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塑料凸輪軸模塊減少二氧化碳排放
導讀：弗勞恩霍夫化學技術研究所的一個研究小組與他們的合作伙伴合作，成功地利用注射成型工藝，用纖維增強熱固性聚合物制造了一個凸輪軸模塊。這種輕質的設計元素有助于降低發動機重量和降低裝配成本。該模塊目前可用作功能演示。
【塑料機械網 科技創新】凸輪軸模塊是動力傳動系統的關鍵部件，目前仍由鋁制成。現在，弗勞恩霍夫化學技術研究所的一個研究小組與他們的合作伙伴合作，成功地利用注射成型工藝，用纖維增強熱固性聚合物制造了一個凸輪軸模塊。這種輕質的設計元素有助于降低發動機重量和降低裝配成本。該模塊目前可用作功能演示。
凸輪軸保證內燃機充油循環閥的開關可靠、準確。這些閥門位于凸輪軸模塊中，其標準材料仍然是鋁金屬。但汽車制造商和供應商正在投入巨大的努力，生產輕量化設計的動力傳動系統及其部件。
減輕重量是減少二氧化碳排放有效的方法之一。Pfinztal的弗勞恩霍夫化學技術研究所的研究人員正在支持汽車工業的努力，開發一種由熱固性復合材料制成的新型凸輪軸模塊。該輕型凸輪軸模塊是與馬勒集團和相關合作伙伴戴姆勒公司、SBHPP/Vyncolit NV和Georges Pernoud合作實現的。
德國聯邦經濟事務和能源部(BMWi)一直在為該項目提供資金。在選擇合適的聚合物時，項目合作伙伴選擇了高強度纖維增強熱固性聚合物，因為它們能夠承受高溫和機械和化學壓力，例如合成機油和冷卻劑造成的壓力。研究所的研究員Thomas Sorg說：“我們提供了有關如何設計符合材料和工藝的組件幾何結構的專門知識，以便它們滿足所有要求。”
“凸輪軸模塊位于氣缸蓋中，因此通常位于動力總成的上部安裝空間。在這種情況下，減輕重量是很有意義的，因為這樣做也有助于降低車輛的重心。”
鋁鑄件在鑄造后需要大量的返修，成本高。相反，纖維增強熱固性聚合物允許近凈形狀的制造，因此需要相對較少的返工，這再次降低了生產成本。
此外，在多達50萬次的成型周期里，熱固性聚合物注射模具的使用壽命明顯高于鋁高壓壓鑄模。此外，與鋁相比，纖維含量高的增強塑料的二氧化碳排放量要低得多，因為輕金屬的制造能耗很高。
還有另一個優勢：汽車制造商渴望將噪音降至低。咔噠咔噠的汽車不僅令人討厭，而且是一個明顯的競爭劣勢，因此噪音、振動和不平順性(NVH)特性在用于評估車輛質量的因素列表中。聚合物具有良好的阻尼特性。“這使得優化凸輪軸模塊的聲學性能變得非常容易，”Sorg說。
凸輪軸模塊采用帶有集成軸承的整體式設計，換句話說，它是整體制造的，因此縮短了發動機制造廠的裝配時間。汽車制造商從他們的供應商那里得到一個預裝配的模塊，只需簡單的操作就可以將其安裝在發動機上。這樣就無需單獨、耗時地安裝凸輪軸。這種創新的解決方案還具有一個額外的優勢：凸輪軸軸承高應力區域的鋁嵌件會吸收直接過來的力量。
盡管熱固性聚合物的硬度僅為鋁的四分之一，但設計措施使研究團隊能夠使其實現更大程度的變形。在發動機測試臺上進行了600小時的測試后，輕量化設計元素在先進的內燃機中展示了完美的功能。在計劃的燃油噴射試驗的幫助下，項目合作伙伴現在希望能證明其功能性和NVH特性，同時考慮到燃燒過程中的氣體力。
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