW تخطط لدفع مكونات ألياف الكربون إلى الفئة الخامسة متوسطة الحجم ثم BMW 3 Series. إذا استخدمت BMW العديد من أجزاء ألياف الكربون في السلسلة الثالثة مثل الفئة السابعة ، فستحتاج إلى زيادة إنتاج البلاستيك المقوى بألياف الكربون عشرة أضعاف ، نظرًا لأن مبيعات الفئة الثالثة تزيد عن نصف مليون سيارة سنويًا. إذا تمكنت BMW من إدخال ألياف الكربون في مجموعة واسعة من الطرز وأظهرت ميزة السلامة ، فقد تكون أيضًا ميزة مبيعات للفترة التي يكون فيها عرضًا فريدًا لعلامة تجارية واحدة.








Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com