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没有哪家公司能像John Deere 那样制造出那么大而复杂的塑料零件.
John Deere公司探索在农业设施中应用大型塑料组件的历史可追溯到2000年，当时该公司为大型STS联合收割机开发了SMC和聚氨酯装饰性车身板。从那时起，该公司并没有裹足不前，而是不断进取，最近它又开发出应用于拖拉机和联合收割机的大型塑料部件。这些部件实现了功能集成性，结构完整性，美学特性以及成本要求等多个重要设计目标。
为了用塑料材料实现这些设计目标，Deere公司机器供应商的工程师们在生产这些创新性部件时采用了非常规材料和加工方法。其中的一些部件在美国哥伦布市由塑料加工设备联盟举办的讨论会和新产品设计竞赛中备受瞩目。下面我们将详细介绍其中两款产品：
拖拉机驾驶室顶棚
为Deere公司的气候控制用途拖拉机设计的驾驶室内顶棚模块赢得了设计竞赛的农业奖。获奖的原因很明显，该部件的设计者成功把十几个功能集成在这一个部件，包括为HVAC部件、无线电设备、内外照明设施、车顶棚和外部顶棚提供的防护罩和安装点。“这个顶棚模块就是内驾驶室系统的中枢。”该部件的制模和设计合作伙伴Composite Products Inc（CPI）公司的工程经理Darin Grinsteinner介绍说。 （图片）
John Deere 公司中型拖拉机的新内顶棚模块集成了十几个结构和功能特征。
专有的连续压缩成型工艺使得这一复杂部件的产生成为可能。加工工艺是该复杂部件诞生的重要因素。CPI公司研发了一种已申请专利的连续自动压缩成型工艺，这意味着作为集成生产线的一部分，它同时进行配料和铸模。而通常的做法是，加压铸模商直接从原材料供应商那里获取预先配好的塑料原料进行压铸。
尽管这种集成的加工方法在北美比较罕见，但这种方法可让CPI很好地操控用于铸模的用料。在这种情况下，（拖拉机顶棚使用了聚丙烯同聚物，其中占重量30%的半英寸厚的玻璃加固件）。CPI称这种连续自动压缩成型工艺是“有益的”，除了上面那些优点，它具有成本优势，部分原因在于公司只配置特定部件所需的原料即可，不必库存成本昂贵的定制材料。
实际上该部件真正的加工难题在于注模而不是配料。Grinsteinner解释说，4×5英尺的部件有一些很细很深难以填充的地方。比如9×0.04英寸的肋部。“很多精细纵深的地方难以用像标准压缩成型方法等其他长纤维成型方法加工出来。”他说。
除了部件公称壁从0.04到0.3英寸的厚薄变化以及某些地方达0.5英寸之外，功能集成意味着该部件包括很多out-0f-draw特征，这本来是会对注模操作提出了很多挑战的。（图片）
在浇注过程中减少剪应力，以便顺利浇注拖拉机顶棚的各种表面细节。
CPI 公司将浇口放在中间，而不是通常的一端，这样就缩短了流道，节约了材料。尽管有各种各样的挑战，CPI公司不仅成功铸造出该部件而且对加强玻璃纤维进行了非常合理的分布。Grinsteinner报告称CPI公司的测试表明玻璃纤维在整个部件的分布不到1%，肋部和内铸部分也是这样。
该公司之所以能成功制造出如此复杂的部件，主要归功于该公司专有的铸模方法。最重要的一项是一个大型中心浇口，整块原材料在这儿合成最终的部件。跟通常的尾门浇注系统不同，这种中心浇口包括一个“喷射罐，”实际上它是位于下部模具型腔中心间隙下面的液压升降台。在铸模过程中当它升起来供应原料时，它实际上就拼成了下部模具型腔表面的一部分。
据Grinsteinner称，这个中心浇口技术可以提高那些最深最细的肋部部件的低剪切填充，同时它可节省尾门浇注系统导致的材料浪费，并且简化了加工设备。Grinsteinner估计中心浇口式铸模方法每个部件可节省10%的材料成本，同时节省10%的工具成本。（图片）
Deere 公司的拖拉机顶棚具有许多out-of-draw功能，
这需要增加类似用于集成绕线保护壳的型心移出等附加措施。其他巧妙的加工之处包括采用二段推顶把脆弱的肋部从加工工具中取出、采用侧拉以产生out-of-draw功能、以及采用减薄技术节省原材料、缩短冷却时间等。
农业和汽车外部部件目前是CPI公司优势加工方法最大的收益部分，不过其他大型应用设备也可以从中获益。例如CPI公司最近开始生产高尔夫球包，缓冲器和电池外壳。
联合收割机板的新选择
Deere公司STS型联合收割机使用塑料板已有5年之久，最近该公司需要在两个面板中开口并增加一个全新的塑料部件。
进行创新的另一个原因和柴油发动机的排放控制标准有关。据Deere公司的供应链整合主管和非金属涉及工程师Brian Miller说，这个新标准使得发动机平台需要的空间比旧模块多18英寸。这种长度改变导致需要改动几块定型板，它们组成了后围和散热器盖。
此外，Deere的功能测试表明，如果冷却空气在更高的位置进入，联合收割机可工作良好并且也减少了空气净化的需要。因此Deere公司的工程师们在机器上增加了一个导管部件，或者称为“导气罩”。
为了选择最适合这些部件的材料，他们对同类材料进行了复杂的分析。结果很有趣，分析结果表明，要选的材料跟以前使用的材料都不太一样。Miller解释说第一代STS联合收割机使用了压力成型的彩色SMC材料和具有模具内部涂层的反应注射成型聚氨酯材料。分析表明三个新面板则应该使用一种鲜为人知的反应注射成型材料聚二环戊二烯(PDCPD)。（图片）
John Deere 的材料工程师选择PDCPD 的原因是什么？那么这些决策矩阵会让你明
白他们是如何选择STS Combine外壳材料的。对于散热器面罩来说，SMC看起来是
更合适的材料，但是Deere 选择PDCPD 是因为一些商业原因。他解释说新面板根据结构和美学特性来评估。首先这些面板必须能够承受在使用时可能受到的冲击力，同时必须具有一定的抗拉强度以承受在卡车运输过程中的较大的风压。“拖车上的联合收割机在拖车下坡行驶时，风速可达100英里/小时，”Miller称。对于美学特性，新的面板在颜色，光泽，抛光度上必须和机器中其他彩色SMC面板及钢结构相匹配。
在所有情况下，彩色PDCPD的得分最高（参考决策矩阵表）。对10 x 6 x 2英尺的后挡板，以前是两块聚亚安酯RIM组合而成，Deere公司的工程师们发现，PDCPD的高抗冲击强度抵消了它的较SMC和聚亚安酯RIM模量低的缺点。同样，跟其他同类材料相比PDCPD因为它较好的抗冲击性和美学特性组合而胜出－此处是具有丙烯帽和彩色SMC的热塑ABS材料
对于9 x 6 x 1英尺的散热器门，PDCPD在技术方面并不大大优于SMC。就如Miller所说， “面板被牢牢固定在机器上，因为面板的硬度就不如挠度重要，一个人靠在上面会引起这种挠度。”因此，Deere还是出于“一些商业原因”而选择了PDCPD，Miller解释说。（图片）
Deere 公司的Combine 新车身板是为了符合联邦排放要求而制作
的，它稍稍增加了机器的长度。新车身板以及所有机器顶部的新空
气排放管都是用PDCPD 制造的，这是聚亚安酯和SMC 的替代物。至于说商业原因，Miller指出说如果不是考虑到PDCPD的成本因素的话，Deere公司和他的供应商也不会放弃常规材料设计的方法。通常，PDCPD板的壁厚比较均匀，而且强化功能件一般是由另外的铸造过程实现，并通过独立的加工过程组合在顶棚上。“我们断定这种方法不能满足成本预算的要求，”他说，并举例说这些成本包括额外加工的成本、铸造和紧固成本以及组合增强板成本。
因此Deere最后对肋部、轴套及其他为了达到顶棚荷载要求的强化功能件进行浇铸。这些附加的功能的确使这些部件的浇铸更加困难，并且增加了铸造这些部件的难度，并且冒着弄坏部件表面肋部和轴套的风险。但是Miller又说这节省了附加浇铸和组装成本的同时降低了风险，因此Deere有理由利用PDCPD材料性质的优势。“我们打破了设计框框，” Miller说。“但是这对我们有用。”
9/7/2006
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