Mașini de injecție pentru e-mobility – producția componentelor HV 2025

Introducere în mașinile de injecție pentru e-mobility

Piața globală a vehiculelor electrice obligă producătorii să reproiecteze întregi stații de injecție. Mașinile de injecție care procesează componentele bateriilor, conectorii de înaltă tensiune și carcasele BMS trebuie să combine cea mai înaltă precizie, puritatea procesului și un lanț complet de calitate. La volume de ordinul milioanelor de bucăți și cerințe OEM privind ISO 21434, Automotive SPICE sau PPAP de nivel 4 mmarja de eroare este minimă. În articol arătăm cum să proiectezi o linie care combină mașini de injecție electrice și hibride, matrițe inteligente și trasabilitate MES.

TEDESolutions colaborează cu producătorii EV la punerea în funcțiune a stațiilor automatizate pentru conectori HV, module de baterii și componente sensibile la puritate. Datorită acestui ghid, vei înțelege ce caracteristici ar trebui să aibă o mașină, care parametri sunt critici pentru siguranța electrică și cum să pregătești infrastructura de control al calității inline.

Cerințele în creștere vizează și dezvoltarea durabilă. Proprietarii de flote solicită declarații privind amprenta de carbon, motiv pentru care mașinile de injecție ar trebui să ofere recuperare de energie și integrare cu sistemele de management al mediilor. În practică, aceasta înseamnă utilizarea acționărilor servo cu recuperare a energiei de frânare, monitorizarea emisiilor de CO₂ pe ciclu și comunicarea cu platformele ESG. Fără aceste date, mulți producători nu vor obține omologarea pe piețele UE și SUA.

Un factor suplimentar este scurtarea timpului de lansare pe piață a programelor EV (SOP). Fabricile au nevoie de celule modulare care pot fi relocate într-o altă țară în câteva săptămâni. De aceea, noua generație de stații de injecție se bazează pe cadre standard de bază, iar automatizările și mașinile de injecție sunt pregătite pentru schimb rapid de referințe.

Ce este o mașină de injecție pentru e-mobility?

Mașina de injecție pentru e-mobility este o mașină de injecție configurată pentru lucrul cu materiale tehnice (PBT, PA6/PA66, PPS, LCP) utilizate în conectori HV, izolatori și module de baterii. Procesul implică plastifierea granulelor, injecție rapidă și presiune de menținere în matrițe precise cu senzori integrați de temperatură și conductivitate de suprafață. Sunt necesare sisteme de protecție împotriva supratensiunilor și monitorizare a contaminanților pentru a respecta normele UL 94 V-0 și IEC 60664.

Sistemele moderne utilizează buclă închisă de reglare a vitezei melcului, duze active încălzite și module SPC care colectează date de la peste 20 de semnale în fiecare ciclu. Astfel, mașinile de injecție asigură repetabilitate dimensională ±0,01 mm la conectori cu pereți subțiri și minimizează riscul de fisuri de tensiune în faza de exploatare a bateriilor.

Mașinile dedicate e-mobility sunt echipate și cu interfețe avansate pentru operator. Panoul HMI afișează harta energetică a ciclului, starea integrării cu roboții și alerte de calitate din sistemul de viziune. Operatorul poate accesa cu un singur click documentația de control pentru un anumit număr de piesă, ceea ce accelerează semnificativ auditurile. Aceste soluții sunt compatibile cu cerințele de securitate cibernetică OEM, inclusiv segmentarea rețelei și semnarea digitală a rețetelor.

Devine tot mai populară utilizarea mașinilor de injecție cu cameră curată integrată ISO 7. Întreaga zonă a matriței se află într-o carcasă cu flux laminar și control al particulelor, eliminând contaminanții care se depun pe izolatorii HV. Construcția modulară permite extinderea camerei cu stații suplimentare de asamblare fără întreruperea producției.

Istoria dezvoltării injecției componentelor HV

Primele componente de înaltă tensiune pentru vehicule hibride se produceau pe mașini de injecție hidraulice clasice. În perioada 2005–2010 au dominat proiectele prototip, unde rezistența termică a materialului era esențială. Revoluția a venit odată cu lansarea platformelor BEV în 2013. OEM-urile au început să ceară trasabilitate a loturilor și monitorizare a purității, ceea ce a impus migrarea către mașini de injecție electrice cu etanșeizare a zonei matriței.

Între 2016 și 2020, liniile EV au trecut printr-o transformare: integrare cu MES/MOM, înșurubare automată a inserțiilor de cupru, roboți colaborativi pentru montajul garniturilor FIPG. În prezent observăm a patra generație de soluții, în care mașinile de injecție hibride combină energia hidraulică (închidere) cu acționări servo (injecție) pentru scurtarea timpului de ciclu sub 20 s. De asemenea, marile gigafabrici proiectează stații cu redundanță pentru a asigura fiabilitatea furnizării conectorilor HV.

În anii următori se așteaptă generalizarea gemenilor digitali ai stațiilor. Datorită simulării procesului în mediu virtual, producătorii EV vor putea testa schimbări de materiale sau noi geometrii de conectori fără oprirea producției. Tederic și TEDESolutions implementează deja modele care analizează impactul temperaturii de răcire asupra rezistenței contactelor și prevăd defecțiuni ale matriței.

Istoria dezvoltării injecției pentru e-mobility este și istoria standardizării securității datelor. După incidente cibernetice în câteva gigafabrici în 2021, OEM-urile au impus segmentarea rețelelor OT. Mașinile de injecție trebuie acum să suporte criptare TLS și autentificare bazată pe certificate, ceea ce a schimbat radical abordarea producătorilor de mașini față de software-ul de comandă.

Tipuri de mașini de injecție în e-mobility

Alegerea tehnologiei de acționare depinde de aplicație. Mașinile de injecție hidraulice se potrivesc pentru pereți groși ai compozitelor structurale, unde este necesară o forță de închidere foarte mare. Mașinile electrice domină în producția de conectori și piese cu pereți subțiri, deoarece oferă repetabilitate a mișcărilor și spațiu de lucru curat. Hibridele reprezintă un compromis – folosesc acționări servo pentru injecție și hidraulică pentru închidere, permițând gestionarea unor prize mai mari cu menținerea preciziei.

Este esențială și dotarea mașinilor cu sisteme de trasabilitate: senzori capacitivi pentru verificarea prezenței inserțiilor de cupru, camere de viziune în matriță și integrare cu sisteme de securitate OCV (Open Circuit Voltage). Astfel, stația devine parte a unui ecosistem mai larg al fabricii EV.

Câștigă teren și mașinile de injecție bi-injecție, care permit injecția a două materiale într-un singur ciclu fără a utiliza masă rotativă. În aplicațiile pentru baterii, aceasta permite combinarea izolării PBT cu etanșarea elastomerică TPE și reducerea numărului de operații de asamblare. Utilizatorii apreciază controlul independent al celor doi melci, ceea ce crește flexibilitatea la serii scurte de modele EV.

Un alt trend este adaptarea mașinilor la lucrul în mediu vacuizat sau cu gaz inert. Pentru componente HV sensibile la oxidare se introduc capsule de azot în jurul matriței. Mașinile de injecție electrice integrează comanda valvelor de vid și sistemele de recuperare a gazului, menținând condiții constante indiferent de temperatura exterioară.

Mașini de injecție pentru conectori HV

Mașinile de injecție electrice de 180–350 tone acoperă majoritatea conectorilor HV. Dinamica mare a injecției (peste 400 mm/s) permite umplerea micro-nerelor care asigură etanșeitatea IP6K9K. Duzele secvențiale speciale din canalele fierbinți permit alimentare uniformă în cascadă. Împreună cu mașina lucrează un robot SCARA care introduce inserții Cu și etanșări FKM, iar sistemul de control înregistrează fiecare piesă în baza de trasabilitate.

Avantaje:

• Precizie a mișcării melcului – minimizează microfisurile izolării.
• Puritate a procesului – absența uleiului în zona matriței respectă normele de puritate electrică.
• Zgomot redus – permite instalarea stațiilor lângă liniile de asamblare a bateriilor.

Provocări:

• CAPEX ridicat – costul unitar al mașinii și matriței este de mai multe ori mai mare decât în stațiile tradiționale.
• Managementul temperaturii – pereții subțiri necesită termoreglare cu reacție rapidă.
• Integrare IT – necesitatea suportului OPC UA și securitate cibernetică.

Merită atenție compatibilitatea cu sistemele de testare HV. Tot mai des, stația este completată cu o stație de test hipot care verifică fiecare conector la 1500 V. Mașina de injecție trebuie să furnizeze datele ciclului către controlerul testerului, pentru a lega rezultatul de numărul matriței și stației. Fără o astfel de integrare, este dificil să treci auditul OEM.

Linii pentru module de baterii

Elementele modulelor (rame, capace) se produc pe mașini de injecție hibride cu forță de închidere de 650–900 tone. Materialele armate cu fibră de sticlă sau carbon cresc cerințele privind amestecarea și rezistența melcului. Stațiile includ adesea injecție bimaterial – de ex. structură PP+GF plus etanșare TPE. Mașinile sunt echipate cu mese rotative și duze servo-oscile pentru a gestiona injecția 2K într-un singur ciclu.

Un element important este controlul deformațiilor termice. Sistemul MES monitorizează deformările matriței pe baza senzorilor FBG, iar datele ajung în modulul SPC care analizează tendințele. Astfel, se pot detecta devreme problemele de planaritate la lipirea modulului de celule.

Producătorii urmăresc reducerea greutății bateriilor, motiv pentru care utilizează tot mai des compozite pe bază de poliamidă și fibre de carbon. Aceste materiale sunt abrazive, deci mașina de injecție trebuie să aibă garnituri și duze protejate. De asemenea, sunt necesare sisteme de degazare a matriței care elimină aerul și componentele volatile pentru a evita porozitatea. Comanda mesei rotative este sincronizată cu robotul care plasează inserții de răcire și garnituri FIPG.

Carcase BMS și electronică de putere

Carcasele unităților BMS și invertorilor necesită pereți subțiri, blindare EMC și rezistență la temperaturi 125 °C. Mașinile de injecție electrice de 120–220 tone oferă aici cea mai înaltă precizie. Matrițele includ injecție cu inserții de aluminiu, deci este esențială integrarea cu un robot cu 6 axe și controlul temperaturii inserției înainte de închidere (piritometru infraroșu). În unele proiecte se utilizează mașini de injecție cu placă dublă, pentru a obține un spațiu mai mare pentru instalarea senzorilor și cablurilor blindate.

Devine standard pachetul software cu biblioteci de rețete IPC-2221 și generare automată a rapoartelor PPAP. Astfel, inginerii de calitate scurtează timpul de calificare a noilor componente.

De asemenea, crește importanța blindării EMI. În tot mai multe proiecte se aplică acoperiri conductoare în matriță (in-mold coating) sau post-proces. Mașina de injecție trebuie să colaboreze cu module de pulverizare plasmatică și să asigure poziționare precisă a piesei. Controlul calității include măsurători de rezistență de suprafață și teste de rezistență la descărcări ESD.

Construcție și elemente principale

Configurarea celulei pentru e-mobility include mai mult decât doar mașina de injecție. Elemente esențiale: matriță cu senzori de temperatură în cavitățile critice, sistem de canale fierbinți cu duze segregatoare, automatizare pentru furnizarea inserțiilor, sisteme de trasabilitate, roboți de preluare a pieselor și stații de test HV. Totul este integrat într-o rețea OT/IT, astfel încât datele de proces să ajungă la platforma analitică.

Cheia este menținerea curățeniei – celula este închisă cu ecrane de flux laminar, iar filtrele HEPA clasa H14 purifică aerul din jurul matriței. În plus, se montează senzori VOC și contor de particule, astfel încât fiecare lot să aibă documentată curățenia suprafeței.

O parte integrantă a construcției este sistemul de management al matriței (Tool Management). Acesta înregistrează ciclurile, temperaturile, alarmele și istoricul de service. Astfel, planificatorul de mentenanță vede sarcina fiecărei matrițe și poate programa reparații fără întreruperea producției. Dacă este necesar, celula poate fi transferată într-o altă fabrică, păstrând toate setările și documentația.

Unitatea de injecție HV

Unitatea de injecție trebuie să facă față materialelor armate cu fibre și aditivilor conductori. De aceea, se utilizează șuruburi bimetalice, zone de încălzire de putere 12–16 kW și servomotor care asigură accelerație până la 800 mm/s². Controlul temperaturii în fiecare zonă are o toleranță de ±1 °C, ceea ce minimizează degradarea materialului și incluziunile în conectori. Duzele secvențiale sunt controlate de valve aciculate, care sincronizează deschiderea cu poziția șurubului.

Tot mai des se instalează senzori de vâscozitate în timp real. Datele de la viscometru ajung la algoritmi AI care corelează automat parametrii cu deviațiile din măsurătorile electrice ale conectorilor. Dacă vâscozitatea depășește pragul, sistemul oprește producția lotului și informează șeful de tură.

Unitatea de injecție pentru e-mobility dispune și de sisteme de curățare automată. După fiecare schimbare de material, se execută un ciclu de purjare cu control al culorii și conductivității, iar deșeurile ajung într-un container închis marcat cu numărulotului. Această soluție minimizează riscul erorilor de material, care ar putea duce la probleme de izolație.

Unitatea de închidere și matrița

Unitatea de închidere din liniile EV trebuie să fie rezistentă la variații dinamice de temperatură. Mașinile hibride utilizează hidraulică cu debit mare pentru presiune de menținere uniformă, iar versiunile electrice au servomotor pe coloane. Esențială este compensarea deformărilor – senzorii liniali monitorizează distribuția forței de închidere în timp real și ajustează presiunea de menținere pentru a preveni scurgerile la etanșări.

Matrițele pentru conectori HV conțin inserții de cupru, senzori de presiune în cavități, semnale analogice de temperatură și camere de inspecție. Conectorii de date sunt scoși prin module IP67, pentru a permite service-ul matriței în afara celulei. Totul colaborează cu sistemul de management al sculelor, care monitorizează numărul de cicluri și programează reparații preventive.

Importanță mare are și sistemul de răcire. Canalele răcite conformally imprimate 3D permit furnizarea agentului de răcire exact acolo unde apar punctele fierbinți în izolatorii HV. Controlerul matriței analizează temperaturile în timp real și reglează debitul prin valve proporționale. Astfel, se menține un interval îngust dimensional și stabilitate dielectrica a pieselor.

Parametri tehnici cheie

1. Forța de închidere (t)

Dimensionată pe baza proiecției suprafeței piesei și a presiunii de injecție până la 2000 bar. Conectorii necesită 180–250 t, modulele chiar 900 t. Se recomandă un buffer de 10–15% pentru stabilitatea etanșării.

2. Viteza de injecție (mm/s)

Critică la pereți subțiri. Mașinile moderne ating 400–600 mm/s, ceea ce permite umplerea microcanalelor și limitează liniile de sudură.

3. Control temperatură (°C)

Zone cilindru 260–320 °C, duze 280–330 °C. Stabilitate ±1 °C protejează împotriva degradării polimerilor și perforărilor dielectrice.

4. Presiune de menținere (bar)

Monitorizată în timp real, în speciala elemente TPE. Menținerea presiunii de menținere >70% din valoarea nominală până la finalizarea mișcării de cristalizare reduce contracția.

5. Urmărirea procesului

Necesită senzori de presiune în cavitate (Kistler), temperatură, poziție șurub și identificare inserții. Datele sunt înregistrate în sistemul MES, care generează rapoarte PPAP.

6. Energie pe ciclu (kWh)

Mașinile electrice mențin 0,35–0,5 kWh/ciclu la conectori. Hibridele cu pompă cu debit variabil consumă cu 15% mai mult, dar oferă forță de închidere mai mare.

7. Automatizare

Celulele e-mobility necesită roboți de preluare (3-axe sau 6-axe), sisteme de viziune 2D/3D, stații de test HV (hipot 1500 V) și marcare laser DPM.

8. Stabilitate proces

Indicii Cp, Cpk ar trebui să se mențină peste 1,67 pentru dimensiunile critice de izolație. Sistemul SPC oprește automat linia când tendința se apropie de limitele de control. Datele sunt arhivate și furnizate clienților OEM prin portaluri de calitate.

9. Securitate date

Mașinile de injecție trebuie să suporte criptarea rețetelor, autentificarea operatorilor prin carduri RFID și urmărirea modificărilor parametrilor cu semnătură electronică. Respectarea cerințelor TISAX nivel 3 devine tot mai des condiție de colaborare cu concernurile auto.

Aplicații în e-mobility

Baterii de tracțiune

Producție conectori HV, prize joasă tensiune LV124, distanțiere izolante și corpuri module. Necesită materiale UL 94 V-0, teste TüV și precizie ±0,05 mm.

Stații de încărcare și încărcătoare onboard

Mașinile de injecție produc prize CCS, carcase invertor și module de răcire. Contează rezistența la UV și chimicale precum și teste IP55.

Sisteme de management energetic

Carcase BMS, componente transformatoare de curent, elemente de izolație în cutii HV. Parametri EMC cheie și integrare inserții de cupru.

Segment autobuze și heavy-duty

Etanșări groase, elemente structurale și suporturi baterii. Necesară forță mare de închidere și control deformări termice.

Micromobilitate

Conectori pentru trotinete și biciclete electrice, unde contează cost scăzut al piesei și mașini compacte sub 150 t.

Sisteme de stocare energie (ESS)

Acest segment se dezvoltă la fel de dinamic ca automotive. Mașinile de injecție produc izolatori, șine colectoare și elemente de răcire pentru depozite staționare. Cerințele includ rezistență la foc UL 9540A și funcționare în climă tropicală, deci controlul umidității în linie devine standard.

Cum alegi mașina de injecție pentru e-mobility?

1. Analiza componentei

• Proiecție suprafață, lungime de curgere, tip material și cerințe dielectrice.
• Determinarea forței de închidere + buffer.
• Stabilirea numărului de cavități și strategiei canalelor fierbinți.

2. Cost total

• Comparație TCO mașină electrică vs. hibridă.
• Incluziune costuri matriță cu senzori și automatizare.
• Analiză consum energie și posibilități recuperare căldură.

3. Arhitectură automatizare

• Compatibilitate OPC UA, MQTT și securitate cibernetică IEC 62443.
• Suport rețete Automotive SPICE, integrare cu MES/MOM.
• Posibilitate extindere cu inteligență artificială proces.

4. Standarde și validări

• ISO 9001, IATF 16949, PPAP, audituri OEM.
• Securitate electrică IEC 60664, UL 94.
• Trasabilitate la nivel piesă individuală.

5. Partener tehnologic

• Service 24/7 și disponibilitate piese în gigafabrici.
• Suport în simulări Moldflow și proces validare PPAP.
• Experiență în automatizare celule cu înșurubare inserții.

6. Scalabilitate

• Posibilitate extindere celulă cu roboți suplimentari sau stații test fără schimbare controller.
• Rezervă putere răcire și alimentare pentru modernizări viitoare.
• Standardizare interfețe pentru relocare rapidă mașini între fabrici.

Mentenanță și conservare

Mentenanța în stațiile e-mobility necesită combinarea predicției cu proceduri riguroase de calitate. Mașinile de injecție sunt echipate cu senzori de vibrații, temperatură și uzură a șurubului, care transmit date către sistemul CMMS. Analiza tendințelor permite planificarea înlocuirii valvelor hidraulice, filtrelor HEPA sau calibrarea senzorilor de presiune înainte de apariția reclamațiilor.

O dată pe tură se efectuează controlul curățeniei zonei de lucru, o dată pe săptămână – teste HiPot și măsurători ale rezistenței de suprafață a piesei. Matrițele trec inspecție la fiecare 50 tys. cicluri: curățarea canalelor de răcire, ungerea ghidajelor, controlul acelor valvelor. Automatizarea trebuie actualizată regulat din perspectiva securității cibernetice, iar sistemul de trasabilitate arhivează datele pentru minim 15 lani conform cerințelor OEM.

Merită implementat un program de Condition Based Maintenance. Operatorii înregistrează defecte vizuale și auditive în aplicația mobilă, iar algoritmii analizează corelațiile dintre simptome și defecțiuni. Astfel, este posibilă reducerea opririlor planificate cu chiar 30%. Mentenanța producției colaborează și cu furnizorii de materiale – datele de la uscătoare și dozatoare ajută la detectarea anomaliilor de umiditate, înainte ca acestea să afecteze parametrii de izolație ai conectorilor.

Rezumat

Injectarea componentelor e-mobility combină cele mai înalte cerințe de calitate cu o presiune imensă asupra timpului și costurilor. Cheia este o mașină de injecție configurată corespunzător – electrică sau hibridă – care colaborează cu o matriță inteligentă, sisteme de trasabilitate și o automatizare extinsă. Analiza componentei, selectarea parametrilor, integrarea IT și mentenanța consecventă a producției decid dacă fabrica va livra milioane de bucăți de conectori HV fără reclamații. TEDESolutions sprijină producătorii pe tot ciclul de viață al stației: de la audit, prin punere în funcțiune, până la mentenanța predictivă, pentru ca liniile e-mobility să rămână competitive pentru generațiile viitoare de vehicule electrice.