Örgülü lent, qəlibləmə və forma kilidləməni birləşdirərək, herone geniş tətbiqlər üçün nümayiş etdirici olaraq bir hissəli, yüksək fırlanma anı dişli ötürücü valı istehsal edir.
Vahidləşdirilmiş kompozit dişli ötürücü valı.Herone hörüklü termoplastik kompozit prepreg lentlərdən ötürücü valın laminatını birləşdirən və dişli çarxlar kimi funksional elementləri aşındıran, çəkisini, hissələrin sayını, yığılma vaxtını və maya dəyərini azaldan vahid strukturlar istehsal edən proses üçün preformlar kimi istifadə edir.Bütün şəkillər üçün mənbə |qəhrəman
Hazırkı proqnozlar növbəti 20 il ərzində kommersiya təyyarə parkının iki dəfə artırılmasını tələb edir.Bunu təmin etmək üçün 2019-cu ildə kompozit tərkibli intensiv geniş gövdəli reaktiv təyyarələr üçün istehsal dərəcələri OEM üçün ayda 10-14 arasında dəyişir, dar gövdələr isə hər OEM üçün ayda 60-a qədər artıb.Airbus xüsusi olaraq təchizatçılarla işləyir ki, A320-də ənənəvi, lakin çox vaxt tələb edən, əl laynerindən əvvəl hazırlanmış hissələri yüksək təzyiqli qatran ötürmə qəlibi (HP-RTM) kimi daha sürətli, 20 dəqiqəlik dövriyyə prosesləri vasitəsilə hazırlanmış hissələrə keçir. təchizatçılar ayda 100 təyyarəyə doğru daha bir təkan qarşılayır.Bu arada, inkişaf etməkdə olan şəhər hava hərəkətliliyi və nəqliyyat bazarı ildə 3000 elektrik şaquli qalxma və eniş (EVTOL) təyyarəsinə (ayda 250) ehtiyac olduğunu proqnozlaşdırır.
"Sənaye, termoplastik kompozitlər tərəfindən təklif olunan funksiyaları birləşdirməyə imkan verən qısaldılmış dövrə müddəti olan avtomatlaşdırılmış istehsal texnologiyalarını tələb edir" dedi kompozit texnologiya və hissələrin istehsalı olan herone (Drezden, Almaniya) şirkətinin həmtəsisçisi və idarəedici tərəfdaşı Daniel Barfuss polifenilensulfiddən (PPS) polietereterketona (PEEK), polieterketoneketona (PEKK) və poliarileterketona (PAEK) qədər yüksək performanslı termoplastik matris materiallarından istifadə edən firma.“Bizim əsas məqsədimiz termoplastik kompozitlərin (TPC) yüksək performansını daha aşağı qiymətlə birləşdirmək, daha geniş çeşiddə seriyalı istehsal proqramları və yeni tətbiqlər üçün uyğunlaşdırılmış hissələri təmin etməkdir”, - Heronenin ikinci həmtəsisçisi və idarəedicisi Dr. Christian Garthaus əlavə edir. tərəfdaş.
Buna nail olmaq üçün şirkət tam hopdurulmuş, davamlı lif lentlərindən başlayaraq, bu lentləri hörərək içi boş preform “organoTube” formalaşdırmaq və orqanoTubeləri dəyişən en kəsiyi və formalı profillərə birləşdirərək yeni yanaşma işləyib hazırlamışdır.Sonrakı proses addımında o, kompozit dişlilər kimi funksional elementləri ötürmə valına, borulara ucluq hissələri və ya yük ötürmə elementlərini gərginlik-sıxılma dayaqlarına inteqrasiya etmək üçün TPC-lərin qaynaq qabiliyyəti və termoformasiya qabiliyyətindən istifadə edir.Barfuss əlavə edir ki, keton matrisi təchizatçısı Victrex (Cleveleys, Lancashire, UK) və hissələri təchizatçısı Tri-Mack (Bristol, RI, ABŞ) tərəfindən hazırlanmış hibrid qəlibləmə prosesindən istifadə etmək imkanı var, bu da profillər üçün daha aşağı ərimə temperaturlu PAEK lentindən istifadə edir. və üst-qəlibləmə üçün PEEK, birləşmə boyunca əridilmiş, tək bir material əldə etməyə imkan verir (bax: “Yüksək qəlibləmə PEEK-in kompozitlərdə çeşidini genişləndirir”)."Bizim uyğunlaşmamız həm də həndəsi formanın kilidlənməsinə imkan verir," o əlavə edir, "daha yüksək yüklərə tab gətirə bilən inteqrasiya edilmiş strukturlar istehsal edir."
Heron prosesi tam hopdurulmuş karbon lifi ilə gücləndirilmiş termoplastik lentlərdən başlayır, orqan borulara hörülür və birləşdirilir.Garthaus deyir: "Biz 10 il əvvəl aviasiya üçün kompozit hidravlik borular hazırlayaraq bu organoTubes ilə işləməyə başladıq".O izah edir ki, heç bir təyyarənin hidravlik borusunun eyni həndəsəsi olmadığı üçün mövcud texnologiyadan istifadə edərək hər biri üçün qəlib lazım olacaq.“Bizə borunun fərdi həndəsəsinə nail olmaq üçün sonradan emal oluna bilən boru lazım idi.Beləliklə, ideya davamlı kompozit profillər hazırlamaq və sonra CNC onları istədiyiniz həndəsələrə bükmək idi.
Şək. 2 Örgülü prepreg lentləri heronun inyeksiya əmələ gətirmə prosesi üçün orqanoTubes adlanan şəbəkə formalı preformları təmin edir və müxtəlif formaların istehsalına imkan verir.
Bu, Sigma Precision Components-in (Hinckley, Böyük Britaniya) karbon lifi/PEEK mühərrik sarğı ilə etdiklərinə bənzəyir (bax: “Aeromühərriklərin kompozit borularla düzəldilməsi”)."Onlar oxşar hissələrə baxırlar, lakin fərqli konsolidasiya metodundan istifadə edirlər" deyə Garthaus izah edir.“Bizim yanaşmamızla biz aerokosmik strukturlar üçün 2%-dən az məsaməlilik kimi artan performans potensialını görürük.”
Garthausun Ph.D.ILK-da tezis işi örgülü borular istehsal etmək üçün davamlı termoplastik kompozit (TPC) pultrusionundan istifadə edərək tədqiq edildi, bu da TPC boruları və profilləri üçün patentləşdirilmiş davamlı istehsal prosesi ilə nəticələndi.Bununla belə, hələ ki, herone fasiləsiz qəlibləmə prosesindən istifadə edərək aviasiya təchizatçıları və müştəriləri ilə işləməyi seçib."Bu, bizə əyri profillər və müxtəlif en kəsiyi olanlar da daxil olmaqla, bütün müxtəlif formaları düzəltmək, həmçinin yerli yamaqlar və təbəqələrin kəsilməsini tətbiq etmək azadlığı verir" deyə izah edir.“Biz yerli yamaqların inteqrasiyası prosesini avtomatlaşdırmaq və sonra onları kompozit profillə birgə konsolidasiya etmək üzərində işləyirik.Əsasən, düz laminatlar və qabıqlarla edə biləcəyiniz hər şeyi borular və profillər üçün edə bilərik.
Garthaus deyir ki, bu TPC içi boş profillərin edilməsi əslində ən çətin problemlərdən biri idi.“Siz silikon sidik kisəsi ilə möhür və ya üfürmə üsullarından istifadə edə bilməzsiniz;ona görə də biz yeni bir proses hazırlamalı olduq”.Lakin bu proses çox yüksək performanslı və uyğunlaşdırıla bilən boru və mil əsaslı hissələri əldə etməyə imkan verir, o qeyd edir.O, həmçinin Victrex-in hazırladığı hibrid qəlibdən istifadə etməyə imkan verdi, burada aşağı ərimə temperaturu olan PAEK PEEK ilə qəliblənərək orqan vərəqini və inyeksiya qəlibini bir addımda birləşdirdi.
OrganoTube örgülü lent preformlarından istifadənin digər diqqətəlayiq cəhəti onların çox az tullantı çıxarmasıdır.Garthaus vurğulayır: "Hörgü ilə biz 2%-dən az tullantıya sahibik və bu, TPC lenti olduğundan, materialdan istifadə nisbətini 100%-ə çatdırmaq üçün bu az miqdarda tullantıları yenidən qəlibləmədə istifadə edə bilərik".
Barfuss və Garthaus inkişaf işlərinə TU Drezdendəki Yüngül Mühəndislik və Polimer Texnologiyaları İnstitutunda (ILK) tədqiqatçılar kimi başladılar."Bu, kompozitlər və hibrid yüngül dizaynlar üzrə ən böyük Avropa institutlarından biridir" deyə Barfus qeyd edir.O və Garthaus orada təxminən 10 il ərzində davamlı TPC pultruziyası və müxtəlif birləşmə növləri daxil olmaqla bir sıra inkişaflar üzərində işləmişdir.Bu iş nəhayət, indi qəhrəman TPC proses texnologiyasına daxil edildi.
"Daha sonra biz Almaniyanın EXIST proqramına müraciət etdik, bu proqram bu cür texnologiyanı sənayeyə köçürməyə yönəldilib və hər il müxtəlif tədqiqat sahələrində 40-60 layihəni maliyyələşdirir" dedi Barfuss."Biz əsas avadanlıq, dörd işçi və miqyasın genişləndirilməsinin növbəti addımı üçün investisiya üçün maliyyə aldıq."2018-ci ilin may ayında JEC World-də sərgiləndikdən sonra qəhrəman yaratdılar.
JEC World 2019-a qədər qəhrəman yüngül, yüksək fırlanma anı, inteqrasiya olunmuş dişli ötürücü və ya dişli val da daxil olmaqla bir sıra nümayiş hissələri istehsal etdi."Biz hissənin tələb etdiyi bucaqlarda hörülmüş karbon lifi/PAEK lenti orqanoTube istifadə edirik və onu boruda birləşdiririk" deyə Barfuss izah edir."Sonra biz borunu 200°C-də əvvəlcədən qızdırırıq və 380°C-də qısa karbon lifi ilə gücləndirilmiş PEEK yeritməklə hazırlanmış dişli ilə aşındırırıq."Üstünə qəlibləmə Autodesk-dən (San Rafael, Kaliforniya, ABŞ) Moldflow Insight-dan istifadə edərək modelləşdirilmişdir.Kalıbın doldurulma müddəti 40,5 saniyəyə optimallaşdırılıb və Arburg (Lossburg, Almaniya) ALLROUNDER injection qəlibləmə maşını ilə əldə edilib.
Bu qəlibləmə təkcə montaj xərclərini, istehsal mərhələlərini və logistikanı azaldır, həm də performansı artırır.PAEK şaftının ərimə temperaturu ilə həddindən artıq qəliblənmiş PEEK dişlisinin ərimə temperaturu arasındakı 40°C fərq molekulyar səviyyədə ikisi arasında birləşmiş ərimə birləşməsinə imkan verir.Birləşmə mexanizminin ikinci növü, formanın kilidlənməsi, formanın kilidləmə konturunu yaratmaq üçün overqəlibləmə zamanı şaftı eyni vaxtda termoformasiya etmək üçün enjeksiyon təzyiqindən istifadə etməklə əldə edilir.Bunu aşağıdakı Şəkil 1-də “injection əmələ gətirən” kimi görmək olar.O, dişli çarxın hamar dairəvi en kəsiyə qarşı birləşdirildiyi yerdə büzməli və ya sinusoidal çevrə yaradır ki, bu da həndəsi olaraq bağlanan forma ilə nəticələnir.Bu, sınaqda nümayiş etdirildiyi kimi inteqrasiya olunmuş dişli şaftın gücünü daha da artırır (aşağı sağdakı qrafikə baxın).1. Victrex və ILK ilə əməkdaşlıqda hazırlanmış herone inteqral dişli şaftda (yuxarıda) forma-bloklama konturu yaratmaq üçün qəlibləmə zamanı enjeksiyon təzyiqindən istifadə edir. Bu enjeksiyon əmələ gətirmə prosesi forma kilidi ilə inteqrasiya olunmuş dişli şafta (qrafikdə yaşıl əyri) imkan verir. forma kilidləmədən (qrafikdə qara əyri) qəliblənmiş ötürmə valı ilə müqayisədə daha yüksək fırlanma momentini qoruyun.
Garthaus deyir: "Bir çox insanlar həddindən artıq qəlibləmə zamanı ərintilərin birləşməsinə nail olurlar və başqaları kompozitlərdə forma kilidləmədən istifadə edirlər, lakin əsas hər ikisini vahid, avtomatlaşdırılmış prosesdə birləşdirməkdir."O izah edir ki, Şəkil 1-dəki sınaq nəticələri üçün həm mil, həm də dişli çarxın tam çevrəsi ayrıca sıxışdırılıb, sonra kəsmə yüklənməsinə səbəb olmaq üçün fırlanıb.Qrafikdəki ilk nasazlıq, forma kilidləmədən həddindən artıq qəliblənmiş PEEK dişli üçün olduğunu göstərmək üçün dairə ilə qeyd olunur.İkinci nasazlıq ulduza bənzəyən bükülmüş bir dairə ilə qeyd olunur, bu, forma kilidi ilə həddindən artıq qəliblənmiş dişlinin sınaqdan keçirildiyini göstərir.Garthaus deyir: "Bu vəziyyətdə həm birləşmiş, həm də forma kilidli bir birləşməyə sahibsiniz və fırlanma anı yükündə demək olar ki, 44% artım əldə edirsiniz."Onun sözlərinə görə, indiki problem, bu dişli şaftın nasazlıqdan əvvəl idarə edəcəyi fırlanma anı daha da artırmaq üçün daha erkən mərhələdə yükü götürmək üçün forma kilidini əldə etməkdir.
Heronun enjeksiyon forması ilə əldə etdiyi kontur formasının bağlanması ilə bağlı vacib bir məqam, onun tamamilə fərdi hissəyə uyğun olması və həmin hissənin yüklənməsinə tab gətirməsidir.Məsələn, dişli şaftda forma kilidləmə çevrəvidir, lakin aşağıda olan gərginlik-sıxılma dayaqlarında ekseneldir.Garthaus deyir: "Buna görə də bizim inkişaf etdirdiyimiz daha geniş bir yanaşmadır"."Funksiyaları və hissələri necə inteqrasiya etməyimiz fərdi tətbiqdən asılıdır, lakin bunu nə qədər çox edə bilsək, bir o qədər çox çəki və xərcə qənaət edə bilərik."
Həmçinin, dişlilər kimi həddindən artıq qəliblənmiş funksional elementlərdə istifadə olunan qısa lifli gücləndirilmiş keton əla aşınma səthləri təmin edir.Victrex bunu sübut etdi və əslində bu faktı PEEK və PAEK materialları üçün bazara çıxarır.
Barfuss qeyd edir ki, aerokosmik kateqoriyada 2019-cu ildə JEC Dünya İnnovasiya Mükafatı ilə tanınan inteqrasiya olunmuş dişli şaft “yalnız bir tətbiqə yönəlmiş bir proses deyil, yanaşmamızın nümayişidir.Biz funksionallaşdırılmış, inteqrasiya olunmuş strukturlar istehsal etmək üçün TPC-lərin istehsalını nə qədər asanlaşdıra biləcəyimizi və xüsusiyyətlərindən istifadə edə biləcəyimizi araşdırmaq istədik.Şirkət hazırda dayaqlar kimi tətbiqlərdə istifadə edilən gərginlik-sıxılma çubuqlarını optimallaşdırır.
Şək. 3 Gərginlik-sıxılma dayaqlarıEnjeksiyon-formalaşdırma dayaqlara qədər uzadılır, burada heron birləşmənin möhkəmliyini artırmaq üçün eksenel forma kilidindən istifadə edərək metal yük ötürmə elementini hissə strukturuna aşır.
Gərginlik-sıxılma dayaqlarının funksional elementi yükləri metal çəngəldən kompozit boruya ötürən metal interfeys hissəsidir (aşağıdakı təsvirə baxın).Enjeksiyon-formalaşdırma metal yük daxiletmə elementini kompozit dayaq gövdəsinə inteqrasiya etmək üçün istifadə olunur.
"Bizim verdiyimiz əsas fayda hissələrin sayını azaltmaqdır" dedi.“Bu, yorğunluğu asanlaşdırır, bu da təyyarə dayaqlarının tətbiqi üçün böyük problemdir.Forma kilidləmə artıq plastik və ya metal əlavə ilə termoset kompozitlərində istifadə olunur, lakin heç bir yapışqan birləşmə yoxdur, buna görə hissələr arasında kiçik bir hərəkət əldə edə bilərsiniz.Bununla belə, bizim yanaşmamız belə bir hərəkət olmadan vahid struktur təmin edir”.
Garthaus, bu hissələr üçün başqa bir problem kimi zərərə dözümlülüyünü qeyd edir."Siz dayaqlara təsir etməli və sonra yorğunluq testi etməlisiniz" dedi.“Yüksək performanslı termoplastik matris materiallarından istifadə etdiyimiz üçün biz termosetlərlə müqayisədə 40%-ə qədər daha yüksək zədə tolerantlığına nail ola bilərik, həmçinin təsirdən yaranan hər hansı mikro çatlar yorğunluq yükü ilə daha az böyüyür.”
Nümayiş dirəkləri metal əlavə göstərsə də, herone hazırda kompozit dayaq gövdəsi ilə yük giriş elementi arasında yapışqan birləşməyə imkan verən tam termoplastik həll hazırlayır.Garthaus deyir: "Bacardıqca, karbon, şüşə, davamlı və qısa lif daxil olmaqla, lif gücləndiricilərinin növünü dəyişdirərək, tam kompozit qalmağa və xüsusiyyətləri tənzimləməyə üstünlük veririk".“Bu yolla biz mürəkkəbliyi və interfeys problemlərini minimuma endirmiş oluruq.Məsələn, termosetlər və termoplastikləri birləşdirməklə müqayisədə bizdə çox az problem var”.Bundan əlavə, PAEK və PEEK arasındakı bağ Tri-Mack tərəfindən sınaqdan keçirilmiş və nəticələr onun əsas bir istiqamətli CF/PAEK laminatının gücündən 85%-ə sahib olduğunu və sənaye standartı epoksi film yapışdırıcısından istifadə edərək yapışqan bağlardan iki dəfə güclü olduğunu göstərmişdir.
Barfuss deyir ki, heronenin hazırda doqquz işçisi var və texnoloji inkişaf təchizatçısından aviasiya hissələri tədarükçüsünə keçir.Onun növbəti böyük addımı Drezdendə yeni fabrikin inkişafıdır."2020-ci ilin sonuna qədər birinci seriya hissələrini istehsal edən pilot zavodumuz olacaq" dedi.“Biz artıq aviasiya OEM-ləri və əsas Tier 1 təchizatçıları ilə işləyirik, bir çox müxtəlif tətbiq növləri üçün dizaynları nümayiş etdiririk.”
Şirkət həmçinin ABŞ-da eVTOL təchizatçıları və müxtəlif əməkdaşlarla işləyir. Qəhrəman aviasiya proqramlarını yetişdirdikcə, o, həmçinin yarasalar və velosiped komponentləri də daxil olmaqla idman malları tətbiqləri ilə istehsal təcrübəsi qazanır.Garthaus deyir: "Bizim texnologiyamız məhsuldarlıq, dövriyyə müddəti və xərc üstünlükləri ilə geniş çeşiddə kompleks hissələri istehsal edə bilər".“PEEK-dən istifadə edən dövrə vaxtımız 20 dəqiqədir, avtoklavda qurudulmuş prepreqdən istifadə etməklə isə 240 dəqiqə.Biz geniş imkanlar sahəsi görürük, lakin hələlik diqqətimiz ilk tətbiqlərimizi istehsala daxil etmək və bu cür hissələrin dəyərini bazara nümayiş etdirməkdir”.
Herone həmçinin Carbon Fiber 2019-da təqdim olunacaq. Tədbir haqqında daha çox məlumat əldə edin carbonfiberevent.com.
Ənənəvi əl düzümünün optimallaşdırılmasına diqqət yetirərək, burulğan və təkan reverser istehsalçıları gələcəkdə avtomatlaşdırma və qapalı qəlibləmə istifadəsinə diqqət yetirirlər.
Təyyarə silah sistemi sıxılma qəlibləmə səmərəliliyi ilə karbon/epoksinin yüksək performansını qazanır.
Kompozitlərin ətraf mühitə təsirinin hesablanması üsulları, səviyyəli oyun sahəsində ənənəvi materiallarla verilənlərə əsaslanan müqayisələrə imkan verir.
Göndərmə vaxtı: 19 avqust 2019-cu il