Bolster in composito plastica-metallo per la Ford Kuga

I termoplastici con proprietà easy-flowing sono di solito più costosi rispetto ai materiali standard comparabili; tuttavia offrono vantaggi che in ultima analisi pagano in termini di lavorazione, costi di produzione e libertà di progettazione. Un esempio concreto è il bolster, completamente integrato e prodotto utilizzando la tecnologia composita plastica-metallo (tecnologia ibrida) per il SUV Ford Kuga. Oltre ai pannelli in acciaio, la realizzazione del componente strutturale ad alto carico include Durethan BKV30H2.0EF, la poliammide 6  easy-flowing rinforzata in fibra di vetro di Lanxess. Il supporto e il modulo front-end completamente assemblati sono stati sviluppati e prodotti da Montaplast GmbH, un fornitore di sistemi globale dell’industria automobilistica, che ha sede a Morsbach, in Germania.

Ulrich Dajek, esperto di progettazione ibrida presso Lanxess, spiega: “La nostra poliammide 6 easy-flowing può essere lavorata a pressioni di iniezione più basse. Per questo motivo, nella produzione del bolster ibrido è possibile utilizzare macchine per lo stampaggio a iniezione più piccole con forze di chiusura inferiori. Ciò ha un effetto positivo sui costi di gestione della macchina e consente una maggiore flessibilità in termini di selezione della macchina stessa e pianificazione della produzione.”

Integrazione di quattro saracinesche a griglia attiva

Il bolster ospita un’unità controllabile composta in modo attivo da quattro saracinesche a griglia che garantiscono l’afflusso di aria al sistema di raffreddamento del motore in base alle esigenze. Il supporto contiene inserti metallici rinforzanti ai lati e nella parte superiore. Quest’ultimo ospita il fermo cofano ad alto carico. Il compito principale del design ibrido è quello di sostenere i sistemi di raffreddamento e tenerli in posizione. Il bolster integra anche numerose funzioni aggiuntive quali guide, supporti per l’azionamento di regolazione e dispositivi di fissaggio. “I nostri ingegneri sono riusciti a integrare tutti questi elementi, funzioni e interfacce in modo da soddisfare i requisiti funzionali e di carico. Allo stesso tempo, sono riusciti a garantire che l’intero modulo front-end possa essere prodotto in diverse versioni a seconda delle esigenze specifiche della regione, con un processo automatizzato ad alto volume ed efficiente in termini di costi”, commenta Horst-Dieter Haltrich, Product Development Team Leader di Montaplast.

Collegamenti filettati diretti più stabili grazie alla poliammide 6

Come componente plastico per il supporto ibrido, la poliammide 6 ha due vantaggi principali rispetto al possibile materiale alternativo, il polipropilene (PP). Il primo vantaggio è che il componente contiene diversi collegamenti filettati diretti, che sono più convenienti rispetto all’utilizzo di inserti metallici aggiuntivi. Le connessioni filettate progettate con la poliammide 6 sono significativamente più stabili, durano più a lungo e sono più affidabili rispetto al PP. Il secondo vantaggio della poliammide è che, a differenza del PP, resiste ai carichi termici che sorgono quando le saracinesche a griglia sono chiuse.

Più facile ottenere aree in filigrana e a parete sottile

Grazie all’elevata fluidità della poliammide 6, le aree componenti con geometrie in filigrana possono essere progettate con pareti più sottili. “È stato possibile ridurre lo spessore della parete di circa il 20% nelle aree soggette a carichi più bassi. Rispetto a una poliammide 6 standard con lo stesso contenuto di fibra di vetro, questo si traduce in un notevole risparmio di peso,” secondo Dajek. A causa della minore pressione di riempimento, un altro vantaggio del materiale easy-flowing è che si possono produrre componenti con tensionamenti inferiori, riducendo al minimo la distorsione.

Servizi HiAnt ad ampio raggio

Ford, Montaplast e Lanxess hanno lavorato a stretto contatto durante l’intero processo di sviluppo del bolster ibrido, fino all’inizio della produzione in serie. Lanxess ha anche coinvolto il proprio servizio di engineering HiAnt. In uno dei numerosi studi, è stata condotta un’analisi della topologia dei componenti per fornire suggerimenti per la progettazione ed il posizionamento delle nervature di rinforzo in poliammide, in base ai diversi scenari di carico. Molto sfidanti sono stati anche calcoli e simulazioni, come l’analisi della rigidità del supporto del radiatore e della stabilità dinamica e della durezza delle vibrazioni rumore (NVH) del bolster. Sono stati simulati inoltre la capacità di carico dell’area di chiusura rinforzata con il metallo (chiusura del cofano) e diversi scenari di carico rilevanti per la sicurezza, come i test di impatto sugli arti inferiori per la protezione dei pedoni o il comportamento dell’assemblaggio complessivo in caso di collisioni minori, ad esempio urti durante il parcheggio. Infine, Lanxess ha effettuato test sui prototipi e sulla produzione di serie in base alle specifiche di Ford. Dajek: “Ad esempio, abbiamo sottoposto l’assemblaggio completo alla ghiacciatura in una camera climatizzata e abbiamo testato l’affidabilità dell’apertura e chiusura delle saracinesche a griglia.”