Камбінуючы плеценую стужку, фармоўку і фіксацыю формы, herone вырабляе цэльны карданны вал з высокім крутоўным момантам у якасці дэманстратара для шырокага спектру прымянення.
Уніфікаваны кампазіт шасцярня-прывадны вал.Herone выкарыстоўвае плеценыя тэрмапластычныя кампазітныя прэпрэгавыя стужкі ў якасці нарыхтовак для працэсу кансалідацыі ламінату карданнага вала і фармавання функцыянальных элементаў, такіх як шасцярні, вырабляючы адзіныя структуры, якія памяншаюць вагу, колькасць дэталяў, час зборкі і кошт.Крыніца для ўсіх малюнкаў |гераня
Цяперашнія прагнозы прадугледжваюць падваенне парку камерцыйных самалётаў на працягу наступных 20 гадоў.Каб улічыць гэта, у 2019 годзе вытворчасць шырокафюзеляжных рэактыўных лайнераў з кампазіцыйнымі матэрыяламі вар'іруецца ад 10 да 14 у месяц на аднаго OEM, у той час як вузкафюзеляжныя ўжо павялічыліся да 60 у месяц на аднаго OEM.Airbus спецыяльна працуе з пастаўшчыкамі, каб замяніць традыцыйныя, але працаёмкія дэталі прэпрэгаў A320, вырабленыя ўручную, на дэталі, вырабленыя з дапамогай больш хуткіх 20-хвілінных працэсаў цыкла, такіх як ліццё пад высокім ціскам (HP-RTM), дапамагаючы дэталям пастаўшчыкі адпавядаюць далейшаму штуршку да 100 самалётаў у месяц.Між тым, фарміруецца рынак гарадской паветранай мабільнасці і транспарту прагназуе патрэбу ў 3000 электрычных самалётаў вертыкальнага ўзлёту і пасадкі (EVTOL) у год (250 у месяц).
«Прамысловасць патрабуе аўтаматызаваных вытворчых тэхналогій са скарочаным часам цыклу, якія таксама дазваляюць інтэграваць функцыі, якія прапануюць тэрмапластычныя кампазітныя матэрыялы», - кажа Даніэль Барфус, сузаснавальнік і кіруючы партнёр Herone (Дрэздэн, Германія), кампаніі па вытворчасці кампазітаў і дэталяў. фірма, якая выкарыстоўвае высокаэфектыўныя тэрмапластычныя матрычныя матэрыялы ад поліфеніленсульфіду (PPS) да поліэфірэтэркетону (PEEK), поліэфіркетонкетону (PEKK) і поліарылетэркетону (PAEK).«Наша галоўная мэта складаецца ў тым, каб аб'яднаць высокую прадукцыйнасць тэрмапластычных кампазітаў (TPC) з меншым коштам, каб забяспечыць індывідуальныя дэталі для больш шырокага спектру прымянення ў серыйнай вытворчасці і новых прыкладанняў», - дадае доктар Крысціян Гартхаўз, другі сузаснавальнік і кіраўнік herone. партнёр.
Каб дасягнуць гэтага, кампанія распрацавала новы падыход, пачынаючы з цалкам прасякнутых стужак з бесперапынным валакном, сплятаючы гэтыя стужкі, каб сфармаваць полую загатоўку «organoTube», і аб'ядноўваючы organoTube у профілі з пераменным папярочным перасекам і формай.На наступнай стадыі працэсу ён выкарыстоўвае здольнасць да зварвання і тэрмафармавання TPC для інтэграцыі функцыянальных элементаў, такіх як кампазітныя шасцярні, на прывадных валах, канцавых фітынгаў на трубах або элементаў перадачы нагрузкі ў стойкі расцяжэння і сціску.Барфус дадае, што ёсць магчымасць выкарыстоўваць гібрыдны працэс фармавання, распрацаваны пастаўшчыком кетонавай матрыцы Victrex (Кліўліс, Ланкашыр, Вялікабрытанія) і пастаўшчыком запчастак Tri-Mack (Брысталь, Арыяд, ЗША), які выкарыстоўвае для профіляў стужку ПАЭК з больш нізкай тэмпературай расплаўлення. і PEEK для павярхоўнага фармавання, што дазваляе выкарыстоўваць сплаўлены адзіны матэрыял па ўсім злучэнні (гл. «Паверхневае фармаванне пашырае дыяпазон кампазітаў PEEK»).«Наша адаптацыя таксама дазваляе геаметрычную фіксацыю формы, - дадае ён, - што стварае інтэграваныя структуры, якія могуць вытрымліваць яшчэ большыя нагрузкі».
Працэс herone пачынаецца з цалкам прасякнутых тэрмапластычных стужак, умацаваных вугляродным валакном, якія ўплятаюцца ў органатрубы і кансалідуюцца.«Мы пачалі працаваць з гэтымі organoTubes 10 гадоў таму, распрацоўваючы кампазітныя гідраўлічныя трубы для авіяцыі», — кажа Гартхаўз.Ён тлумачыць, што, паколькі няма дзвюх гідраўлічных труб самалётаў, якія маюць аднолькавую геаметрыю, для кожнай з іх спатрэбіцца форма з выкарыстаннем існуючай тэхналогіі.«Нам патрэбна была труба, якую можна было б апрацаваць для дасягнення індывідуальнай геаметрыі трубы.Такім чынам, ідэя заключалася ў тым, каб зрабіць бесперапынныя кампазітныя профілі, а затым сагнуць іх з ЧПУ ў жаданую геаметрыю».
Малюнак 2 Плеценыя прэпрэгавыя стужкі ствараюць нарыхтоўкі чыстай формы, якія называюцца organoTubes, для працэсу фармавання пад ціскам Herone і дазваляюць вырабляць розныя формы.
Гэта гучыць падобна да таго, што робіць кампанія Sigma Precision Components (Хінклі, Вялікабрытанія) (гл. «Аднаўленне авіярухавікоў з кампазітнымі трубамі») з аздабленнем рухавікоў вугляродным валакном/PEEK.«Яны разглядаюць падобныя часткі, але выкарыстоўваюць іншы метад кансалідацыі», — тлумачыць Гартхаўз.«Дзякуючы нашаму падыходу, мы бачым патэнцыял для павышэння прадукцыйнасці, напрыклад, менш за 2% сітаватасці для аэракасмічных структур».
доктар філасофіі Гартхаўзадыпломная праца ў ILK даследавала выкарыстанне бесперапыннай пултрузіі з тэрмапластычных кампазітных матэрыялаў (TPC) для вытворчасці плеценых труб, што прывяло да запатэнтаванага працэсу бесперапыннай вытворчасці труб і профіляў TPC.Аднак на дадзены момант Herone вырашыў працаваць з авіяцыйнымі пастаўшчыкамі і кліентамі, выкарыстоўваючы перыядычны працэс фармавання.«Гэта дае нам свабоду ствараць розныя формы, у тым ліку выгнутыя профілі і профілі з розным папярочным сячэннем, а таксама наносіць лакальныя ўчасткі і падзенне слаёў», — тлумачыць ён.«Мы працуем над аўтаматызацыяй працэсу інтэграцыі лакальных патчаў і іх сумеснай кансалідацыі з кампазітным профілем.У прынцыпе, усё, што вы можаце зрабіць з плоскім ламінатам і абалонкамі, мы можам зрабіць для труб і профіляў».
Стварэнне гэтых полых профіляў TPC было на самай справе адной з самых складаных задач, кажа Гартхаўз.«Вы не можаце выкарыстоўваць штампаванне або выдувное фармаванне з сіліконавай бурбалкай;таму нам прыйшлося распрацаваць новы працэс».Але гэты працэс дазваляе вырабляць вельмі высокапрадукцыйныя і наладжвальныя дэталі на аснове труб і валаў, адзначае ён.Гэта таксама дазволіла выкарыстоўваць гібрыднае ліццё, распрацаванае кампаніяй Victrex, дзе ПАЭК з больш нізкай тэмпературай расплаву фармуецца з ПЭЭК, кансалідуючы арганічны ліст і ліццё пад ціскам за адзін этап.
Яшчэ адным прыкметным аспектам выкарыстання нарыхтовак плеценай стужкі OrganoTube з'яўляецца тое, што яны вырабляюць вельмі мала адходаў.«Пры пляценні мы маем менш за 2 % адходаў, і паколькі гэта стужка TPC, мы можам выкарыстоўваць гэтую невялікую колькасць адходаў назад у ліццё, каб атрымаць узровень выкарыстання матэрыялу да 100 %», — падкрэслівае Гартхаўз.
Барфус і Гартхаус пачалі сваю распрацоўку ў якасці даследчыкаў у Інстытуце лёгкай тэхнікі і тэхналогіі палімераў (ILK) Дрэздэнскага тэхналагічнага інстытута.«Гэта адзін з найбуйнейшых еўрапейскіх інстытутаў кампазітаў і гібрыдных лёгкіх канструкцый», — адзначае Барфус.Ён і Гартхаўз працавалі там амаль 10 гадоў над шэрагам распрацовак, уключаючы бесперапынную пултрузію TPC і розныя тыпы злучэнняў.Гэтая праца ў рэшце рэшт была пераведзена ў тое, што цяпер з'яўляецца тэхналогіяй працэсу herone TPC.
«Потым мы падалі заяўку на ўдзел у нямецкай праграме EXIST, якая накіравана на перадачу такіх тэхналогій прамысловасці і штогод фінансуе 40-60 праектаў у самых розных галінах даследаванняў», — кажа Барфус.«Мы атрымалі фінансаванне на капітальнае абсталяванне, чатырох супрацоўнікаў і інвестыцыі для наступнага этапу пашырэння».Яны стварылі herone у маі 2018 года пасля выставы ў JEC World.
Да выставы JEC World 2019 Herone вырабіла шэраг дэманстрацыйных дэталяў, у тым ліку лёгкі прывадны вал з высокім крутоўным момантам з убудаванай перадач або вал рэдуктара.«Мы выкарыстоўваем стужку OrganoTube з вугляроднага валакна/PAEK, сплеценую пад вугламі, неабходнымі дэталі, і аб'ядноўваем яе ў трубку», — тлумачыць Барфус.«Затым мы папярэдне разаграваем трубку пры 200°C і фарміруем яе шасцярнёй, вырабленай шляхам упырску кароткага армаванага вугляродным валакном PEEK пры 380°C».Пакрыццё было змадэлявана з дапамогай Moldflow Insight ад Autodesk (Сан-Рафаэль, Каліфорнія, ЗША).Час запаўнення формы быў аптымізаваны да 40,5 секунд і дасягнуты з дапамогай машыны для ліцця пад ціскам Arburg (Лосбург, Германія) ALLROUNDER.
Такое афармленне не толькі зніжае выдаткі на зборку, этапы вытворчасці і лагістыку, але і павышае прадукцыйнасць.Розніца ў 40°C паміж тэмпературай расплаву вала ПАЭК і шасцярэнькі з аформленага ПЭЭК забяспечвае згуртаваную сувязь расплаву паміж імі на малекулярным узроўні.Другі тып механізму злучэння, фіксацыя формы, дасягаецца шляхам выкарыстання ціску ўпырску для адначасовага тэрмафармавання вала падчас фармавання, каб стварыць контур фіксацыі формы.Гэта можна ўбачыць на малюнку 1 ніжэй як "ін'екцыйнае фарміраванне".Ён стварае гафрыраваную або сінусоідную акружнасць у месцы злучэння шасцярні ў параўнанні з гладкім круглым папярочным перасекам, што прыводзіць да геаметрычна фіксаванай формы.Гэта яшчэ больш павялічвае трываласць убудаванага вала рэдуктара, як было паказана падчас тэставання (гл. графік унізе справа). Мал.1. Распрацаваны ў супрацоўніцтве з Victrex і ILK, herone выкарыстоўвае ціск упырску падчас фармавання, каб стварыць контур фіксацыі формы ва ўбудаваным вале рэдуктара (уверсе). Гэты працэс фармавання пад ціскам дазваляе ўбудаванаму валу рэдуктара з фіксацыяй формы (зялёная крывая на графіку) падтрымліваюць больш высокі крутоўны момант у параўнанні з адлітым зубчастым валам без фіксацыі формы (чорная крывая на графіцы).
«Многія людзі дасягаюць цэласнага злучэння расплаву падчас фармавання, - кажа Гартхаўз, - а іншыя выкарыстоўваюць блакіроўку формы ў кампазітах, але галоўнае - аб'яднаць абодва ў адзіны аўтаматызаваны працэс».Ён тлумачыць, што для вынікаў выпрабаванняў на мал. 1 як вал, так і поўная акружнасць шасцярні былі заціснуты асобна, а затым павернуты, каб выклікаць нагрузку на зрух.Першая няспраўнасць на графіцы пазначана кружком, каб паказаць, што яна датычыцца шасцярэнькі з аформленага PEEK без фіксацыі формы.Другая няўдача пазначана зморшчаным кругам, падобным на зорку, што сведчыць аб выпрабаванні літай шасцярні з фіксацыяй формы.«У гэтым выпадку ў вас ёсць як цэласнае, так і замкнёнае па форме злучэнне, — кажа Гартхаўз, — і вы атрымліваеце амаль 44-працэнтнае павелічэнне крутоўнага моманту».Цяпер, па яго словах, задача складаецца ў тым, каб прымусіць фіксацыю формы прыняць нагрузку на больш ранняй стадыі, каб яшчэ больш павялічыць крутоўны момант, які гэты вал рэдуктара будзе вытрымліваць да адмовы.
Важным момантам контурнага фіксавання формы, якога herone дасягае з дапамогай ліцця пад ціскам, з'яўляецца тое, што ён цалкам адаптаваны да асобнай дэталі і нагрузкі, якую гэтая частка павінна вытрымліваць.Напрыклад, у вала рэдуктара фіксацыя акружная, а ў стоек расцяжэння і сціску знізу - восевая.«Таму тое, што мы распрацавалі, - гэта больш шырокі падыход», - кажа Гартхаўз.«Як мы інтэгруем функцыі і часткі, залежыць ад індывідуальнага прымянення, але чым больш мы можам зрабіць гэта, тым больш вагі і кошту мы можам зэканоміць».
Акрамя таго, армаваны кароткімі валокнамі кетон, які выкарыстоўваецца ў фармаваных функцыянальных элементах, такіх як шасцярэнькі, забяспечвае выдатныя зносастойкія паверхні.Кампанія Victrex даказала гэта і прадастаўляе гэты факт для сваіх матэрыялаў PEEK і PAEK.
Барфус адзначае, што інтэграваны вал рэдуктара, які ў 2019 годзе атрымаў узнагароду JEC World Innovation Award у аэракасмічнай катэгорыі, з'яўляецца «дэманстрацыяй нашага падыходу, а не проста працэсам, арыентаваным на адно прымяненне.Мы хацелі вывучыць, наколькі мы можам аптымізаваць вытворчасць і выкарыстоўваць уласцівасці TPC для вытворчасці функцыяналізаваных, інтэграваных структур».У цяперашні час кампанія аптымізуе стрыжні расцяжэння і сціску, якія выкарыстоўваюцца ў такіх прылажэннях, як стойкі.
Малюнак 3 Распоркі расцяжэння і сціску Ін'екцыйнае фармаванне распаўсюджваецца на распоркі, дзе Герон фармуе металічны элемент перадачы нагрузкі ў структуру дэталі з дапамогай восевай фіксацыі формы для павышэння трываласці злучэння.
Функцыянальным элементам распорак расцяжэння і сціску з'яўляецца металічная частка інтэрфейсу, якая перадае нагрузку ад і да металічнай відэльцы на кампазітную трубу (гл. ілюстрацыю ніжэй).Ін'екцыйнае фармаванне выкарыстоўваецца для інтэграцыі металічнага элемента ўвядзення нагрузкі ў кампазітны корпус стойкі.
«Асноўная перавага, якую мы даем, — гэта скарачэнне колькасці дэталяў», — адзначае ён.«Гэта спрашчае стомленасць, што з'яўляецца вялікай праблемай для прымянення стойкі самалёта.Замыканне формы ўжо выкарыстоўваецца ў термореактивных кампазітах з пластыкавай або металічнай устаўкай, але няма кагезійнага злучэння, таму паміж дэталямі можна атрымаць невялікі рух.Аднак наш падыход забяспечвае адзіную структуру без такога руху».
Garthaus называе ўстойлівасць да пашкоджанняў яшчэ адной праблемай для гэтых частак.«Вы павінны ўздзейнічаць на стойкі, а затым правесці выпрабаванне на стомленасць», - тлумачыць ён.«Паколькі мы выкарыстоўваем высокаэфектыўныя тэрмапластычныя матрычныя матэрыялы, мы можам дасягнуць на 40% больш высокай цярпімасці да пашкоджанняў у параўнанні з термореактивными пластамі, а таксама любыя мікротрэшчыны ад удараў растуць менш пры стомленай нагрузцы».
Нягледзячы на тое, што дэманстрацыйныя стойкі дэманструюць металічную ўстаўку, у цяперашні час herone распрацоўвае цалкам тэрмапластычнае рашэнне, якое забяспечвае згуртаваную сувязь паміж кампазітным корпусам стойкі і элементам увядзення нагрузкі.«Калі мы можам, мы аддаем перавагу заставацца цалкам кампазітнымі і карэктаваць уласцівасці, змяняючы тып армавання валакном, у тым ліку з вугляроду, шкла, бесперапыннага і кароткага валакна», — кажа Гартхаўз.«Такім чынам мы мінімізуем складанасць і праблемы з інтэрфейсам.Напрыклад, у нас значна менш праблем у параўнанні з камбінаваннем рэактопластаў і тэрмапластаў».Акрамя таго, Tri-Mack пратэставала сувязь паміж PAEK і PEEK, і вынікі паказалі, што яна мае трываласць на 85% ад трываласці базавага аднанакіраванага ламінату CF/PAEK і ўдвая мацней, чым клеевыя сувязі з выкарыстаннем прамысловага стандартнага клею для эпаксіднай плёнкі.
Барфус кажа, што herone цяпер мае дзевяць супрацоўнікаў і пераходзіць ад пастаўшчыка распрацоўкі тэхналогій да пастаўшчыка дэталяў для авіяцыі.Яго наступны вялікі крок - развіццё новай фабрыкі ў Дрэздэне.«Да канца 2020 года ў нас будзе доследны завод па вытворчасці дэталяў першай серыі», — кажа ён.«Мы ўжо працуем з авіяцыйнымі OEM-вытворцамі і ключавымі пастаўшчыкамі ўзроўню 1, дэманструючы праекты для розных тыпаў прымянення».
Кампанія таксама супрацоўнічае з пастаўшчыкамі eVTOL і рознымі партнёрамі ў ЗША. Па меры развіцця авіяцыйных прыкладанняў кампанія Herone таксама набірае вопыт вытворчасці спартыўных тавараў, у тым ліку лятучых мышэй і кампанентаў для ровараў.«Наша тэхналогія можа вырабляць шырокі спектр складаных дэталяў з прадукцыйнасцю, працягласцю цыкла і эканамічнай выгадай», - кажа Гартхаўз.«Наш час цыклу з выкарыстаннем ПЭЭК складае 20 хвілін супраць 240 хвілін з выкарыстаннем прэпрэга, які зацвярдзеў у аўтаклаве.Мы бачым шырокае поле магчымасцей, але пакуль мы сканцэнтраваны на тым, каб запусціць нашы першыя прыкладанні ў вытворчасць і прадэманстраваць рынку каштоўнасць такіх дэталяў».
Herone таксама будзе выступаць на выставе Carbon Fiber 2019. Даведайцеся больш пра падзею на carbonfiberevent.com.
Засяроджаныя на аптымізацыі традыцыйнага ручнога размяшчэння, вытворцы гандол і рэверсераў цягі кідаюць вока на будучае выкарыстанне аўтаматызацыі і закрытага фармавання.
Сістэма авіяцыйнага ўзбраення атрымлівае высокую прадукцыйнасць вугляроду/эпаксіднай смалы з эфектыўнасцю кампрэсійнага фармавання.
Метады разліку ўздзеяння кампазітаў на навакольнае асяроддзе дазваляюць параўноўваць на аснове даных з традыцыйнымі матэрыяламі на роўных умовах.
Час размяшчэння: 19 жніўня 2019 г