smart公司的新概念車夢幻“smart forvision”,這是世界上首個采用熱塑性塑料車輪的汽車。但是,該車型不只是概念車,已為進行大規模生產對該車型進行了性能測試。
Smart全塑車輪比標準鋁車輪輕30%。塑料車輪僅重6kg,由BASF公司的新型特種聚酰胺Ultramid Structure制造。采用該車輪將車輛的重量大幅減輕了2kg。整套車輪由兩部分組成:實際支撐組件以及輪罩(輪罩也由BASF Ultramid制造)。兩組件都具有支撐功能,在行駛條件下可以承載高負荷。輪罩可以漆成車輛所采用的各種顏色。
BASF公司負責車輪開發的Heiko Hess解釋說:“熱固性塑料車輪已用于賽車,也已進行了小批量生產。但是,與可以注塑成型的熱塑性塑料車輪相比,它們制造工藝復雜,成本高,因而不適合大批量生產。”
高負載場合的特種塑料
Ultramid Structure是巴斯夫第一款長纖維增強 (LF) 聚酰胺產品,該材料首次在K2010塑料展上推出。這種材料在研發之初即以替代金屬為目標,實現了性能上的顯著提升。當高度優化的短纖維增強產品遇到瓶頸時,長纖維聚酰胺提供了新的機遇。
采用長纖維增強塑料制成的零部件可通過常規注塑成型工藝形成三維玻璃纖維結構,使制成品在高溫和低溫下都具有卓越的物理性能。得益于這種結構,長纖維增強塑料的翹曲、蠕變和能量吸收行為已經接近金屬,同時保持塑料的傳統優點。
計算機輔助設計
與近年來眾多Ultramid部件一樣,設計這種高強度Ultramid車輪時采用了BASF公司的通用仿真工具ULTRASIM。針對這種新型聚酰胺,巴斯夫對ULTRASIM也進行了相應改進,使其能夠模擬長玻璃纖維增強零部件的行為。最終實驗結果與模擬結果相符。據巴斯夫公司介紹,達到這樣完善程度的零部件設計輔助服務目前在長纖維聚酰胺領域仍屬空白。
利用ULTRASIM軟件,利用拓撲優化方法直接在計算機上預測并優化塑料車輪上加強筋的形狀和位置,不需要對設計進行折衷處理。在設計早期階段就確定了車輪的形式,只需對實際生產件進行較小的改動。因此,與Daimler公司車輪專家密切合作,在很短的時間內就開發了這種與安全高度相關的部件,而以前只能使用金屬制造。在smart和BASF公司,車輪進行了大量負載試驗。
測試結果評估
塑料車輪通過多種鋼鐵/鋁合金車輪標準測試,諸如:疲勞測試、車輪雙軸測試、沖擊測試和徑向跳動測試等,以確定其量產潛力。在測試中,車輪經受了彎道高速行駛、緊急制動、凹坑行駛、路沿顛簸等惡劣條件的考驗。