طرح توجیهی توليد قطعات پلاستيكی و سپر خودرو

طرح توجیهی توليد قطعات پلاستيكی و سپر خودرو
بی ترديد صنعت خودروسازی مهمترين نيروی محركه برای رشد اقتصادی در قرن گذشته بوده است. اكنون نيز صنعت قطعه سازی در جهان با تغذيه صنعت خودروسازی با توليد بيش از ٥٠٠ ميليون دستگاه خودرو، عمده ترين فعاليت توليدی در جهان محسوب می گردد.

به دليل خواص ويژه پلاستيكها و مزايای آنها، جايگزينی قطعات فلزی خودرو با مشابه پلاستيكی آنها روز به روز در حال افزايش است. و در خودروهای امروزی نسبت به خودروهای دهه قبل این محصولات در خودرو نقش پررنگ تری دارند.

صنعت خودرو با سهم مصرف جهانی ١٣% بعد از صنايع بسته بندی و ساختمانی بيشترين الگوی مصرف مواد پليمری را در سال ٢٠٠٤ داشته است. ترموپلاستيكها، ترموستها، كامپوزيتهای پليمری، ترموپلاستيک الاستومرها و لاستيكها از جمله مواد پليمری مورد استفاده در صنعت خودرو می باشند.

در اين ميان ترموپلاستيكها بيشترين كاربرد را در صنايع خودروسازی دارد. تولید این محصولات در این صنعت باعث كاهش وزن و در نتيجه افزايش سرعت و كاهش مصرف سوخت خودرو می گردد. ساخت بسياری از مدل های جديد خودرو بدون استفاده از پلاستيكها غير ممكن است.

با كمک آنها می توان خودروهايی آئروديناميک تر با قدرت و سرعت بيشتر ساخت. امروزه با پيشرفت صنايع خودروسازی ميزان مصرف پليمرها در اين صنعت افزايش پيدا كرده است. در حال حاضر بطور متوسط ١٠٠ كيلوگرم قطعات پلاستيكی در خودروها استفاده می شود كه در مقايسه با ٧٠ كيلوگرم (اواخر دهه ١٩٧٠) رشد چشمگيری داشته است.

داشبورد، صفحه كنترل و علائم، كنسول، رودری و تودوزی داخل و سقف، صندلی، فرمان، پدالها، دستگيرة درب، سپر، جلو پنجره، قالپاق، آينه، چراغها، پنجره، باک بنزين، بدنة خودرو، سيستم تعليق و ميل گردان، اكسل، رينگ، پروانه و فيلتر هوا، مخزن رادياتور، پمپ آب و هوا از جمله قطعات پلاستيكی خودرو می باشند.

سپر، پروانه و فيلتر هوا نيز از جمله قطعاتی هستند كه به روش قالبگيری تزريقی توليد می گردند. فاكتورهای اصلی برای استفاده از يک ماده در توليد خودرو شامل هزينه های اجرايی، كارآيی و راندمان انرژی، آزادی در طراحی خودرو، كاهش صدا، مقاومت شيميايی و خوردگی است كه بيشتر اين فاكتورها توسط پلاستيكها تامين می گردند.

در واقع فرآيندهای شكل دهی پلاستيكها در مقايسه با فلزات بسیار متنوع و در پاره ای از موارد كم هزينه تر است و با استفاده از آنها ميتوان انواع پیچیده قطعات را به راحتی توليد نمود. پليمرها باعث راحتی بيشتر و در دسترس بودن فضای مناسب، عملكرد بهتر و دوام بيشتر خودرو می شوند.

بسياری از سازندگان خودرو معتقدند كه بدون حضور پلاستيكها نمی توان بطور همزمان به كاهش وزن، بهبود آئروديناميكی و افزايش قدرت موتور دست يافت. امروزه در امريكا و اروپا ١٠ درصد وزنی و ٢٠ درصد حجمی هر خودرو را قطعات محصول طرح تشكيل می دهد.

بررسی خودروها اروپايی نشان می دهد كه ٦٣ درصد تزيينات داخلی، ١٥ درصد بدنه خارجی، ٩ درصد موتور و جعبه دنده، ٨ درصد سيستم الكتريكی و ٥ درصد وزنی شاسی از مواد پليمری ساخته شده اند.

كاربرد قطعات پلاستيكی در داخل خودرو

آزادی در طراحی، ايجاد سطوحی با ظاهر مناسب و متنوع، هزينه توليد كم و هماهنگی با مواد مختلف باعث شده است كه پلاستيكها بطور وسيعی در قسمت های مختلف داخل خودرو به كار گرفته شوند.

به هر حال پلاستيكهايی كه در داخل خودرو و در معرض حرارت ناشی از نور خورشيد هستند، بايد از نظر حرارتی پايدار بوده و بعلاوه از ثبات نوری، مقاومت در برابر اشعه ماورای بنفش (UV) و كيفيت ظاهری خوب برخوردار باشند :

• قسمت جلوی خودرو (داشبورد، صفحه كنترل و علايم)
• كنسول
• رودری، تودوزی داخل و سقف
• صندلی
• فرمان، پدال ها و دستگيره درب

كاربرد قطعات طرح در قسمت های خارجی خودرو

• سپر و جلو پنجره
• قالپاق
• آينه
• چراغ ها
• پنجره
• باک بنزين
• بدنه خودرو
• سيستم تعليق و ميل گردان
• اكسل
• رینگ
• پروانه و فيلتر هوا
• مخزن رادياتور
• پمپ بنزين
• پمپ آب

موارد مصرف قطعات پلاستيكی در خودرو

سپر خودرو به عنوان واسطه بين بدنه خودرو و عامل ضربه گير جهت كاهش فشار ضربه و برخورد عمل كرده و در رديف قطعات ايمنی و تزئينی خودرو مطرح می باشد. در اشكال ١ تا ٦ نمايی از سپرهای جلو و عقب سمند، پژو ٤٠٥ و ٢٠٦ ارائه گرديده است. به طور كلی ميتوان سپرها را در سه دسته تقسيم بندی كرد:

1. سپرهايی با سازه های خود تقويت شونده كه معمولا از پلاستيكهای مهندسی ساخته می شوند. برای مثال سپر خودروی Montego از جنس پلی بوتيلن ترفتالات اصلاح شده می باشد.
2. سپرهايی با لايه جاذب انرژی از جنس پلی يورتان و پوسته محافظی از پلی يورتان يا پلی پروپيلن اصلاح شده با لاستيک همراه با سازه های تقويتی SMC، آلومينيم يا فولاد. برای مثال مرسدس بنز از اين سپرها در خودروهای خود استفاده می كند.
3. سپرهايی با روكش های بيرونی از جنس پلاستيكهای اصلاح شده كه مستقيما بر روی قابهای SMC، آلومينيم يا فولاد قرار می گيرند. ماده مناسب برای ساخت سپر بر اساس ميزان توليد و روش رنگ كردن آن تعيين می شود.

سپرهای خود رنگ و قابل رنگ كردن در خارج خط توليد قطعات پلاستيكی خودرو از آلياژهای PC/PBT يا پلی پروپلين اصلاح شده با لاستيک ساخته می شوند و اگر لازم باشد سپر در خط توليد و در دمای ١٣٠-١٤٠°C رنگ گردد، از آلياژ PA/PPO پلي بوتيلن ترفتالات اصلاح شده يا پلی كربنات اصلاح شده استفاده می كنند.

رايج ترين ماده برای ساخت سپرهای خود تقويت شونده، پلی پروپيلن اصلاح شده می باشد. خودروهای كوچک تا وزن پنج تن مثل رنو ترافيک و خودروهای پنج تن مرسدس بنز دارای سپرهای خود تقويت شونده SMC هستند. به هر حال برای وزن های بيش از 7/5 تن، سپرهای فولادی مناسبتر است.

بررسی كالاهای جايگزين

كوپليمر پلی پروپيلن تقويت شده با الياف شيشه می تواند جايگزين ABS در قطعات وسايل نقليه شود. در كشورهای امريكايی و اروپايی گريدهای از PP آلياژ شده با لاستيک در حال جايگزين شدن كاربردهای ABS در صنعت اتومبيل سازی هستند، كه هم كيفيت بهتر و هم قيمت ارزانتر دارند. كاربرد PVC در صنايع اتومبيل به علت عدم بازيافت PVC در حال كاهش بوده و در آينده در خودروهايی كه ١٠٠ درصد قابل بازيافت باشند به صفر خواهد رسيد.

اهميت استراتژيكی محصول

برای حذف فلزات و كمک به صنعت خودروسازی برای چيره شدن به محدوديت های موجود در اين صنعت، كليه پتانسيل های موجود در پليمرها، به كار گرفته می شوند.

پليمرها می توانند احتياجات اصلی بازار نظير رقابت اقتصادی، شكستن قيمتها، كاهش زمان چرخه های توسعه برای مدلهای توليد انبوه قطعات پلاستيكی خودرو و برای مدل كوچک و تحكيم قوانين آلودگی، بازيافت و انرژی را مرتفع می سازند.

صنعت خودروسازی و قطعه سازی به دليل نوع و ماهيت ارتباط، به حدی از فعاليتهای يكديگر متاثر می شوند كه گاهی تفكيک اين دو از هم نه تنها دشوار بلكه غير ممكن است.

تجربه كشورهای مختلفی كه در خصوص صنعت خودرو نقشی پيشتاز در خودروسازی جهان يافته اند، گويای آن است كه در بدو ورود اين صنعت به هر كشوری، مونتاژ قطعات CKD آغازگر حركت بوده و سپس به تدريج استراتژی صنعتی، بومی كردن و توسعه سهم قطعات داخلی را مدنظر و عمل قرار داده اند.

همين مرحله نيز در صورتی كه با موفقيت همراه باشد، زمينه ساز خودروساز شدن به معنای واقعی آن شده است. به طور كلی يكپارچگی اين دو صنعت (خودرو سازی و قطعه سازی) سبب شده تا به عنوان دو پای حركت مطلوب در صنعت خودرو از آنها ياد شود.

با توجه به رشد روزافزون صنعت خودروسازی در كشور، رشد صنعت تولید قطعات طرح حاضر و به تبع آن ساخت انواع سپرها در كشور، رو به افزايش است. همچنين امكان صادرات اين كالا به كشورهای مختلف، اهميت استراتژيكی اين محصول را بيش از پيش نمايان می سازد.

شرايط صادرات 

صادرات سپر خودرو از هرگونه تعهد و پيمان ارزی معاف می باشد. بر طبق قانون معافيت صادرات كالا و خدمات از پرداخت عوارض، تصويب شده در تاريخ 1379/12/27 صادرات كالا و خدمات از پرداخت هر گونه عوارض معاف است و هيچ يک از وزارتخانه ها،

سازمانها، نهادها، دستگاههای اجرايی، شهرداری ها و شوراهای محلی كه بر طبق قوانين و مقررات حق وضع و اخذ عوارض را دارند، مجاز نيستند از كالاها و خدماتی كه صادر می شوند عوارض اخذ نمايند يا مجوز اخذ آن را صادر نمايند.

روشهای توليد محصول

در حال حاضر تنها روش موجود در توليد اين گونه از قطعات پلاستيكی خودرو استفاده از فرآيند تزريق می باشد. با استفاده از اين فرآيند که يک فرآيند نيمه پيوسته می باشد، امکان توليد قطعات مختلف با ابعاد، اشکال و وزنهای مختلف موجود می باشد.

عمده دارندگان دانش فنی خطوط توليد اين قبيل محصولات شركت های اروپايی بخصوص شركتهای آلمانی، اتريشی و ايتاليايی و شركت های آسيايی نظير شركتهای كره ای و چينی و همچنين شرکت های ايرانی هستند.

در جدول زیر اسامی تعدادی از توليدکنندگان ماشين آلات تزريق آورده شده است.

از ميان شرکتهای نامبرده شده شرکت Krauss Maffei به عنوان شرکت مورد نظر جهت اخذ تکنولوژی توليد سپر خودرو به روش TWIM انتخاب گرديد. اين شرکت آلمانی دارای تخصص در زمينه توليد ماشين آلات صنايع پليمر از جمله ماشين آلات تزريق می باشد.  از آنجا كه فرآيند موردنظر در طرح حاضر، تنها محدود به شكل دهی مواد اوليه می باشد.

لذا تنها نكات مهم در فرآيند تولید قطعات پلاستيكی خودرو ، چگونگی راه اندازی، روش كار با اجزای مختلف دستگاه و چگونگی تنظيم شرايط فرآيندی جهت توليد محصول موردنظر است كه همه اين موارد بدون دريافت هزينه اضافه از طرف شركت سازنده تامين می گردد.

لازم به ذكر است آموزش مربوط به كاركنان نيز به هنگام تحويل دستگاه انجام می شود و هزينه ای برای آن دريافت نمی گردد. توليد این محصولات خودرو با استفاده از فرآيند تزريق دارای پايداری تكنولوژی بالايی می باشد.

شرح فرآيند قالبگيری تزريقی جداره نازک

يكی از مهمترين روشهای رايج برای شكل دادن پلاستيكها، قالبگيری تزريقی است. دستگاه های قالبگيری تزريقی ابتدايی، بر اساس ريخته گری تحت فشار در قالب برای فلزات، ساخته شده بود.

پيشرفت عمدة بعدی در قالبگيری تزريقی، استفاده از دستگاههای ئيدروليكی (روغنی) بود كه در سال ١٩٣٠ مقارن با عرضة طيف وسيعی از گرمانرمها به بازار ابداع شد. تا سال ١٩٥٠ طراحی دستگاههای قالبگيری تزريقی برای پلاستيكها به طور جدی مطرح نبود،

تا اينكه در اين سال، نسل جديدی از اين دستگاهها به بازار ارائه شد كه بسيار مناسبتر و قابل انطباق با خواص پليمر مذاب تهيه شده بود. امروزه در دستگاههای جديد نيز همان اصول طراحی حفظ شده است، اما نحوة تنظيم چگونگی كار دستگاهها خيلی پيچيده تر شده است.

اصولاً قالبگيری تزريقی فرآيند ساده ای است، به اين ترتيب كه مادة گرمانرم به شكل خاكه يا دانه گونه، از طريق قيف تغذيه به محفظة اكسترودر هدايت و در آنجا حرارت ديده، نرم و ذوب می شود.

سپس با عبور از افشانک با فشار به داخل قالب نسبتاً سردی رانده می شود كه دو نيمه اش كاملاً به يكديگر جفت شده است. پس از گذشت زمان مناسب و لازم برای سرد و جامد شدن پلاستيک، قالب باز شده و قطعه از آن خارج می شود. اين عمليات به دفعات تكرار می شود.

مهمترين مزايای اين روش، توانايی خوب آن در قالبگيری قطعات متنوع، به سهولت خودكار شدن، امكان توليد قطعات با سرعت زياد و ساخت قطعات دقيق است.

1. قسمت تزريق :

در اين قسمت از تولید قطعات پلاستيكی خودرو عمل ذوب، اختلاط و تزريق مواد انجام می گيرد كه شامل قسمتهای زير می باشد :

قيف خوراک دهی مواد
قيف خوراک دهی مواد بر روی سيلندر تزريق نصب شده و وظيفه تأمين خوراک برای سيلندر تزريق را دارد.

سيلندر تزريق
سيلندر تزريق كه پيچ در درون آن قرار می گيرد، مهمترين قسمت بخش تزريق است. زيرا تمام فعل و انفعالات مواد پلاستيک در داخل آن انجام می گيرد. جنس سيلندر تزريق از فولاد ضدزنگ و بسيار سخت انتخاب می شود. تا در صورت آسيب پذيرفتن پيچ، به سيلندر صدمه ای وارد نشود. زيرا ساختن سيلندر به مراتب گرانتر از ساخت پيچ است.

پيچ تزريق
يكی از حساس ترين قطعات ماشين تزريق، پيچ تزريق است. زيرا اصولاً ماشين تزريق با تمام دستگاه ها و قطعاتی كه روی آن نصب شده است وظيفه ای جز ذوب مواد و تزريق آن به قالب را ندارند. قسمت اعظم اين وظيفه بر عهده پيچ می باشد.

كنترل كننده ها
ابزارهای كنترل، ابزاری هستند كه از آنها برای محدود كردن دما و فشار (در دستگاه تزريق) استفاده می شود. برای كنترل دما از حرارت سنج استفاده می شود و برای كنترل فشار از ابزارهای ويژه كنترل فشار.

حرارت سنج دستگاه كوچكی است برای اندازه گيری و تنظيم و تعيين درجه حرارت كه در تابلو برق ماشين نصب می شود. قبلاً درجه حرارت مورد لزوم را روی حرارت سنج مشخص می كنيم و بعد از رسيدن درجه حرارت سيلندر به حد مورد نياز، برق گرمكن با دخالت حرارت سنج قطع می شود.

2. قالب تزريق :

برای توليد قطعات پلاستيكی خودرو به روش تزريق از ابزاری به نام قالب تزريق پلاستيک استفاده می نماييم، كه اين ابزار از مجموعه قطعات مختلفی تشكيل گرديده است.