Témata
Reklama

Výroba kompozitového airboxu pro formuli

V minulém roce dosáhl tým CTU CarTech v soutěži Formula student výborných výsledků postupně 7., 6. a ve španělském závodě Formula Student Spain - Montmélo dokonce 2. místem.

Celkově je tým CTU CarTech aktuálně 37. na světě v soutěži Formula student. Tyto úspěchy jsou samozřejmě výsledkem velmi tvrdé práce týmu, nicméně zároveň dalším důkazem, že použití uhlíkových kompozitů v automobilech přináší výsledky. Nízká hmotnost a vysoká tuhost jsou kombinací, která je obzvláště v závodních automobilech velmi výhodná. Automobil týmu CTU CarTech pro rok 2011 – FS.03 –využívá kompozitních materiálů téměř všude, kde to pravidla dovolila. Díky tomu se podařilo dosáhnout hmotnosti 225 kg a tedy neuvěřitelného poměru 0,38 hp/kg. Jedním z dílů, kde použití uhlíkových vláknových kompozitů výrazně snížilo jeho hmotnost, byl airbox neboli sání.

Reklama
Reklama
Reklama

Vysoká tuhost a kvalita povrchu

Tento díl vznikl v rámci diplomové práce studenta Ústavu strojírenské technologie, Fakulty strojní ČVUT v Praze. Specifikum tohoto dílu je v požadavku na vysokou tuhost a především kvalitu povrchu vnitřní plochy. Díky tomu, že je díl detailně navrhován na základě složitých výpočtů a simulací proudění vzduchu, je třeba udržet vnitřní povrch airboxu hladký a celý díl tedy i vyrábět opačně než bývá u kompozitových dílů zvykem.

Obr. 1. Původní model airboxu

S ohledem na maximalizaci využití kompozitů při výrobě jsou z jiného materiálu než z kompozitů pouze nátrubky vedoucí k válcům motoru, uložení pro vstřikovače a nátrubek sloužící k upevnění vstřikovací klapky. Tyto součásti jsou z důvodu dosažitelné přesnosti vysoustruženy z hliníkových slitin. Nejzajímavější na tomto airboxu není fakt, že je vyroben z uhlíkových vláken, ale technologie použitá pro jeho výrobu. Použitá byla technologie výroby s rozpustitelným jádrem kombinovaná s VBM (Vacuum Bag Moulding) a vytvrzením matrice v peci.

Tvar jádra

Konstruktéři týmu CTU CarTech navrhli a vymodelovali vnitřní tvar airboxu, tedy tvar jádra. Výchozí model je na obrázku 1. Jádro muselo být navrženo jako rozpustitelné s co nejkvalitnějším povrchem, protože pro airbox je stěžejní kvalita vnitřního povrchu. S ohledem na tuto skutečnost tedy záleží nejen na vhodném materiálu samotného jádra, který musí byt dobře obrobitelný a rozpustný, ale i na povrchové úpravě, která musí vytvořit hladký a pružný vak, jenž půjde po vytvrzení matrice vyjmout, aniž by zanechal na dílech nějaké znečištění. Na základě předchozích experimentů byla zvolena kombinace extrudovaného polystyrenu XPS obrobeného na CNC frézce FCM 22 a povrchové vrstvy z měkkého silikonu ZA22. Logika rozdělení celého dílu na obrobitelné části je patrná z obrázku 2. Navržená obráběcí strategie byla odsimulována pomocí programu PowerMill a byl vygenerován CNC kód. Výsledná podoba obrobeného a vytmeleného jádra je na obrázku 3. Poté bylo jádro opatřeno vrstvou silikonového nátěru a po nanesení několika vrstev separátoru připraveno k laminaci, viz obrázek 4.

Obr. 2. Rozdělení modelu na obrobitelné součásti

Laminace

Pro výrobu trubkových částí byly použity uhlíkové punčošky o průměru 50 mm (35 g.bm-1), na zbytek uhlíkové plátno s gramáží 200 g.m-2 a uhlíkový roving 24 K 800 TEX. Airbox tvoří celkem šest vrstev, v nejzatěžovanějších místech byly přidány navíc ještě tři mezivrstvy. Technologie VBM byla využita po nakladení první vrstvy k vytvoření většího tlaku na prosycená vlákna a tím pádem lepšímu dotvarování tkaniny, dále po nanesení třetí a páté vrstvy. Po každém vytvrzení následovalo obroušení nerovností a přebytečné pryskyřice z povrchu dílu. Po vytvrzení páté vrstvy bylo třeba rotační bruskou srovnat ústí vývodů pro sací potrubí a trubky vedoucí ke vzduchové klapce, celý díl rozříznout, vypláchnout acetonem a vyndat silikonový vak. Výsledný vnitřní povrch ukazuje obrázek 5. Z důvodu dosažení co nejnižší drsnosti vnitřního povrchu byl díl natřen jednou vrstvou pryskyřice, stejný postup byl poté zopakován i u trubek sacího potrubí.

Obr. 3. Sestavené a vytmelené jádro

Obr. 4. Jádro po nanesení silikonové vrstvy

Sestavení airboxu přímo na formuli

V této fázi bylo třeba sestavit airbox přímo na formuli, aby co nejlépe pasoval na úchyty na karoserii. Nejprve byly do motoru namontovaného v karoserii formule nasazeny jednotlivé trubky sacího potrubí a na karoserii formule byla připevněna vzduchová klapka. Poté následovalo usazení airboxu na trubky, přilepení příruby pro vzduchovou klapku, dorovnání sestavy a postupné přilepení všech trubek k airboxu. Tím byla ustavena základní poloha všech částí a bylo možné na prototypu dále pracovat bez usazení na motoru. Následovalo přilepení spodní části airboxu, zatmelení a přelepení spár vrstvou uhlíkové tkaniny. K dotmelení posloužil kovový tmel, který byl využit již při lepení hliníkových částí prototypu. Přes nejvytíženější spoje byla pro jistotu nanesena jedna vrstva uhlíkové tkaniny, dále bylo ještě zapotřebí vlepit do trubek sacího potrubí sedla pro vstřikovače a nalepit úchyty pro vstřikovací lištu. Tyto úchyty byly vyrobeny též z uhlíkové tkaniny. Před nanesením poslední vrstvy tkaniny bylo třeba celý povrch řádně přebrousit, aby se vyhladily mírné nerovnosti vzniklé při výrobě. Následovalo nanesení poslední vrstvy tkaniny a vytvrzení v peci. Po tomto vytvrzení byl díl ještě esteticky upraven, spoje jednotlivých dílů plátna překryty rovingem a celý díl natřen poslední, pohledovou vrstvou pryskyřice. Výsledný díl je na obrázku 6.

Obr. 5. Vnitřní povrch airboxu

Úspora hmotnosti při zachování vlastností

Technologie výroby na vypláchnutelné jádro s následným rozříznutím airboxu byla zvolena s ohledem na jednoduchost výroby. Kombinace CNC obrobených dílů s tenkou silikonovou vrstvou zajistila přesný tvar a hladký povrch užitných ploch airboxu. Celkově lze vidět pokrok oproti airboxu z minulého vozu především v úspoře hmotnosti při zachování požadovaných vlastností. Tato úspora tvoří téměř 70 %, ovšem srovnání není zcela relevantní, protože byl změněn též tvar dílu. Největší podíl na úspoře hmotnosti má sací potrubí, které bylo v předešlém airboxu nerezové. Airbox pro FS.03 má minimum kovových částí, které jsou vyrobeny ze slitin lehkých kovů.

Obr. 6. Výsledný komplet airboxu s klapkou

Nejlepším důkazem toho, že airbox splnil požadavky, ovšem byly výborné výsledky týmu CarTech.

Ing. Marek Česal
Bc. Jan Malášek
Ústav strojírenské technologie

ČVUT v Praze, Fakulta strojní

marek.cesal@gmail.com

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 120132
Datum: 15. 02. 2012
Rubrika: Trendy / Plasty
Autor:
Firmy
Související články
Kompozity s přírodními vlákennými plnivy kokosu

Polymerní materiály a jejich kompozity patří k nejprogresivněji se rozvíjejícím materiálům. Mezi polymerní materiály s prudkým rozvojem patří aplikace přírodních vláken (NF) do syntetických matric.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 9. a 10. díl: Jak se staví odborníci k e-mobilitě

V minulém díle našeho seriálu jsme dali prostor pověřenci ministra dopravy pro čistou mobilitu Mgr. Janu Bezděkovskému pro vyjádření se k jednotlivým problematickým aspektům, které s sebou přináší deklarovaný úplný přechod na elektromobilitu. V tomto díle jsme s podobnými otázkami oslovili odborné garanty našeho seriálu – prof. Macka a Ing. Morkuse –, již na ně velmi obšírně odpověděli. Zároveň tímto rozhovorem s odborníky, kteří náš seriál dozorovali, připomínkovali jednotlivé díly a motivovali nás k tvorbě dalších, seriál Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu končí. Snad svůj účel – jímž bylo představit některé problematické stránky úplného přechodu na elektromobilitu a předložit je k další diskuzi – splnil.

Česko a Sasko společně pro plasty

Pracovní skupina zabývající se technologiemi plastů a vláknových kompozitů se na Vysoké škole v Žitavě/Zhořelci (Hochschule Zittau/Görlitz) začala postupně ustavovat v zimním semestru roku 2015.

Související články
Formárenský veletrh se blíží

Již třetí ročník formárenského veletrhu Moulding Expo v druhé polovině května bude hostit výrobce forem a nástrojů a dodavatelé potřebných technologií ve Stuttgartu. Pořadatelé sezvali novinářskou obec do slovinské Lublaně, kde prozradili několik detailu o blížícím se veletrhu. Součástí tiskové konference byla také návštěva místních nástrojáren a výzkumného centra pro formárenství.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Rodinné podnikání v přesné strojařině

Brněnská firma VKV Horák se zabývá konstrukcí, vývojem a výrobou přístrojové mechaniky, přípravků, jednoúčelových strojů, forem pro vstřikování plastů, lití polyuretanových dílů a vakuovému tváření plastů. S jejím zakladatelem, panem Zdeňkem Horákem, jsme si povídali o aspektech podnikání v českém prostředí, o vzdělávání, kvalitě škol, průmyslu budoucnosti.

Koroze napříč všemi obory

Mezinárodní konference Eurocorr, která každoročně přiláká k účasti tisícovku zástupců komerční i akademické sféry včetně nejvýznamnějších celosvětově uznávaných korozních inženýrů, řadu sponzorů a vystavovatelů z oblastí povrchových úprav a povlaků kovů, chemických úprav prostředí, elektrochemických protikorozních ochran, korozního monitoringu, inspekce a zkušebnictví a mnoha dalších, se letos v září díky Asociaci korozních inženýrů poprvé v historii konala v Praze.

Made in Asia

Třináctý ročník výstavy China International Machine Tool Show se opět nesl v duchu změn, které v Číně delší dobu probíhají. Čeští škarohlídi se ve zprávách „radují“, že růst Číny v minulém kvartále zpomalil. A hned udávají čísla ze 7,4 na 7 procent. Zajisté katastrofální – sarkasmus. V tomto textu se dostaneme k některým aspektům i konkrétním objektům vystavované výrobní techniky, kterých si letos stálo za to všimnout.

Bakterie a olej od hranolek zachraňují svět

Svět má slušnou šanci být zbaven jednoho ze svých nejtíživějších problémů. Týmu z Vysokého učení technického v Brně se totiž podařilo přijít s technologickou inovací, která dokáže zastavit pokrývání zeměkoule odpadem.

Igráček slaví 40. narozeniny

Generace Husákových dětí si jistě dobře vzpomíná na malou plastovou figurku představující různá povolání. Igráček letos oslaví 40. narozeniny, a tak určitě stojí za to, podívat se důkladněji na jeho osud i na jeho výrobu.

Příprava pracovníků pro výrobu technologií vstřikování plastů

Následující příspěvek představuje jeden ze způsobů přípravy pracovníků ve firmách, jejichž hlavní pracovní náplní je technologie vstřikování plastů

Plazmová povrchová úprava nanovlákených polymerních struktur

Technologie plazmových povrchových úprav spočívá v navázání funkčních skupin na povrch řetězce polymeru v plazmovém výboji. Jedná se převážně o hydroxylové skupiny. Nepolární charakter povrchu materiálu se tímto mění na polární, tedy hydrofobní povrch se stává hydrofilním či naopak. Tato technologie nachází stále širší uplatnění v různých průmyslových, ale i medicínských aplikacích.

Výroba stavebnic leteckých modelů

Pamětníci si možná vzpomenou na reportáž o výrobě plastikových leteckých modelů, která vyšla v MM Průmyslovém spektru 1, 2/2004. Když jsem loni na setkání uživatelů softwaru NX potkal pana Vladimíra Šulce, jednoho ze zakladatelů společnosti Eduard – Model Accessories, pozval mě, ať se k nim do Obrnic přijedu znovu podívat, protože za tu dobu se mnohé změnilo.

Lehký materiál s vysokou schopností absorpce energie

ARPRO je materiál vhodný pro řízení energie nárazu, který se vyznačuje unikátní kombinací vlastností, jako jsou schopnost absorpce energie, strukturální pevnost při velmi nízké hmotnosti, chemická odolnost, dobré tepelně- a zvukověizolační vlastnosti a recyklovatelnost.

Úloha 3D tisku při vývoji kompaktních stavebních strojů

O rapid prototypingu, respektive 3D tisku se v poslední době hodně mluví. Jaké je ale jeho skutečné praktické uplatnění? Na to jsem se zajel podívat do vývojového centra společnosti Doosan Bobcat Engineering v Dobříši.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit