Kwa kuchanganya mkanda wa kusuka, ufunikaji mwingi na kufunga umbo, herone hutengeneza shaft ya kiendeshi cha gia yenye mwendo wa juu kama kielelezo cha matumizi mbalimbali.
Gear-driveshaft yenye mchanganyiko wa mchanganyiko.Herone hutumia kanda zilizosukwa za uundaji wa thermoplastic kama utangulizi wa mchakato unaounganisha laminate ya driveshaft na kuimarisha vipengele vya utendaji kama vile gia, kutoa miundo iliyounganishwa ambayo hupunguza uzito, hesabu ya sehemu, muda wa kuunganisha na gharama.Chanzo cha picha zote |shujaa
Makadirio ya sasa yanahitaji kuongezeka maradufu kwa meli za ndege za kibiashara katika kipindi cha miaka 20 ijayo.Ili kushughulikia hili, viwango vya uzalishaji mwaka wa 2019 kwa jeli za ndege zenye mchanganyiko mkubwa hutofautiana kutoka 10 hadi 14 kwa mwezi kwa OEM, wakati nyembamba tayari zimepanda hadi 60 kwa mwezi kwa OEM.Airbus hasa inafanya kazi na wasambazaji kubadilisha sehemu za kitamaduni lakini zinazotumia wakati mwingi, kupanga mipangilio ya mikono kwenye A320 hadi sehemu zilizotengenezwa kupitia michakato ya muda wa mzunguko wa dakika 20 kama vile ukingo wa uhamishaji wa resin zenye shinikizo la juu (HP-RTM), hivyo kusaidia sehemu. wasambazaji hukutana na msukumo zaidi kuelekea ndege 100 kwa mwezi.Wakati huo huo, soko linaloibuka la uhamaji wa anga na usafiri wa mijini linatabiri hitaji la ndege 3,000 za kupaa na kutua kwa wima za umeme (EVTOL) kwa mwaka (250 kwa mwezi).
"Sekta hii inahitaji teknolojia za uzalishaji otomatiki zilizo na muda mfupi wa mzunguko ambao pia huruhusu ujumuishaji wa kazi, ambazo hutolewa na composites za thermoplastic," anasema Daniel Barfuss, mwanzilishi mwenza na mshirika mkuu wa herone (Dresden, Ujerumani), teknolojia ya mchanganyiko na utengenezaji wa sehemu. kampuni inayotumia nyenzo za matrix ya thermoplastic yenye utendaji wa juu kutoka polyphenylenesulfide (PPS) hadi polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone (PEKK) na polyaryletherketone (PAEK)."Lengo letu kuu ni kuchanganya utendakazi wa hali ya juu wa composites za thermoplastic (TPCs) na gharama ya chini, ili kuwezesha sehemu zilizobinafsishwa kwa aina mbalimbali za utayarishaji wa programu za mfululizo na matumizi mapya," anaongeza Dk. Christian Garthaus, mwanzilishi mwenza wa pili wa herone na msimamizi. mshirika.
Ili kufanikisha hili, kampuni imebuni mbinu mpya, kwa kuanzia na mikanda iliyotungwa mimba kikamilifu, inayoendelea, kuunganisha kanda hizi ili kuunda umbo tangulizi usio na mashimo "organoTube" na kuunganisha organoTubes katika wasifu na sehemu tofauti tofauti na maumbo.Katika hatua inayofuata ya mchakato, hutumia weldability na thermoformability ya TPC kuunganisha vipengele vya utendaji kama vile gia za mchanganyiko kwenye vishindo vya kuendesha gari, viambajengo vya mwisho kwenye mirija, au vipengee vya uhamishaji wa kupakia kwenye mikanda ya mkazo.Barfuss anaongeza kuwa kuna chaguo la kutumia mchakato wa ukingo wa mseto - uliotengenezwa na mtoaji wa matrix ya ketone Victrex (Cleveleys, Lancashire, UK) na msambazaji wa sehemu Tri-Mack (Bristol, RI, US) - ambayo hutumia mkanda wa chini wa kuyeyuka wa PAEK kwa wasifu. na PEEK ya kuzidisha, kuwezesha nyenzo iliyounganishwa, moja kwenye kiunganishi (ona "Umoja Zaidi hupanua masafa ya PEEK katika viunzi")."Urekebishaji wetu pia huwezesha kufungwa kwa fomu ya kijiometri," anaongeza, "ambayo hutoa miundo iliyojumuishwa ambayo inaweza kuhimili mizigo ya juu zaidi."
Mchakato wa herone huanza na tepi za thermoplastic zilizoimarishwa kabisa za nyuzinyuzi za kaboni ambazo zimesukwa kuwa organoTubes na kuunganishwa."Tulianza kufanya kazi na hizi organoTubes miaka 10 iliyopita, kutengeneza mabomba ya majimaji yenye mchanganyiko wa anga," anasema Garthaus.Anaeleza kwamba kwa sababu hakuna mabomba mawili ya maji ya ndege yenye jiometri sawa, mold ingehitajika kwa kila moja, kwa kutumia teknolojia iliyopo."Tulihitaji bomba ambalo lingeweza kuchakatwa ili kufikia jiometri ya bomba la mtu binafsi.Kwa hivyo, wazo lilikuwa kutengeneza profaili zenye mchanganyiko na kisha CNC kuzikunja kwenye jiometri zinazohitajika.
Mtini. 2 Tepu za kabla ya kusuka hutoa muundo wa awali wa umbo la wavu unaoitwa organoTubes kwa mchakato wa kutengeneza sindano ya herone na kuwezesha utengenezaji wa maumbo mbalimbali.
Hii inafanana na kile Sigma Precision Components (Hinckley, UK) inafanya (ona "Kurekebisha injini za anga na mabomba ya mchanganyiko") kwa kutumia nyuzi zake za kaboni/PEEK injini."Wanaangalia sehemu zinazofanana lakini hutumia njia tofauti ya ujumuishaji," Garthaus anaelezea."Kwa mtazamo wetu, tunaona uwezekano wa kuongezeka kwa utendaji, kama vile chini ya 2% ya uboreshaji wa miundo ya anga."
Garthaus' Ph.D.kazi ya thesis katika ILK iligunduliwa kwa kutumia pultrusion ya mchanganyiko wa thermoplastic (TPC) ili kutengeneza mirija iliyosokotwa, ambayo ilisababisha mchakato wa utengenezaji wa hati miliki endelevu wa mirija na wasifu wa TPC.Hata hivyo, kwa sasa, herone amechagua kufanya kazi na wauzaji wa anga na wateja kwa kutumia mchakato wa ukingo usioendelea."Hii inatupa uhuru wa kutengeneza maumbo mbalimbali, ikiwa ni pamoja na maelezo mafupi yaliyopindika na yale yaliyo na sehemu tofauti tofauti, pamoja na kutumia viraka vya ndani na kuachia," anafafanua."Tunafanya kazi ili kuharakisha mchakato wa kuunganisha viraka vya ndani na kisha kuziunganisha na wasifu wa mchanganyiko.Kimsingi, kila kitu ambacho unaweza kufanya na laminates gorofa na makombora, tunaweza kufanya kwa zilizopo na wasifu.
Kufanya maelezo haya matupu ya TPC kwa kweli ilikuwa moja ya changamoto ngumu zaidi, anasema Garthaus.“Huwezi kutumia kutengeneza stempu au kupuliza na kibofu cha silicone;kwa hivyo, tulilazimika kuunda mchakato mpya.Lakini mchakato huu unawezesha utendaji wa juu sana na unaoweza kutengenezwa na sehemu za msingi wa shimoni, anabainisha.Pia iliwezesha kwa kutumia ukingo wa mseto ambao Victrex ilitengeneza, ambapo halijoto ya chini ya kuyeyuka PAEK inafunikwa kupita kiasi na PEEK, ikiunganisha laha ya mseto na ukingo wa sindano katika hatua moja.
Kipengele kingine mashuhuri cha kutumia utangulizi wa mkanda uliosukwa wa organoTube ni kwamba hutoa taka kidogo sana."Kwa kusuka, tuna chini ya 2% ya taka, na kwa sababu ni mkanda wa TPC, tunaweza kutumia kiasi hiki kidogo cha taka nyuma katika overmolding kupata kiwango cha matumizi ya nyenzo hadi 100%," Garthaus anasisitiza.
Barfuss na Garthaus walianza kazi yao ya maendeleo kama watafiti katika Taasisi ya Uhandisi Nyepesi na Teknolojia ya Polymer (ILK) huko TU Dresden."Hii ni moja ya taasisi kubwa zaidi za Uropa za composites na miundo mseto nyepesi," anabainisha Barfuss.Yeye na Garthaus walifanya kazi huko kwa karibu miaka 10 juu ya maendeleo kadhaa, ikiwa ni pamoja na kuendelea kwa TPC pultrusion na aina tofauti za kujiunga.Kazi hiyo hatimaye iliwekwa katika kile ambacho sasa ni teknolojia ya mchakato wa herone TPC.
"Kisha tulituma maombi kwa mpango wa EXIST wa Ujerumani, ambao unalenga kuhamisha teknolojia hiyo kwa viwanda na kufadhili miradi 40-60 kila mwaka katika nyanja mbalimbali za utafiti," anasema Barfuss."Tulipokea ufadhili wa vifaa vya mtaji, wafanyikazi wanne na uwekezaji kwa hatua inayofuata ya kuongeza."Waliunda shujaa mnamo Mei 2018 baada ya maonyesho katika JEC World.
Kufikia JEC World 2019, herone alikuwa ametoa aina mbalimbali za sehemu za maonyesho, ikiwa ni pamoja na uzani mwepesi, torque ya juu, kiendeshi cha gia kilichounganishwa, au shimoni ya gia."Tunatumia mkanda wa kaboni fiber/PAEK organoTube iliyosokotwa kwa pembe zinazohitajika na sehemu hiyo na kuiunganisha kuwa bomba," Barfuss anaelezea."Kisha tunapasha joto bomba hadi 200 ° C na kuifunika kwa gia iliyotengenezwa kwa kudunga PEEK fupi ya nyuzi za kaboni iliyoimarishwa kwa 380 ° C."Urekebishaji uliwekwa kwa kutumia Moldflow Insight kutoka Autodesk (San Rafael, Calif., US).Muda wa kujaza ukungu uliboreshwa hadi sekunde 40.5 na kupatikana kwa kutumia mashine ya kukunja sindano ya Arburg (Lossburg, Ujerumani) ALLROUNDER.
Kuzidisha huku sio tu kupunguza gharama za mkutano, hatua za utengenezaji na vifaa, lakini pia huongeza utendaji.Tofauti ya 40°C kati ya halijoto ya kuyeyuka ya shimoni ya PAEK na ile ya gia ya PEEK iliyofunikwa kupita kiasi huwezesha muunganisho mshikamano wa kuyeyuka kati ya hizo mbili katika kiwango cha molekuli.Aina ya pili ya utaratibu wa kujiunga, kufungwa kwa fomu, kunapatikana kwa kutumia shinikizo la sindano kwa wakati huo huo thermoform shimoni wakati wa overmolding kuunda contour ya fomu-locking.Hii inaweza kuonekana katika Mchoro 1 hapa chini kama "uundaji wa sindano".Inaunda mduara wa bati au sinusoidal ambapo gia imeunganishwa dhidi ya sehemu ya mduara laini, ambayo husababisha fomu ya kujifungia kijiometri.Hii huongeza zaidi uimara wa shimoni iliyounganishwa ya gia, kama inavyoonyeshwa katika majaribio (ona jedwali chini kulia).Mtini.1. Iliyoundwa kwa ushirikiano na Victrex na ILK, herone hutumia shinikizo la sindano wakati wa kuzidisha ili kuunda contour ya kufunga fomu katika gearshaft iliyounganishwa (juu). Utaratibu huu wa kutengeneza sindano huruhusu gearshaft iliyounganishwa na kufungwa kwa fomu (curve ya kijani kwenye grafu) kudumisha torati ya juu zaidi dhidi ya shimoni ya kiendeshi iliyofunikwa kupita kiasi bila kufunga umbo (curve nyeusi kwenye grafu).
"Watu wengi wanafikia mshikamano wa kuyeyuka wakati wa kuyeyuka kupita kiasi," anasema Garthaus, "na wengine wanatumia ufungaji wa fomu katika viunzi, lakini jambo kuu ni kuchanganya zote mbili kuwa mchakato mmoja, wa kiotomatiki."Anafafanua kuwa kwa matokeo ya mtihani katika Mchoro 1, shimoni na mduara kamili wa gear zilifungwa tofauti, kisha kuzungushwa ili kushawishi upakiaji wa shear.Kushindwa kwa kwanza kwenye grafu kunawekwa alama na mduara kuashiria kuwa ni kwa gia ya PEEK iliyofunikwa kupita kiasi bila kufunga kwa umbo.Kushindwa kwa pili kunaonyeshwa na mduara uliopunguka unaofanana na nyota, unaonyesha upimaji wa gear iliyozidi na kufungwa kwa fomu."Katika kesi hii, una kiunganishi cha kushikamana na kilichofungwa," anasema Garthaus, "na unapata karibu ongezeko la 44% la mzigo wa torque."Changamoto kwa sasa, anasema, ni kupata kifunga fomu ili kuchukua mzigo katika hatua ya awali ili kuongeza zaidi torque hii gia shaft itashughulikia kabla ya kushindwa.
Jambo muhimu kuhusu ufungaji wa umbo la kontua ambalo herone hufanikisha kwa uundaji wake wa sindano ni kwamba imeundwa kulingana na sehemu ya mtu binafsi na upakiaji ambao sehemu hiyo lazima ustahimili.Kwa mfano, katika gearshaft, kufungia fomu ni mzunguko, lakini katika struts ya mvutano-compression chini, ni axial."Hii ndiyo sababu ambayo tumeunda ni njia pana," anasema Garthaus."Jinsi tunavyounganisha kazi na sehemu inategemea utumizi wa mtu binafsi, lakini kadri tunavyoweza kufanya hivi, ndivyo uzito na gharama zaidi tunaweza kuokoa."
Pia, ketoni iliyoimarishwa ya nyuzi fupi inayotumiwa katika vipengele vya utendaji vilivyozidishwa kama vile gia hutoa nyuso bora za kuvaa.Victrex imethibitisha hili na kwa kweli, inauza ukweli huu kwa nyenzo zake za PEEK na PAEK.
Barfuss anadokeza kuwa gia iliyojumuishwa, ambayo ilitambuliwa na Tuzo ya Ubunifu ya Ulimwengu ya 2019 ya JEC katika kitengo cha anga ya juu, ni "onyesho la mtazamo wetu, sio tu mchakato unaozingatia ombi moja.Tulitaka kuchunguza ni kwa kiasi gani tunaweza kurahisisha utengenezaji na kutumia mali ya TPC ili kutoa miundo iliyojumuishwa, iliyojumuishwa.Kampuni kwa sasa inaboresha vijiti vya kukandamiza mvutano, vinavyotumika katika programu kama vile vijiti.
Mtini. 3 Uundaji wa mgandamizo wa mvutano hupanuliwa hadi kwenye viunzi, ambapo herone hufinya zaidi kipengele cha uhamishaji wa mzigo wa chuma kwenye muundo wa sehemu kwa kutumia ufungaji wa umbo la axial ili kuongeza nguvu ya kuunganisha.
Kipengele cha utendaji kazi kwa struts za mgandamizo ni sehemu ya kiolesura cha metali ambayo huhamisha mizigo kwenda na kutoka kwa uma ya chuma hadi kwenye bomba la mchanganyiko (ona mchoro hapa chini).Uundaji wa sindano hutumiwa kuunganisha kipengele cha utangulizi cha mzigo wa metali kwenye mwili wa strut ya composite.
"Faida kuu tunayotoa ni kupunguza idadi ya sehemu," anabainisha."Hii hurahisisha uchovu, ambayo ni changamoto kubwa kwa maombi ya ndege.Kufungia fomu tayari kutumika katika composites thermoset na kuingiza plastiki au chuma, lakini hakuna kuunganisha kushikamana, hivyo unaweza kupata harakati kidogo kati ya sehemu.Njia yetu, hata hivyo, inatoa muundo wa umoja usio na harakati kama hizo.
Garthaus anataja uvumilivu wa uharibifu kama changamoto nyingine kwa sehemu hizi."Lazima uathiri struts na kisha kufanya upimaji wa uchovu," anaelezea."Kwa sababu tunatumia nyenzo za utendaji wa juu za thermoplastic, tunaweza kufikia kiwango cha juu cha 40% ya uvumilivu wa uharibifu dhidi ya thermosets, na pia microcracks yoyote kutoka kwa athari hupungua kwa upakiaji wa uchovu."
Ijapokuwa miisho ya maonyesho inaonyesha kiingizo cha chuma, herone kwa sasa inatengeneza suluhu ya thermoplastic yote, kuwezesha muunganisho wa mshikamano kati ya mwili wa strut wa mchanganyiko na kipengele cha utangulizi cha mzigo."Tunapoweza, tunapendelea kukaa pamoja na kurekebisha mali kwa kubadilisha aina ya uimarishaji wa nyuzi, pamoja na kaboni, glasi, nyuzinyuzi zinazoendelea na fupi," anasema Garthaus."Kwa njia hii, tunapunguza ugumu na maswala ya kiolesura.Kwa mfano, tuna matatizo kidogo sana ikilinganishwa na kuchanganya thermosets na thermoplastics.Kwa kuongeza, dhamana kati ya PAEK na PEEK imejaribiwa na Tri-Mack na matokeo yanaonyesha kuwa ina 85% ya nguvu ya laminate ya msingi ya unidirectional CF/PAEK na ina nguvu mara mbili kuliko vifungo vya wambiso kwa kutumia adhesive ya filamu ya epoxy ya sekta ya kawaida.
Barfuss anasema herone sasa ana wafanyakazi tisa na anabadilika kutoka kwa msambazaji wa maendeleo ya teknolojia hadi msambazaji wa sehemu za anga.Hatua yake kubwa inayofuata ni maendeleo ya kiwanda kipya huko Dresden."Mwishoni mwa 2020 tutakuwa na mtambo wa majaribio unaozalisha sehemu za mfululizo wa kwanza," anasema."Tayari tunafanya kazi na OEMs za anga na wasambazaji wakuu wa Tier 1, kuonyesha miundo ya aina nyingi tofauti za programu."
Kampuni hiyo pia inafanya kazi na wasambazaji wa eVTOL na washirika mbalimbali nchini Marekani Huku herone inapokomaa maombi ya usafiri wa anga, pia inapata uzoefu wa kutengeneza bidhaa za michezo ikiwa ni pamoja na popo na vipengele vya baiskeli."Teknolojia yetu inaweza kutoa sehemu nyingi ngumu na utendaji, wakati wa mzunguko na faida za gharama," anasema Garthaus."Muda wetu wa mzunguko kwa kutumia PEEK ni dakika 20, dhidi ya dakika 240 kwa kutumia prepreg ya autoclave-cured.Tunaona uwanja mpana wa fursa, lakini kwa sasa, lengo letu ni kupata maombi yetu ya kwanza katika uzalishaji na kuonyesha thamani ya sehemu kama hizo sokoni.
Herone pia atawasilisha katika Carbon Fiber 2019. Pata maelezo zaidi kuhusu tukio hilo katika carbonfiberevent.com.
Ikilenga kuboresha upangaji wa mikono wa kitamaduni, watengenezaji wa nacelle na thrust reverser wanatupia jicho matumizi ya baadaye ya uwekaji kiotomatiki na ukingo uliofungwa.
Mfumo wa silaha za ndege hupata utendakazi wa juu wa kaboni/epoksi kwa ufanisi wa ukingo wa kubana.
Mbinu za kuhesabu athari za composites kwenye mazingira huwezesha ulinganisho unaotokana na data na nyenzo za kitamaduni kwenye usawa.
Muda wa kutuma: Aug-19-2019