Duke kombinuar shiritin me gërsheta, formimin e tepërt dhe mbylljen e formës, herone prodhon bosht ingranazhesh një-copëshe, me çift rrotullues të lartë si demonstrues për një gamë të gjerë aplikimesh.
Bosht ingranazhi i bashkuar i përbërë.Herone përdor shirita parapregues të përbërë termoplastikë të gërshetuar si preforma për një proces që konsolidon laminatin e boshtit të makinës dhe mbiformon elementë funksionalë si ingranazhet, duke prodhuar struktura të unifikuara që reduktojnë peshën, numrin e pjesëve, kohën e montimit dhe koston.Burimi për të gjitha imazhet |herone
Parashikimet aktuale kërkojnë një dyfishim të flotës së avionëve komercialë gjatë 20 viteve të ardhshme.Për të përshtatur këtë, normat e prodhimit në vitin 2019 për avionët me trup të gjerë të përbërë nga kompleksi variojnë nga 10 në 14 në muaj për OEM, ndërsa trupat e ngushtë tashmë janë rritur në 60 në muaj për OEM.Airbus po punon në mënyrë specifike me furnitorët për të ndërruar pjesët tradicionale, por intensive në kohë, parapregatitje me dorë në A320 në pjesë të bëra nëpërmjet proceseve më të shpejta dhe kohore 20-minutëshe, si formimi i transferimit të rrëshirës me presion të lartë (HP-RTM), duke ndihmuar kështu pjesën furnitorët përballen me një shtytje të mëtejshme drejt 100 avionëve në muaj.Ndërkohë, tregu në zhvillim i lëvizshmërisë ajrore dhe transportit urban parashikon nevojën për 3,000 avionë elektrikë të ngritjes dhe uljes vertikale (EVTOL) në vit (250 në muaj).
“Industria kërkon teknologji të automatizuara prodhimi me kohë të shkurtuara cikli që gjithashtu lejojnë funksionet integruese, të cilat ofrohen nga kompozitat termoplastikë”, thotë Daniel Barfuss, bashkëthemelues dhe partner menaxhues i herone (Drezden, Gjermani), një teknologji kompozitesh dhe prodhim pjesësh. firmë që përdor materiale matrice termoplastike me performancë të lartë nga polifenilesulfidi (PPS) në polietereterketon (PEEK), polieterketoneketon (PEKK) dhe poliarileterketon (PAEK).“Objektivi ynë kryesor është të kombinojmë performancën e lartë të kompoziteve termoplastikë (TPC) me kosto më të ulët, për të mundësuar pjesë të përshtatura për një shumëllojshmëri më të gjerë të aplikacioneve të prodhimit serik dhe aplikacioneve të reja,” shton Dr. partner.
Për ta arritur këtë, kompania ka zhvilluar një qasje të re, duke filluar me shiritat me fibra të ngopura plotësisht, të vazhdueshme, duke gërshetuar këto shirita për të formuar një preformë të zbrazët "organoTube" dhe duke konsoliduar organoTubat në profile me seksione tërthore dhe forma të ndryshueshme.Në një hap të mëpasshëm të procesit, ai përdor saldueshmërinë dhe termoformueshmërinë e TPC-ve për të integruar elementë funksionalë të tillë si ingranazhet e përbëra në boshtet lëvizëse, pajisjet fundore në tuba ose elementët e transferimit të ngarkesës në shiritat e tensionit-ngjeshjes.Barfuss shton se ekziston mundësia për të përdorur një proces formimi hibrid - i zhvilluar nga furnizuesi i matricës ketonike Victrex (Cleveleys, Lancashire, MB) dhe furnizuesi i pjesëve Tri-Mack (Bristol, RI, SHBA) - që përdor shiritin PAEK me temperaturë më të ulët të shkrirjes për profilet dhe PEEK për mbiformimin, duke mundësuar një material të shkrirë e të vetëm përgjatë bashkimit (shih “Mbiformimi zgjeron gamën e PEEK në përbërje”)."Përshtatja jonë mundëson gjithashtu mbylljen e formës gjeometrike," shton ai, "e cila prodhon struktura të integruara që mund të përballojnë ngarkesa edhe më të larta."
Procesi i heronit fillon me shirita termoplastikë të përforcuar me fibra karboni plotësisht të ngopura, të cilat gërshetohen në organoTuba dhe konsolidohen."Ne filluam të punojmë me këto organoTuba 10 vjet më parë, duke zhvilluar tuba hidraulikë të përbërë për aviacionin," thotë Garthaus.Ai shpjegon se për shkak se nuk ka dy tuba hidraulikë të avionëve që kanë të njëjtën gjeometri, do të duhej një kallëp për secilin, duke përdorur teknologjinë ekzistuese.“Ne kishim nevojë për një tub që mund të përpunohej pas për të arritur gjeometrinë individuale të tubit.Pra, ideja ishte të krijonim profile të vazhdueshme të përbëra dhe më pas CNC t'i përkulte ato në gjeometritë e dëshiruara.
Fig. 2 Shiritat prepreg me gërsheta ofrojnë preforma në formë rrjete të quajtura organoTubes për procesin e formimit të injektimit të heronit dhe mundësojnë prodhimin e formave të ndryshme.
Kjo tingëllon e ngjashme me atë që po bën Sigma Precision Components (Hinckley, MB) (shih "Rregullimi i motorëve aeroplanë me tuba të përbërë") me veshjen e motorit me fibër karboni/PEEK."Ata po shikojnë pjesë të ngjashme, por përdorin një metodë të ndryshme konsolidimi," shpjegon Garthaus."Me qasjen tonë, ne shohim potencial për rritjen e performancës, siç është poroziteti më pak se 2% për strukturat e hapësirës ajrore."
Dr. Dr. Garthaus.Puna e tezës në ILK u eksplorua duke përdorur pultrusion të vazhdueshëm termoplastik të përbërë (TPC) për të prodhuar tuba të thurura, gjë që rezultoi në një proces të patentuar të prodhimit të vazhdueshëm për tubat dhe profilet TPC.Megjithatë, tani për tani, Herone ka zgjedhur të punojë me furnizuesit dhe klientët e aviacionit duke përdorur një proces formimi të ndërprerë."Kjo na jep lirinë për të bërë të gjitha format e ndryshme, duke përfshirë profilet e lakuara dhe ato me seksion kryq të ndryshëm, si dhe aplikimin e arnave lokale dhe lëshimeve të shtresave," shpjegon ai.“Ne po punojmë për të automatizuar procesin për integrimin e arnimeve lokale dhe më pas bashkëkonsolidimin e tyre me profilin e përbërë.Në thelb, gjithçka që mund të bëni me laminat dhe guaska të sheshta, ne mund të bëjmë për tuba dhe profile.”
Bërja e këtyre profileve të zbrazëta TPC ishte në fakt një nga sfidat më të vështira, thotë Garthaus.“Ju nuk mund të përdorni formimin e vulave ose fryrjen me një fshikëz silikoni;Pra, ne duhej të zhvillonim një proces të ri.”Por ky proces mundëson pjesë me performancë shumë të lartë dhe të përshtatshme për tub dhe bosht, vëren ai.Ai gjithashtu mundësoi përdorimin e formimit hibrid që zhvilloi Victrex, ku temperatura më e ulët e shkrirjes PAEK mbiformohet me PEEK, duke konsoliduar fletën organike dhe formimin me injeksion në një hap të vetëm.
Një tjetër aspekt i dukshëm i përdorimit të preformave të shiritit me gërsheta organoTube është se ato prodhojnë shumë pak mbetje.“Me gërsheta, kemi më pak se 2% mbetje dhe për shkak se është shirit TPC, ne mund ta përdorim këtë sasi të vogël mbetjesh në mbiformim për të arritur shkallën e përdorimit të materialit deri në 100%,” thekson Garthaus.
Barfuss dhe Garthaus filluan punën e tyre të zhvillimit si studiues në Institutin e Inxhinierisë së Lehtë dhe Teknologjisë së Polimerëve (ILK) në TU Dresden."Ky është një nga institutet më të mëdha evropiane për përbërjet dhe dizajnet hibride me peshë të lehtë," vëren Barfuss.Ai dhe Garthaus punuan atje për gati 10 vjet në një sërë zhvillimesh, duke përfshirë pultrusionin e vazhdueshëm të TPC dhe lloje të ndryshme bashkimi.Ajo punë përfundimisht u distilua në atë që tani është teknologjia e procesit herone TPC.
“Më pas aplikuam në programin gjerman EXIST, i cili synon transferimin e një teknologjie të tillë në industri dhe financon 40-60 projekte çdo vit në një gamë të gjerë fushash kërkimore,” thotë Barfuss.“Ne morëm fonde për pajisje kapitale, katër punonjës dhe investim për hapin tjetër të rritjes”.Ata formuan heroinë në maj 2018 pas ekspozimit në JEC World.
Deri në JEC World 2019, herone kishte prodhuar një sërë pjesësh demonstruese, duke përfshirë një bosht ingranazhesh të integruar me peshë të lehtë, me çift rrotullues të lartë, ose bosht ingranazhesh."Ne përdorim një organoTube me fibër karboni/kasetë PAEK të gërshetuar në këndet e kërkuara nga pjesa dhe e konsolidojmë atë në një tub," shpjegon Barfuss.“Më pas e ngrohim tubin në 200°C dhe e mbiformojmë me një ingranazh të bërë duke injektuar PEEK të shkurtër të përforcuar me fibër karboni në 380°C.”Mbiformimi u modelua duke përdorur Moldflow Insight nga Autodesk (San Rafael, Kaliforni, SHBA).Koha e mbushjes së mykut u optimizua në 40,5 sekonda dhe u arrit duke përdorur një makinë formimi me injeksion ALLROUNDER Arburg (Lossburg, Gjermani).
Ky formim i tepërt jo vetëm që redukton kostot e montimit, hapat e prodhimit dhe logjistikën, por gjithashtu rrit performancën.Diferenca prej 40°C midis temperaturës së shkrirjes së boshtit PAEK dhe asaj të ingranazhit PEEK të mbiformuar mundëson lidhjen kohezive të shkrirjes midis të dyjave në nivel molekular.Një lloj i dytë i mekanizmit të bashkimit, mbyllja e formës, arrihet duke përdorur presionin e injektimit për të termoformuar njëkohësisht boshtin gjatë mbiformimit për të krijuar një kontur të mbylljes së formës.Kjo mund të shihet në Fig. 1 më poshtë si "injeksion-formues".Krijon një perimetër të valëzuar ose sinusoidal ku ingranazhi bashkohet kundrejt një seksioni kryq rrethor të lëmuar, i cili rezulton në një formë të kyçur gjeometrikisht.Kjo rrit më tej forcën e boshtit të ingranazhit të integruar, siç tregohet në testim (shih grafikun poshtë djathtas).1. E zhvilluar në bashkëpunim me Victrex dhe ILK, herone përdor presionin e injektimit gjatë derdhjes së tepërt për të krijuar një kontur të mbylljes së formës në boshtin e integruar të ingranazhit (lart). mbajë një çift rrotullues më të lartë kundrejt një boshti marshi të tejformuar pa bllokim të formës (lakore e zezë në grafik).
"Shumë njerëz po arrijnë një lidhje kohezive të shkrirjes gjatë formimit të tepërt," thotë Garthaus, "dhe të tjerë po përdorin mbylljen e formës në përbërje, por çelësi është që të kombinohen të dyja në një proces të vetëm, të automatizuar."Ai shpjegon se për rezultatet e provës në Fig. 1, boshti dhe perimetri i plotë i ingranazhit u mbërthyen veçmas, pastaj u rrotulluan për të nxitur ngarkimin e prerjes.Dështimi i parë në grafik shënohet me një rreth për të treguar se është për një ingranazh PEEK të mbiformuar pa bllokim të formës.Dështimi i dytë shënohet nga një rreth i shtrënguar që i ngjan një ylli, që tregon testimin e një ingranazhi të mbiformuar me mbyllje të formës."Në këtë rast, ju keni një bashkim koheziv dhe të mbyllur në formë," thotë Garthaus, "dhe fitoni pothuajse një rritje prej 44% në ngarkesën e çift rrotullues."Sfida tani, thotë ai, është që bllokimi i formës të marrë ngarkesën në një fazë më të hershme për të rritur më tej çift rrotullues që ky bosht ingranazhi do të trajtojë përpara dështimit.
Një pikë e rëndësishme në lidhje me mbylljen e formës së konturit që herone arrin me formimin e saj me injeksion është se ajo është plotësisht e përshtatur për pjesën individuale dhe ngarkesa që duhet të përballojë ajo pjesë.Për shembull, në boshtin e marsheve, mbyllja e formës është rrethore, por në shiritat e tensionit-ngjeshjes më poshtë, është boshtore."Kjo arsyeja pse ajo që kemi zhvilluar është një qasje më e gjerë," thotë Garthaus."Si i integrojmë funksionet dhe pjesët varet nga aplikacioni individual, por sa më shumë ta bëjmë këtë, aq më shumë peshë dhe kosto mund të kursejmë."
Gjithashtu, ketoni i përforcuar me fibra të shkurtër i përdorur në elementë funksionalë të mbiformuar si ingranazhet siguron sipërfaqe të shkëlqyera konsumimi.Victrex e ka vërtetuar këtë dhe në fakt, e tregton këtë fakt për materialet e tij PEEK dhe PAEK.
Barfuss thekson se boshti i integruar i ingranazheve, i cili u njoh me një Çmimin Botëror të Inovacionit JEC 2019 në kategorinë e hapësirës ajrore, është një "demonstrim i qasjes sonë, jo thjesht një proces i fokusuar në një aplikim të vetëm.Ne donim të eksploronim se sa mund të thjeshtonim prodhimin dhe të shfrytëzonim vetitë e TPC-ve për të prodhuar struktura të funksionalizuara dhe të integruara.”Kompania aktualisht është duke optimizuar shufrat e tensionit-ngjeshjes, të përdorura në aplikacione si shiritat.
Fig. 3 Shtylla me shtrëngim-ngjeshje Formimi i injektimit shtrihet në shirita, ku heroni mbiformon një element transferues të ngarkesës metalike në strukturën e pjesës duke përdorur mbylljen e formës aksiale për të rritur forcën e bashkimit.
Elementi funksional për shiritat shtrëngues-ngjeshës është një pjesë e ndërfaqes metalike që transferon ngarkesat në dhe nga piruni metalik në tubin e përbërë (shih ilustrimin më poshtë).Formimi me injeksion përdoret për të integruar elementin e futjes së ngarkesës metalike në trupin e kompozitit të trautit.
“Përfitimi kryesor që japim është zvogëlimi i numrit të pjesëve,” vëren ai.“Kjo thjeshton lodhjen, e cila është një sfidë e madhe për aplikimet e trautave të avionëve.Mbyllja e formës përdoret tashmë në kompozitat termoset me një futje plastike ose metalike, por nuk ka lidhje kohezive, kështu që ju mund të merrni një lëvizje të lehtë midis pjesëve.Qasja jonë, megjithatë, siguron një strukturë të bashkuar pa lëvizje të tillë.”
Garthaus përmend tolerancën ndaj dëmtimit si një sfidë tjetër për këto pjesë."Duhet të ndikoni në shiritat dhe më pas të bëni testimin e lodhjes," shpjegon ai.“Për shkak se ne përdorim materiale matrice termoplastike me performancë të lartë, mund të arrijmë deri në 40% tolerancë më të lartë ndaj dëmtimit kundrejt termoseteve, dhe gjithashtu çdo mikroçarje nga ndikimi rritet më pak me ngarkimin e lodhjes.”
Edhe pse shiritat demonstrues tregojnë një futje metalike, herone aktualisht po zhvillon një zgjidhje tërësisht termoplastike, duke mundësuar lidhjen kohezive midis trupit të kompozitit të strukut dhe elementit të futjes së ngarkesës."Kur mundemi, ne preferojmë të qëndrojmë tërësisht të përbërë dhe të rregullojmë vetitë duke ndryshuar llojin e përforcimit të fibrave, duke përfshirë karbonin, qelqin, fibrat e vazhdueshme dhe të shkurtra", thotë Garthaus.“Në këtë mënyrë, ne minimizojmë kompleksitetin dhe çështjet e ndërfaqes.Për shembull, ne kemi shumë më pak probleme në krahasim me kombinimin e termoseteve dhe termoplastikës.”Për më tepër, lidhja midis PAEK dhe PEEK është testuar nga Tri-Mack me rezultate që tregojnë se ka 85% të forcës së një laminati bazë CF/PAEK me një drejtim dhe është dy herë më i fortë se lidhjet ngjitëse duke përdorur ngjitësin standard të industrisë së filmit epoksi.
Barfuss thotë se Herone tani ka nëntë punonjës dhe po kalon nga një furnizues i zhvillimit të teknologjisë në një furnizues të pjesëve të aviacionit.Hapi tjetër i madh është zhvillimi i një fabrike të re në Dresden.“Deri në fund të vitit 2020 do të kemi një fabrikë pilot që do të prodhojë pjesë të serisë së parë,” thotë ai."Ne po punojmë tashmë me OEM të aviacionit dhe furnizuesit kryesorë të nivelit 1, duke demonstruar dizajne për shumë lloje të ndryshme aplikacionesh."
Kompania po punon gjithashtu me furnizues eVTOL dhe një shumëllojshmëri bashkëpunëtorësh në SHBA Ndërsa herone maturon aplikacionet e aviacionit, ajo po fiton gjithashtu përvojë në prodhim me aplikacionet e mallrave sportive, duke përfshirë shkop dhe komponentë biçikletash."Teknologjia jonë mund të prodhojë një gamë të gjerë pjesësh komplekse me performancë, kohë cikli dhe përfitime nga kostoja," thotë Garthaus.“Koha jonë e ciklit duke përdorur PEEK është 20 minuta, kundrejt 240 minutave duke përdorur prepreg të tharë në autoklavë.Ne shohim një fushë të gjerë mundësish, por tani për tani, fokusi ynë është të nxjerrim aplikacionet tona të para në prodhim dhe të demonstrojmë vlerën e pjesëve të tilla në treg.”
Herone do të prezantojë gjithashtu në Carbon Fiber 2019. Mësoni më shumë rreth ngjarjes në carbonfiberevent.com.
Të fokusuar në optimizimin e shtrirjes tradicionale të duarve, prodhuesit e këllëfeve dhe kthimit të shtytjes hedhin një sy në përdorimin e ardhshëm të automatizimit dhe formimit të mbyllur.
Sistemi i armëve të avionëve fiton performancën e lartë të karbonit/epoksisë me efikasitetin e formimit me ngjeshje.
Metodat për llogaritjen e ndikimit që kanë përbërësit në mjedis mundësojnë krahasime të bazuara në të dhëna me materialet tradicionale në një fushë loje të barabartë.
Koha e postimit: 19-08-2019