Өрілген таспаны, қалыптауды және пішінді құлыптауды біріктіре отырып, герон қолданбалардың кең ауқымы үшін демонстрация ретінде бір бөліктен тұратын, жоғары айналу моменті беріліс берілісін шығарады.
Біріктірілген композиттік беріліс білігі.Herone тоқылған термопластикалық композициялық препрег таспаларын жетек білігінің ламинаттарын біріктіретін және тісті дөңгелектер сияқты функционалдық элементтерді басып шығаратын, салмақты, бөлшектердің санын, құрастыру уақытын және құнын азайтатын біртұтас құрылымдарды шығаратын процесс үшін дайындамалар ретінде пайдаланады.Барлық суреттердің көзі |батыр
Ағымдағы болжамдар алдағы 20 жылда коммерциялық ұшақтар паркін екі есе ұлғайтуды талап етеді.Мұны қанағаттандыру үшін 2019 жылы композитті интенсивті кең фюзеляжды реактивті ұшақтардың өндіріс қарқыны бір OEM үшін айына 10-нан 14-ке дейін өзгереді, ал тар корпустар бір OEM үшін айына 60-қа дейін өсті.Airbus арнайы жеткізушілермен A320-дегі дәстүрлі, бірақ көп уақытты қажет ететін, қолмен төсеу алдын ала дайын бөлшектерді жоғары қысымды шайыр беру қалыптау (HP-RTM) сияқты жылдамырақ, 20 минуттық циклдік процестер арқылы жасалған бөлшектерге ауыстыру үшін жұмыс істейді, осылайша бөлікке көмектеседі. Жеткізушілер айына 100 ұшаққа жетуді көздейді.Сонымен қатар, дамып келе жатқан қалалық әуе мобильділігі және көлік нарығы жылына 3000 электрлік тік ұшып-қонатын (EVTOL) ұшағына (айына 250) қажеттілікті болжайды.
«Өнеркәсіпке термопластикалық композиттер ұсынатын функцияларды біріктіруге мүмкіндік беретін қысқартылған цикл уақыты бар автоматтандырылған өндіріс технологиялары қажет», - дейді Дэниел Барфус, композиттік технология мен бөлшектерді өндірумен айналысатын herone (Дрезден, Германия) негізін қалаушы және басқарушы серіктес. полифениленсульфидтен (PPS) полиэтеретеркетонға (PEEK), полиэтеркетонкетонға (PEKK) және полиарилетеркетонға (PAEK) дейін жоғары өнімділіктегі термопластикалық матрицалық материалдарды пайдаланатын фирма.«Біздің басты мақсатымыз – термопластикалық композиттердің (TPC) жоғары өнімділігін төмен бағамен біріктіру, сериялық өндірістің кең спектрі мен жаңа қолданбаларға арналған бөлшектерді қамтамасыз ету», - деп қосады Доктор Кристиан Гартаус, геронның екінші негізін қалаушы және басқарушысы. серіктес.
Бұл мақсатқа жету үшін компания толығымен сіңдірілген, үздіксіз талшықты таспалардан бастап, бұл таспаларды өріп, қуыс дайын пішінді «organoTube» қалыптастыру және organoTubeлерді ауыспалы қималары мен пішіндері бар профильдерге біріктіру үшін жаңа тәсілді әзірледі.Келесі технологиялық қадамда ол композициялық тісті доңғалақтарды жетек біліктеріне, түпкі фитингтерді құбырларға немесе жүктемені тасымалдау элементтерін кернеу-сығу тіректеріне біріктіру үшін TPC-нің дәнекерлеу және термоформалану қабілетін пайдаланады.Барфус гибридті қалыптау процесін қолдану мүмкіндігін қосады — кетон матрицасын жеткізуші Victrex (Кливлейс, Ланкашир, Ұлыбритания) және бөлшектерді жеткізуші Tri-Mack (Бристол, RI, АҚШ) әзірлеген — профильдер үшін балқыма температурасы төмен PAEK таспасын қолданатын және PEEK біріктіру арқылы біріктірілген, жалғыз материалды қосуға мүмкіндік беретін үстеме қалыптау үшін («Қосымша қалыптау композиттердегі PEEK ауқымын кеңейтеді» бөлімін қараңыз).«Біздің бейімделуіміз сонымен қатар геометриялық пішінді құлыптауға мүмкіндік береді», - деп қосады ол, «бұл одан да жоғары жүктемелерге төтеп бере алатын біріктірілген құрылымдарды шығарады».
Герон процесі органотүтіктерге өрілген және біріктірілген толығымен сіңдірілген көміртекті талшықты күшейтілген термопластикалық таспалардан басталады.«Біз осы organoTubes-пен 10 жыл бұрын авиацияға арналған композиттік гидравликалық құбырларды әзірлей бастадық», - дейді Гартаус.Ол екі ұшақтың гидравликалық құбырлары бірдей геометрияға ие болмағандықтан, бар технологияны қолдана отырып, әрқайсысы үшін қалып қажет болатынын түсіндіреді.«Бізге құбырдың жеке геометриясына қол жеткізу үшін кейінгі өңдеуге болатын құбыр қажет болды.Осылайша, идея үздіксіз композиттік профильдерді жасау болды, содан кейін CNC оларды қажетті геометрияларға бүгу болды.
2-сурет. Өрілген препрег таспалары геронның инъекция жасау процесі үшін organoTubes деп аталатын тор пішінді дайындамаларды қамтамасыз етеді және әртүрлі пішіндерді өндіруге мүмкіндік береді.
Бұл Sigma Precision Components компаниясының (Хинкли, Ұлыбритания) көміртекті талшықты/PEEK қозғалтқышының таңғышымен ("Композиттік құбырлармен аэроқозғалтқыштарды қалпына келтіру" бөлімін қараңыз) істеп жатқан әрекетіне ұқсайды.«Олар ұқсас бөліктерді қарап жатыр, бірақ басқа біріктіру әдісін қолданады», - деп түсіндіреді Гартаус.«Біздің көзқарасымызбен біз аэроғарыштық құрылымдар үшін 2% кеуектілік сияқты өнімділікті арттыру әлеуетін көреміз».
Гартаустың Ph.D.ILK-дағы диссертация жұмысы тоқылған түтіктерді шығару үшін үздіксіз термопластикалық композиттік (TPC) пултрузияны қолдану арқылы зерттелді, нәтижесінде TPC түтіктері мен профильдері үшін патенттелген үздіксіз өндіріс процесі болды.Дегенмен, әзірге героне үздіксіз қалыптау процесін қолдана отырып, авиациялық жеткізушілермен және тұтынушылармен жұмыс істеуді таңдады.«Бұл бізге әр түрлі пішіндерді, соның ішінде қисық профильдерді және әртүрлі көлденең қимасы бар пішіндерді жасауға, сонымен қатар жергілікті патчтар мен қабаттарды түсіруге еркіндік береді», - деп түсіндіреді ол.«Біз жергілікті патчтарды біріктіру, содан кейін оларды композиттік профильмен біріктіру процесін автоматтандыру бойынша жұмыс істеп жатырмыз.Негізінде, сіз жалпақ ламинаттармен және қабықтармен жасай алатын барлық нәрсені түтіктер мен профильдер үшін жасай аламыз ».
Бұл TPC қуыс профильдерін жасау шын мәнінде ең қиын қиындықтардың бірі болды, дейді Гартаус.«Сіз силиконды көпіршікпен штамптауды немесе үрлеуді пайдалана алмайсыз;сондықтан біз жаңа процесті дамытуымыз керек болды ».Бірақ бұл процесс өте жоғары өнімді және икемді түтіктер мен білікке негізделген бөлшектерге мүмкіндік береді, дейді ол.Ол сондай-ақ Victrex әзірлеген гибридті қалыптауды пайдалануға мүмкіндік берді, мұнда балқыманың төменгі температурасы PAEK PEEK-пен шамадан тыс қалыпқа келтіріліп, бір қадамда органикалық парақты және инъекциялық қалыптауды біріктіреді.
OrganoTube өрілген таспа дайындамаларын пайдаланудың тағы бір маңызды аспектісі - олар өте аз қалдық шығарады.«Тоқу кезінде бізде 2% -дан аз қалдық бар және бұл TPC таспасы болғандықтан, біз материалды пайдалану жылдамдығын 100% дейін алу үшін осы аз мөлшерде қалдықтарды қайта қалыпқа келтіруге пайдалана аламыз», - дейді Гартаус.
Барфус пен Гартаус ТУ Дрездендегі Жеңіл инженерия және полимерлер технологиясы институтында (ILK) зерттеушілер ретінде өздерінің әзірлеу жұмыстарын бастады.«Бұл композиттер мен гибридті жеңіл конструкциялар бойынша ең ірі еуропалық институттардың бірі», - деп атап өтті Барфус.Ол және Гартаус онда 10 жылға жуық уақыт бойы үздіксіз TPC пултрузиясын және қосылудың әртүрлі түрлерін қоса алғанда, бірқатар әзірлемелерде жұмыс істеді.Бұл жұмыс, сайып келгенде, қазіргі TPC процесінің герон технологиясына айналды.
«Содан кейін біз Германияның EXIST бағдарламасына жүгіндік, ол осындай технологияны өнеркәсіпке көшіруге бағытталған және жыл сайын кең ауқымды зерттеу салаларында 40-60 жобаны қаржыландырады», - дейді Барфус.«Біз күрделі жабдықты, төрт қызметкерді және ауқымды кеңейтудің келесі қадамына инвестицияны қаржыландыруды алдық».Олар 2018 жылдың мамыр айында JEC World көрмесіне қойылғаннан кейін кейіпкерлерді құрды.
JEC World 2019 көрмесіне қарай герон демонстрациялық бөлшектердің қатарын жасады, соның ішінде жеңіл, жоғары айналу моменті, біріктірілген беріліс жетегі немесе беріліс білігі.«Біз бөлікке қажетті бұрыштарда өрілген көміртекті талшықты/PAEK органотүтік таспасын қолданамыз және оны түтікке біріктіреміз», - деп түсіндіреді Барфус.«Содан кейін біз түтікті 200 ° C температурада алдын ала қыздырамыз және оны 380 ° C температурада қысқа көміртекті талшықты күшейтілген PEEK инъекциясы арқылы жасалған тісті беріліспен толтырамыз.Қалыптау Autodesk (Сан Рафаэль, Калифорния, АҚШ) ұсынған Moldflow Insight көмегімен модельденді.Қалыпты толтыру уақыты 40,5 секундқа дейін оңтайландырылды және Arburg (Лоссбург, Германия) ALLROUNDER инъекциялық қалыптау машинасының көмегімен қол жеткізілді.
Бұл шамадан тыс қалыптау құрастыру шығындарын, өндіріс қадамдарын және логистиканы азайтып қана қоймайды, сонымен қатар өнімділікті арттырады.PAEK білігінің балқыма температурасы мен шамадан тыс құйылған PEEK берілісінің балқыма температурасы арасындағы 40°C айырмашылығы молекулалық деңгейде екеуінің арасында балқымаларды біріктіруге мүмкіндік береді.Біріктіру механизмінің екінші түрі, пішінді құлыптау, пішінді құлыптау контурын жасау үшін шамадан тыс қалыптау кезінде білікшені бір уақытта термоформалау үшін айдау қысымын пайдалану арқылы қол жеткізіледі.Мұны төмендегі 1-суретте «инъекция жасау» ретінде көруге болады.Ол гофрленген немесе синусоидалы шеңберді жасайды, онда тісті беріліс тегіс дөңгелек көлденең қимаға қарсы біріктіріледі, бұл геометриялық құлыптау пішінін береді.Бұл тестілеуде көрсетілгендей біріктірілген беріліс білігінің беріктігін одан әрі арттырады (төменгі оң жақтағы графикті қараңыз).Cурет.1. Victrex және ILK бірлесіп әзірленген, герон біріктірілген беріліс білігінде (жоғарғы жағында) пішінді құлыптау контурын жасау үшін шамадан тыс қалыптау кезінде бүрку қысымын пайдаланады. Бұл инъекциялық қалыптау процесі пішінді құлыптауы бар біріктірілген беріліс білігіне (графиктегі жасыл қисық) мүмкіндік береді. пішінді құлыптаусыз (графиктегі қара қисық) шамадан тыс құйылған тісті беріліс білігіне қарағанда жоғары моментті ұстап тұру.
«Көптеген адамдар шамадан тыс қалыптау кезінде біріктірілген балқытуға қол жеткізеді, - дейді Гартаус, - және басқалары композиттерде пішінді құлыптауды қолданады, бірақ бастысы екеуін бір автоматтандырылған процеске біріктіру».Ол 1-суреттегі сынақ нәтижелері үшін білік те, берілістің толық шеңбері де бөлек қысылғанын, содан кейін ығысу жүктемесін тудыру үшін айналдырылғанын түсіндіреді.Графиктегі бірінші сәтсіздік шеңбермен белгіленген, ол пішінді құлыптаусыз, шамадан тыс құйылған PEEK берілісіне арналған.Екінші сәтсіздік жұлдызға ұқсайтын бұралған шеңбермен белгіленеді, бұл пішінді құлыптаумен шамадан тыс қалыпқа келтірілген редукторды сынауды көрсетеді.«Бұл жағдайда сізде біртұтас және пішінмен бекітілген біріктіру бар, - дейді Гартаус, - және сіз момент жүктемесін 44% дерлік арттырасыз».Ендігі мәселе, оның айтуынша, бұл беріліс білігі істен шыққанға дейін көтеретін моментті одан әрі арттыру үшін жүктемені ертерек қабылдау үшін пішінді құлыптауды алу.
Инъекциялық формада герон қол жеткізетін контурды бекітуге қатысты маңызды мәселе - ол жеке бөлікке толығымен бейімделген және бұл бөлік жүктемеге төтеп беруі керек.Мысалы, беріліс білігінде пішінді құлыптау шеңбер болып табылады, бірақ төмендегі керілген қысу тіректерінде ол осьтік болып табылады.«Сондықтан біз әзірлеген нәрсе - кеңірек көзқарас», - дейді Гартаус.«Функциялар мен бөлшектерді қалай біріктіретініміз жеке қолданбаға байланысты, бірақ мұны неғұрлым көп жасай алсақ, соғұрлым салмақ пен шығынды үнемдей аламыз».
Сондай-ақ, тісті доңғалақтар сияқты шамадан тыс қалыпталған функционалды элементтерде қолданылатын қысқа талшықты күшейтілген кетон тамаша тозу беттерін қамтамасыз етеді.Victrex мұны дәлелдеді және шын мәнінде бұл фактіні өзінің PEEK және PAEK материалдары үшін сатады.
Барфус аэроғарыштық категорияда 2019 жылы JEC World Innovation Award сыйлығымен танылған біріктірілген беріліс білігі «бір қолданбаға бағытталған процесс емес, біздің көзқарасымыздың демонстрациясы» екенін атап өтті.Біз өндірісті қаншалықты оңтайландыра алатынымызды және функционалды, интеграцияланған құрылымдарды шығару үшін TPC қасиеттерін пайдалана алатынымызды зерттегіміз келді ».Қазіргі уақытта компания тіректер сияқты қолданбаларда қолданылатын кернеу-сығымдау шыбықтарын оңтайландыруда.
3-сурет Созылу-сығымдау тіректері Инъекциялық қалыптау тіректерге дейін ұзартылады, мұнда герон қосылыстың беріктігін арттыру үшін осьтік пішінді бекіту арқылы металл жүкті тасымалдау элементін бөлік құрылымына басып шығарады.
Кернеу-сығымдау тіректерінің функционалды элементі жүктерді металл шанышқыға және одан композиттік түтікке тасымалдайтын металл интерфейс бөлігі болып табылады (төмендегі суретті қараңыз).Инъекциялық қалыптау металл жүктемені енгізу элементін композиттік тірек корпусына біріктіру үшін қолданылады.
«Біз беретін басты артықшылық - бөлшектердің санын азайту», - дейді ол.«Бұл шаршауды жеңілдетеді, бұл ұшақ тіректерін қолдану үшін үлкен қиындық.Пішінді құлыптау қазірдің өзінде пластикалық немесе металл кірістірумен термосеттік композиттерде қолданылады, бірақ біртұтас байланыс жоқ, сондықтан бөлшектер арасында аздап қозғалысты алуға болады.Алайда біздің көзқарасымыз мұндай қозғалыссыз біртұтас құрылымды қамтамасыз етеді ».
Гартаус бұл бөліктерге тағы бір қиындық ретінде зақымға төзімділікті келтіреді.«Сіз тіректерге әсер етуіңіз керек, содан кейін шаршауды сынауыңыз керек», - деп түсіндіреді ол.«Біз өнімділігі жоғары термопластикалық матрицалық материалдарды қолданатындықтан, термосеттерге қарағанда 40% жоғары зақымға төзімділікке қол жеткізе аламыз, сондай-ақ соққыдан туындаған кез келген микрожарықтар шаршаған кезде азаяды».
Демонстрациялық тіректер металл кірістіруді көрсетсе де, қазіргі уақытта герон композиттік тірек корпусы мен жүктемені енгізу элементі арасында тығыз байланыстыруға мүмкіндік беретін толық термопластикалық шешімді әзірлеуде.«Қолымыздан келгенше, біз талшықты күшейту түрін, соның ішінде көміртегі, шыны, үздіксіз және қысқа талшықты өзгерту арқылы толық композициялық болып қалуды және қасиеттерді реттеуді қалаймыз», - дейді Гартаус.«Осылайша біз күрделілік пен интерфейс мәселелерін барынша азайтамыз.Мысалы, термосет пен термопластиктерді біріктірумен салыстырғанда бізде проблемалар әлдеқайда аз».Сонымен қатар, PAEK және PEEK арасындағы байланыс Tri-Mack арқылы сыналған нәтижелер оның негізгі бір бағытты CF/PAEK ламинатының беріктігінің 85% және салалық стандартты эпоксидті пленка желімін пайдаланатын жабысқақ байланыстардан екі есе берік екенін көрсетті.
Барфустың айтуынша, қазір геронның тоғыз қызметкері бар және технологияны дамытуды жеткізушіден авиациялық бөлшектерді жеткізушіге ауысады.Оның келесі үлкен қадамы - Дрездендегі жаңа зауытты дамыту.«2020 жылдың соңына қарай бізде бірінші сериялы бөлшектерді шығаратын тәжірибелік зауыт болады», - дейді ол.«Біз қазірдің өзінде авиациялық OEM-мен және 1-деңгейдегі негізгі жеткізушілермен жұмыс істеп жатырмыз, әр түрлі қолданбаларға арналған дизайнды көрсетіп жатырмыз».
Компания сондай-ақ АҚШ-тағы eVTOL жеткізушілерімен және әр түрлі серіктестермен жұмыс істейді Герон авиациялық қосымшаларды жетілдіргенде, ол сонымен қатар жарғанаттар мен велосипед компоненттерін қоса алғанда, спорттық тауарлар қолданбаларымен өндірістік тәжірибе жинақтауда.«Біздің технология өнімділігімен, цикл уақытымен және құны бойынша артықшылығы бар күрделі бөлшектердің кең ауқымын шығара алады», - дейді Гартаус.«Біздің PEEK көмегімен цикл уақытымыз 20 минутты құрайды, ал автоклавпен өңделген препрегті қолданумен салыстырғанда 240 минут.Біз мүмкіндіктердің кең өрісін көріп отырмыз, бірақ әзірге біздің басты мақсатымыз өндіріске алғашқы қосымшаларды енгізу және нарыққа осындай бөлшектердің құндылығын көрсету».
Herone сонымен қатар Carbon Fiber 2019 көрмесіне қатысады. Оқиға туралы толығырақ carbonfiberevent.com сайтынан біліңіз.
Дәстүрлі қол төсемдерін оңтайландыруға назар аударған, ілмектер мен кері бағыттаушы өндірушілер автоматтандыруды және жабық қалыптауды болашақта пайдалануға назар аударады.
Ұшақтың қару жүйесі компрессиялық қалыптау тиімділігімен көміртекті/эпоксидті жоғары өнімділікке ие болады.
Композиттердің қоршаған ортаға әсерін есептеу әдістері деректерге негізделген дәстүрлі материалдармен тең ойын алаңында салыстыруға мүмкіндік береді.
Жіберу уақыты: 19 тамыз 2019 ж