Gan gyfuno tâp plethedig, gor-fowldio a chloi ffurf, mae herone yn cynhyrchu siafft gêr un darn, torque uchel fel arddangosydd ar gyfer ystod eang o gymwysiadau.
Siafft gyriant gêr cyfansawdd unedol.Mae Herone yn defnyddio tapiau prepreg cyfansawdd thermoplastig plethedig fel rhagffurfiau ar gyfer proses sy'n cydgrynhoi'r laminiad siafftiau gyrru ac yn gor-fowldio elfennau swyddogaethol fel gerau, gan gynhyrchu strwythurau unedol sy'n lleihau pwysau, cyfrif rhan, amser cydosod a chost.Ffynhonnell ar gyfer pob delwedd |crëyr
Mae'r rhagolygon presennol yn galw am ddyblu'r fflyd awyrennau masnachol dros yr 20 mlynedd nesaf.Er mwyn darparu ar gyfer hyn, mae cyfraddau cynhyrchu yn 2019 ar gyfer jetliners corff llydan cyfansawdd-ddwys yn amrywio o 10 i 14 y mis fesul OEM, tra bod cyrff cul eisoes wedi cynyddu i 60 y mis fesul OEM.Mae Airbus yn gweithio'n benodol gyda chyflenwyr i newid rhannau prepreg gosod llaw traddodiadol ond amser-ddwys ar yr A320 i rannau a wneir trwy brosesau amser beicio cyflymach, 20 munud fel mowldio trosglwyddo resin pwysedd uchel (HP-RTM), a thrwy hynny helpu rhan mae cyflenwyr yn cwrdd ag ymgyrch bellach tuag at 100 o awyrennau'r mis.Yn y cyfamser, mae'r farchnad symudedd a thrafnidiaeth aer trefol sy'n dod i'r amlwg yn rhagweld y bydd angen 3,000 o awyrennau esgyn a glanio fertigol trydan (EVTOL) y flwyddyn (250 y mis).
“Mae angen technolegau cynhyrchu awtomataidd ar y diwydiant gydag amseroedd beicio byrrach sydd hefyd yn caniatáu ar gyfer integreiddio swyddogaethau, a gynigir gan gyfansoddion thermoplastig,” meddai Daniel Barfuss, cyd-sylfaenydd a phartner rheoli herone (Dresden, yr Almaen), cwmni technoleg cyfansawdd a gweithgynhyrchu rhannau. cwmni sy'n defnyddio deunyddiau matrics thermoplastig perfformiad uchel o polyphenylenesulfide (PPS) i polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) a polyaryletherketone (PAEK).“Ein prif amcan yw cyfuno perfformiad uchel cyfansoddion thermoplastig (TPCs) gyda chost is, er mwyn galluogi rhannau wedi'u teilwra ar gyfer amrywiaeth ehangach o gymwysiadau gweithgynhyrchu cyfresol a chymwysiadau newydd," ychwanega Dr Christian Garthaus, ail gyd-sylfaenydd a rheoli arwres. partner.
Er mwyn cyflawni hyn, mae'r cwmni wedi datblygu dull newydd, gan ddechrau gyda thapiau ffibr parhaus wedi'u trwytho'n llawn, plethu'r tapiau hyn i ffurfio "organoTube" preform gwag a chyfuno'r organoTubes yn broffiliau gyda thrawstoriadau a siapiau amrywiol.Mewn cam proses dilynol, mae'n defnyddio weldadwyedd a thermoformiadwyedd TPCs i integreiddio elfennau swyddogaethol fel gerau cyfansawdd ar siafftiau gyrru, gosodiadau pen ar bibellau, neu lwytho elfennau trosglwyddo i haenau cywasgu tensiwn.Mae Barfuss yn ychwanegu bod opsiwn i ddefnyddio proses fowldio hybrid - a ddatblygwyd gan y cyflenwr matrics ceton Victrex (Cleveleys, Swydd Gaerhirfryn, y DU) a'r cyflenwr rhannau Tri-Mack (Bryste, RI, UD) - sy'n defnyddio tâp PAEK tymheredd toddi is ar gyfer y proffiliau a PEEK ar gyfer y gor-fowldio, gan alluogi deunydd sengl, wedi'i asio ar draws yr uniad (gweler “Mae Overmolding yn ehangu ystod PEEK mewn cyfansoddion”).“Mae ein haddasiad hefyd yn galluogi cloi ffurf geometregol,” ychwanega, “sy’n cynhyrchu strwythurau integredig a all wrthsefyll llwythi uwch fyth.”
Mae'r broses herone yn dechrau gyda thapiau thermoplastig wedi'u hatgyfnerthu â ffibr carbon yn llawn sy'n cael eu plethu i mewn i organoTubes a'u cyfuno.“Dechreuon ni weithio gyda’r organoTubes hyn 10 mlynedd yn ôl, gan ddatblygu pibellau hydrolig cyfansawdd ar gyfer hedfan,” meddai Garthaus.Mae'n esbonio, oherwydd nad oes gan unrhyw bibellau hydrolig dwy awyren yr un geometreg, byddai angen mowld ar gyfer pob un, gan ddefnyddio'r dechnoleg bresennol.“Roedd angen pibell arnom y gellid ei ôl-brosesu i gyflawni geometreg y bibell unigol.Felly, y syniad oedd gwneud proffiliau cyfansawdd parhaus ac yna CNC plygu'r rhain i'r geometregau dymunol. ”
Ffig. 2 Mae tapiau prepreg plethedig yn darparu rhagffurfiau siâp rhwyd o'r enw organoTubes ar gyfer proses ffurfio pigiad heron ac yn galluogi cynhyrchu siapiau amrywiol.
Mae hyn yn swnio'n debyg i'r hyn y mae Sigma Precision Components (Hinckley, UK) yn ei wneud (gweler “Unioni peiriannau aer gyda phibellau cyfansawdd”) gyda'i orchudd ffibr carbon / injan PEEK.“Maen nhw'n edrych ar rannau tebyg ond yn defnyddio dull cydgrynhoi gwahanol,” eglura Garthaus.“Gyda’n hymagwedd, rydym yn gweld potensial ar gyfer perfformiad uwch, fel llai na 2% mandylledd ar gyfer strwythurau awyrofod.”
Ph.D.archwiliodd gwaith thesis yn yr ILK ddefnyddio pylwsiwn cyfansawdd thermoplastig (TPC) parhaus i gynhyrchu tiwbiau plethedig, a arweiniodd at broses weithgynhyrchu barhaus â phatent ar gyfer tiwbiau a phroffiliau TPC.Fodd bynnag, am y tro, mae herone wedi dewis gweithio gyda chyflenwyr hedfan a chwsmeriaid gan ddefnyddio proses fowldio amharhaol.“Mae hyn yn rhoi’r rhyddid inni wneud pob un o’r siapiau amrywiol, gan gynnwys proffiliau crwm a’r rhai â thrawstoriad amrywiol, yn ogystal â chymhwyso clytiau lleol a gollwng ply-offs,” eglura.“Rydym yn gweithio i awtomeiddio’r broses ar gyfer integreiddio clytiau lleol ac yna eu cydgrynhoi â’r proffil cyfansawdd.Yn y bôn, popeth y gallwch chi ei wneud gyda laminiadau gwastad a chregyn, gallwn ni ei wneud ar gyfer tiwbiau a phroffiliau.”
Gwneud y proffiliau gwag TPC hyn oedd un o'r heriau anoddaf mewn gwirionedd, meddai Garthaus.“Ni allwch ddefnyddio stampio na mowldio chwythu â phledren silicon;felly, roedd yn rhaid i ni ddatblygu proses newydd.”Ond mae'r broses hon yn galluogi perfformiad uchel iawn ac wedi'u teilwra rhannau tiwb a siafft, mae'n nodi.Roedd hefyd yn galluogi defnyddio'r mowldio hybrid a ddatblygodd Victrex, lle mae PAEK tymheredd toddi is yn cael ei or-fowldio â PEEK, gan gydgrynhoi'r organosheet a mowldio chwistrellu mewn un cam.
Agwedd nodedig arall ar ddefnyddio preforms tâp plethedig organoTube yw eu bod yn cynhyrchu ychydig iawn o wastraff.“Gyda phlethu, mae gennym lai na 2% o wastraff, ac oherwydd ei fod yn dâp TPC, gallwn ddefnyddio'r swm bach hwn o wastraff yn ôl yn y gor-fowldio i gael y gyfradd defnyddio deunydd hyd at 100%,” pwysleisiodd Garthaus.
Dechreuodd Barfuss a Garthaus eu gwaith datblygu fel ymchwilwyr yn y Sefydliad Peirianneg Pwysau Ysgafn a Thechnoleg Polymer (ILK) yn TU Dresden.“Dyma un o’r sefydliadau Ewropeaidd mwyaf ar gyfer cyfansoddion a dyluniadau ysgafn hybrid,” noda Barfuss.Bu ef a Garthaus yn gweithio yno am bron i 10 mlynedd ar nifer o ddatblygiadau, gan gynnwys pultrusion TPC parhaus a gwahanol fathau o ymuno.Yn y pen draw, distyllwyd y gwaith hwnnw i'r hyn sydd bellach yn dechnoleg proses TPC arwres.
“Yna fe wnaethom gais i raglen EXIST yr Almaen, sydd â’r nod o drosglwyddo technoleg o’r fath i ddiwydiant ac sy’n ariannu 40-60 o brosiectau bob blwyddyn mewn ystod eang o feysydd ymchwil,” meddai Barfuss.“Cawsom arian ar gyfer offer cyfalaf, pedwar gweithiwr a buddsoddiad ar gyfer y cam nesaf o ehangu.”Fe wnaethon nhw ffurfio arwres ym mis Mai 2018 ar ôl arddangos yn JEC World.
Erbyn JEC World 2019, roedd crëyres wedi cynhyrchu ystod o rannau arddangos, gan gynnwys siafft yrru gêr ysgafn, torque uchel, integredig, neu siafft gêr.“Rydyn ni'n defnyddio organoTube ffibr carbon / tâp PAEK wedi'i blethu ar yr onglau sy'n ofynnol gan y rhan ac yn cydgrynhoi hwnnw'n diwb,” eglura Barfuss.“Yna rydyn ni'n cynhesu'r tiwb ar 200 ° C ac yn ei orchuddio â gêr wedi'i wneud trwy chwistrellu PEEK byr wedi'i atgyfnerthu â ffibr carbon ar 380 ° C.”Modelwyd y gor-fowldio gan ddefnyddio Moldflow Insight o Autodesk (San Rafael, Calif., UD).Cafodd amser llenwi'r Wyddgrug ei optimeiddio i 40.5 eiliad a'i gyflawni gan ddefnyddio peiriant mowldio chwistrellu ALLROUNDER Arburg (Lossburg, yr Almaen).
Mae'r gor-fowldio hwn nid yn unig yn lleihau costau cynulliad, camau gweithgynhyrchu a logisteg, ond mae hefyd yn gwella perfformiad.Mae'r gwahaniaeth o 40 ° C rhwng tymheredd toddi y siafft PAEK a'r gêr PEEK wedi'i or-fowldio yn galluogi bondio toddi cydlynol rhwng y ddau ar y lefel foleciwlaidd.Cyflawnir ail fath o fecanwaith ymuno, cloi ffurf, trwy ddefnyddio'r pwysedd chwistrellu i thermoformio'r siafft ar yr un pryd yn ystod gorfowldio i greu cyfuchlin cloi ffurf.Gellir gweld hyn yn Ffig. 1 isod fel “chwistrellu-ffurfio”.Mae'n creu cylchedd rhychiog neu sinwsoidaidd lle mae'r gêr wedi'i gysylltu â chroestoriad crwn llyfn, sy'n arwain at ffurf cloi geometrig.Mae hyn yn gwella cryfder y siafft gêr integredig ymhellach, fel y dangoswyd yn y profion (gweler y graff ar y gwaelod ar y dde). Ffig.1. Wedi'i ddatblygu mewn cydweithrediad â Victrex ac ILK, mae herone yn defnyddio pwysedd chwistrellu yn ystod gorfowldio i greu cyfuchlin cloi ffurf yn y siafft gêr integredig (top). cynnal trorym uwch yn erbyn siafft yrru gêr wedi'i orfowldio heb gloi ffurf (cromlin ddu ar y graff).
“Mae llawer o bobl yn cyflawni bondio toddi cydlynol yn ystod gor-fowldio,” meddai Garthaus, “ac mae eraill yn defnyddio cloi ffurf mewn cyfansoddion, ond yr allwedd yw cyfuno’r ddau yn un broses awtomataidd.”Mae'n egluro, ar gyfer canlyniadau'r prawf yn Ffig. 1, fod y siafft a chylchedd llawn y gêr wedi'u clampio ar wahân, yna'n cael eu cylchdroi i ysgogi llwytho cneifio.Mae'r methiant cyntaf ar y graff yn cael ei farcio gan gylch i ddangos ei fod ar gyfer gêr PEEK wedi'i or-fowldio heb gloi ffurf.Mae'r ail fethiant wedi'i nodi gan gylch crychlyd sy'n debyg i seren, sy'n dangos bod gêr wedi'i orfowldio wedi'i phrofi gyda chloi ffurf.“Yn yr achos hwn, mae gennych chi uniad cydlynol sydd wedi'i gloi â ffurf,” meddai Garthaus, “ac rydych chi'n ennill bron i 44% o gynnydd yn y llwyth torque.”Yr her nawr, meddai, yw cael y clo-ffurflen i gymryd y llwyth yn gynharach er mwyn cynyddu ymhellach y trorym y bydd y siafft gêr hon yn ei drin cyn methu.
Pwynt pwysig am y ffurf-gloi gyfuchlin y mae crëyr yn ei gyflawni gyda'i chwistrelliad yw ei fod wedi'i deilwra'n llwyr i'r rhan unigol a'r llwythiad y mae'n rhaid i'r rhan honno ei wrthsefyll.Er enghraifft, yn y siafft gêr, mae'r ffurf-gloi yn gylchferol, ond yn y llinynnau cywasgu tensiwn isod, mae'n echelinol.“Dyma pam mae’r hyn rydyn ni wedi’i ddatblygu yn ddull ehangach,” meddai Garthaus.“Mae sut rydym yn integreiddio swyddogaethau a rhannau yn dibynnu ar y cymhwysiad unigol, ond po fwyaf y gallwn wneud hyn, y mwyaf o bwysau a chost y gallwn eu harbed.”
Hefyd, mae'r ceton atgyfnerthu ffibr byr a ddefnyddir mewn elfennau swyddogaethol wedi'u gor-fowldio fel gerau yn darparu arwynebau traul rhagorol.Mae Victrex wedi profi hyn ac mewn gwirionedd, mae'n marchnata'r ffaith hon am ei ddeunyddiau PEEK a PAEK.
Mae Barfuss yn nodi bod y siafft gêr integredig, a gafodd ei chydnabod â Gwobr Arloesedd Byd JEC 2019 yn y categori awyrofod, yn “arddangosiad o’n dull gweithredu, nid yn broses sy’n canolbwyntio ar un cymhwysiad yn unig.Roeddem am archwilio i ba raddau y gallem symleiddio’r gweithgynhyrchu a manteisio ar briodweddau TPCs i gynhyrchu strwythurau integredig, ymarferol.”Ar hyn o bryd mae'r cwmni'n optimeiddio gwiail cywasgu tensiwn, a ddefnyddir mewn cymwysiadau fel stytiau.
Ffig. 3 Strwythurau cywasgu tensiwn Mae ffurfio chwistrelliad yn cael ei ymestyn i fontiau, lle mae crëyr yn gor-fowldio elfen trosglwyddo llwyth metel i'r strwythur rhan gan ddefnyddio cloi ffurf echelinol i gynyddu cryfder yr uniad.
Mae'r elfen swyddogaethol ar gyfer y stratiau cywasgu tensiwn yn rhan rhyngwyneb metelaidd sy'n trosglwyddo llwythi i'r fforc fetel ac oddi yno i'r tiwb cyfansawdd (gweler y llun isod).Defnyddir ffurfiant chwistrellu i integreiddio'r elfen cyflwyno llwyth metelaidd i'r corff strut cyfansawdd.
“Y prif fantais rydyn ni’n ei roi yw lleihau nifer y rhannau,” mae’n nodi.“Mae hyn yn symleiddio blinder, sy’n her fawr i gymwysiadau strut awyrennau.Mae cloi ffurf eisoes yn cael ei ddefnyddio mewn cyfansoddion thermoset gyda mewnosodiad plastig neu fetel, ond nid oes bondio cydlynol, felly gallwch chi gael symudiad bach rhwng y rhannau.Fodd bynnag, mae ein hymagwedd yn darparu strwythur unedol heb unrhyw symudiad o’r fath.”
Mae Garthaus yn dyfynnu goddefgarwch difrod fel her arall ar gyfer y rhannau hyn.“Mae'n rhaid i chi effeithio ar y llinynnau ac yna gwneud profion blinder,” eglura.“Oherwydd ein bod yn defnyddio deunyddiau matrics thermoplastig perfformiad uchel, gallwn gyflawni cymaint â 40% yn uwch o oddefgarwch difrod yn erbyn thermosets, a hefyd mae unrhyw ficrocraciau o effaith yn tyfu llai gyda llwytho blinder.”
Er bod llinynnau arddangos yn dangos mewnosodiad metel, mae herone ar hyn o bryd yn datblygu datrysiad holl-thermoplastig, gan alluogi bondio cydlynol rhwng y corff strut cyfansawdd a'r elfen cyflwyno llwyth.“Pan allwn ni, mae'n well gennym ni aros yn holl-gyfansawdd ac addasu eiddo trwy newid y math o atgyfnerthu ffibr, gan gynnwys carbon, gwydr, ffibr parhaus a byr,” meddai Garthaus.“Yn y modd hwn, rydym yn lleihau cymhlethdod a phroblemau rhyngwyneb.Er enghraifft, mae gennym lawer llai o broblemau o gymharu â chyfuno thermosetau a thermoplastigion.”Yn ogystal, mae'r bond rhwng PAEK a PEEK wedi'i brofi gan Tri-Mack gyda chanlyniadau'n dangos bod ganddo 85% o gryfder laminiad un cyfeiriadol CF/PAEK sylfaen a'i fod ddwywaith mor gryf â bondiau gludiog gan ddefnyddio gludiog ffilm epocsi o safon diwydiant.
Dywed Barfuss fod gan herone naw o weithwyr bellach a'i fod yn symud o fod yn gyflenwr datblygu technoleg i fod yn gyflenwr rhannau hedfan.Y cam mawr nesaf yw datblygu ffatri newydd yn Dresden.“Erbyn diwedd 2020 bydd gennym ni ffatri beilot yn cynhyrchu rhannau o’r gyfres gyntaf,” meddai.“Rydym eisoes yn gweithio gydag OEMs hedfan a chyflenwyr Haen 1 allweddol, gan arddangos dyluniadau ar gyfer llawer o wahanol fathau o gymwysiadau.”
Mae'r cwmni hefyd yn gweithio gyda chyflenwyr eVTOL ac amrywiaeth o gydweithwyr yn yr Unol Daleithiau Wrth i herone aeddfedu cymwysiadau hedfan, mae hefyd yn ennill profiad gweithgynhyrchu gyda chymwysiadau nwyddau chwaraeon gan gynnwys ystlumod a chydrannau beic.“Gall ein technoleg gynhyrchu ystod eang o rannau cymhleth gyda pherfformiad, amser beicio a manteision cost,” meddai Garthaus.“Ein amser beicio gan ddefnyddio PEEK yw 20 munud, yn erbyn 240 munud gan ddefnyddio prepreg wedi'i halltu â awtoclaf.Rydyn ni’n gweld maes eang o gyfleoedd, ond am y tro, rydyn ni’n canolbwyntio ar gael ein ceisiadau cyntaf i mewn i gynhyrchu a dangos gwerth rhannau o’r fath i’r farchnad.”
Bydd Herone hefyd yn cyflwyno yn Carbon Fiber 2019. Dysgwch fwy am y digwyddiad yn carbonfiberevent.com.
Yn canolbwyntio ar optimeiddio gosodiad llaw traddodiadol, mae gweithgynhyrchwyr gwrthdroadwyr nacelle a gwthiad yn edrych ar y defnydd o awtomeiddio a mowldio caeedig yn y dyfodol.
Mae system arfau awyrennau yn ennill perfformiad uchel carbon / epocsi gydag effeithlonrwydd mowldio cywasgu.
Mae dulliau ar gyfer cyfrifo'r effaith y mae cyfansoddion yn ei gael ar yr amgylchedd yn galluogi cymariaethau sy'n cael eu gyrru gan ddata â deunyddiau traddodiadol ar faes chwarae teg.
Amser post: Awst-19-2019