Trikotajli lenta, ortiqcha kalıplama va shaklni qulflashni birlashtirgan holda, herone keng ko'lamli ilovalar uchun namoyish qiluvchi sifatida bir qismli, yuqori momentli tishli uzatma milini ishlab chiqaradi.
Birlashtirilgan kompozit tishli uzatmali mil.Herone o'ralgan termoplastik kompozit prepreg lentalarini qo'zg'aluvchan mili laminatini birlashtiradigan va tishli mexanizmlar kabi funktsional elementlarni qoliplaydigan jarayon uchun preform sifatida ishlatadi, bu esa og'irlik, qismlar soni, yig'ish vaqti va narxini kamaytiradigan birlashtirilgan tuzilmalarni ishlab chiqaradi.Barcha rasmlar uchun manba |qahramon
Hozirgi prognozlar kelgusi 20 yil ichida tijorat samolyotlari parkini ikki baravar oshirishni talab qiladi.Bunga javob berish uchun 2019 yilda kompozitsion intensiv keng korpusli samolyotlar uchun ishlab chiqarish stavkalari har bir OEM uchun oyiga 10 dan 14 gacha o'zgarib turadi, tor korpuslar esa har bir OEM uchun oyiga 60 ga etdi.Airbus, ayniqsa, etkazib beruvchilar bilan A320 ning an'anaviy, ammo ko'p vaqt talab qiladigan qo'lda yotqizishdan oldingi qismlarini yuqori bosimli qatron o'tkazmalari (HP-RTM) kabi tezroq, 20 daqiqalik aylanish jarayoni orqali ishlab chiqarilgan qismlarga almashtirish uchun ishlamoqda. Yetkazib beruvchilar oyiga 100 ta samolyotga yaqinlashmoqda.Shu bilan birga, rivojlanayotgan shahar havo harakati va transport bozori yiliga 3000 ta elektr vertikal uchish va qo'nish (EVTOL) samolyotlariga (oyiga 250 ta) ehtiyojni prognoz qilmoqda.
"Sanoatga termoplastik kompozitlar tomonidan taklif qilinadigan funksiyalarni birlashtirishga imkon beruvchi qisqartirilgan sikl vaqtiga ega avtomatlashtirilgan ishlab chiqarish texnologiyalari talab etiladi", deydi Daniel Barfuss, kompozitlar texnologiyasi va ehtiyot qismlarini ishlab chiqaruvchi herone (Drezden, Germaniya) asoschisi va boshqaruvchi hamkori. polifenilensulfid (PPS) dan polietereterketon (PEEK), polieterketoneketon (PEKK) va poliarileterketon (PAEK) ga qadar yuqori samarali termoplastik matritsali materiallardan foydalanadigan firma.“Bizning asosiy maqsadimiz termoplastik kompozitlarning (TPC) yuqori unumdorligini arzonroq narx bilan birlashtirish, turli xil seriyali ishlab chiqarish ilovalari va yangi ilovalar uchun moslashtirilgan qismlarga imkon berishdir”, deb qo'shimcha qiladi doktor Kristian Gartaus, geronning ikkinchi hammuassisi va boshqaruvchisi. hamkor.
Bunga erishish uchun kompaniya to'liq singdirilgan, uzluksiz tolali lentalardan boshlab, bu lentalarni ichi bo'sh preform "organoTube" hosil qilish uchun o'rash va organoTubelarni o'zgaruvchan tasavvurlar va shakllarga ega profillarga birlashtirishdan boshlab yangi yondashuvni ishlab chiqdi.Jarayonning keyingi bosqichida u kompozit tishli mexanizmlar kabi funktsional elementlarni qo'zg'aluvchan vallar, quvurlarga so'nggi armatura yoki yukni uzatish elementlarini kuchlanish-siqish tirgaklariga birlashtirish uchun TPClarning payvandlanishi va termoformatsiyasidan foydalanadi.Barfuss, keton matritsasi yetkazib beruvchi Victrex (Klivleys, Lankashir, Buyuk Britaniya) va ehtiyot qismlar yetkazib beruvchi Tri-Mack (Bristol, RI, AQSH) tomonidan ishlab chiqilgan gibrid qoliplash jarayonidan foydalanish imkoniyati mavjudligini qo‘shimcha qiladi, bu esa profillar uchun pastroq eritma haroratidagi PAEK lentadan foydalanadi. va qoliplash uchun PEEK, birlashma bo'ylab birlashtirilgan, yagona materialni ta'minlaydi (qarang: "O'ta qoliplash kompozitlarda PEEK assortimentini kengaytiradi")."Bizning moslashuvimiz geometrik shakllarni blokirovka qilishga ham imkon beradi," deya qo'shimcha qiladi u, "bu yanada yuqori yuklarga bardosh bera oladigan integral tuzilmalarni ishlab chiqaradi."
Heron jarayoni organotubelarga o'ralgan va mustahkamlangan to'liq singdirilgan uglerod tolasi bilan mustahkamlangan termoplastik lentalardan boshlanadi."Biz 10 yil oldin ushbu organoTubes bilan ishlashni boshladik, aviatsiya uchun kompozit gidravlik quvurlarni ishlab chiqdik", deydi Garthaus.Uning tushuntirishicha, ikkita samolyot gidravlik quvurlari bir xil geometriyaga ega bo'lmagani uchun, mavjud texnologiyadan foydalangan holda har biriga qolip kerak bo'ladi."Bizga quvurning individual geometriyasiga erishish uchun keyin qayta ishlanishi mumkin bo'lgan quvur kerak edi.Shunday qilib, g'oya uzluksiz kompozit profillarni yasash va keyin CNC ularni kerakli geometriyalarga egish edi.
2-rasm To'rlangan prepreg lentalari geronning in'ektsiyasini shakllantirish jarayoni uchun organoTubes deb ataladigan to'r shaklidagi preformlarni beradi va turli shakllarni ishlab chiqarish imkonini beradi.
Bu Sigma Precision Components (Hinckley, Buyuk Britaniya) o'zining uglerod tolasi/PEEK dvigatellari bilan ishlayotganiga o'xshaydi (qarang: "Aerodvigatellarni kompozit quvurlar bilan tiklash")."Ular o'xshash qismlarga qarashadi, lekin boshqa konsolidatsiya usulidan foydalanadilar", deb tushuntiradi Garthaus."Bizning yondashuvimiz bilan biz aerokosmik tuzilmalar uchun 2% dan kam porozlik kabi samaradorlikni oshirish potentsialini ko'ramiz."
Gartausning fan nomzodi.ILK dagi dissertatsiya ishi to'qilgan quvurlarni ishlab chiqarish uchun uzluksiz termoplastik kompozit (TPC) pultrusionidan foydalangan holda o'rganildi, bu TPC quvurlari va profillari uchun patentlangan uzluksiz ishlab chiqarish jarayoniga olib keldi.Biroq, hozircha, herone uzluksiz shakllantirish jarayonidan foydalangan holda aviatsiya yetkazib beruvchilari va mijozlari bilan ishlashni tanladi."Bu bizga har xil shakllarni, shu jumladan egri profillar va turli kesimdagilarni yaratish, shuningdek, mahalliy yamoqlar va qatlamlarni tushirish erkinligini beradi", deb tushuntiradi u.“Biz mahalliy yamoqlarni integratsiyalash va keyin ularni kompozit profil bilan birlashtirish jarayonini avtomatlashtirish ustida ishlayapmiz.Asosan, tekis laminatlar va qobiqlar bilan qila oladigan hamma narsani biz quvurlar va profillar uchun qila olamiz.
Ushbu TPC ichi bo'sh profillarini yaratish aslida eng qiyin qiyinchiliklardan biri edi, deydi Gartaus.“Siz silikon qovuq bilan shtamp yasash yoki puflashdan foydalana olmaysiz;shuning uchun biz yangi jarayonni ishlab chiqishimiz kerak edi."Ammo bu jarayon juda yuqori samarali va moslashtiriladigan quvur va milga asoslangan qismlarga imkon beradi, deydi u.Shuningdek, u Victrex tomonidan ishlab chiqilgan gibrid qolipdan foydalanishga imkon berdi, bunda pastroq eritma haroratidagi PAEK PEEK bilan qoliplanadi, bunda organosh va inyeksion kalıplama bir bosqichda mustahkamlanadi.
OrganoTube to'qilgan lenta preformlaridan foydalanishning yana bir e'tiborga molik jihati shundaki, ular juda kam chiqindi hosil qiladi."O'quv bilan bizda 2% dan kam chiqindi bor va bu TPC tasmasi bo'lgani uchun biz materialdan foydalanish darajasini 100% gacha olish uchun bu oz miqdordagi chiqindilarni ortiqcha kalıplamada ishlatishimiz mumkin", deb ta'kidlaydi Garthaus.
Barfuss va Garthaus TU Drezdendagi Yengil muhandislik va polimer texnologiyalari institutida (ILK) tadqiqotchi sifatida o'zlarining rivojlanish ishlarini boshladilar."Bu kompozitlar va gibrid engil dizaynlar bo'yicha Evropadagi eng yirik institutlardan biri", deb ta'kidlaydi Barfuss.U va Garthaus u erda deyarli 10 yil davomida bir qator ishlanmalar, jumladan, doimiy TPC pultruziyasi va turli xil ulanish turlari bo'yicha ishladilar.Oxir-oqibat, bu ish hozirgi qahramon TPC jarayoni texnologiyasiga aylantirildi.
"Keyin biz Germaniyaning EXIST dasturiga murojaat qildik, u bunday texnologiyani sanoatga o'tkazishga qaratilgan va har yili keng ko'lamli tadqiqot sohalarida 40-60 ta loyihani moliyalashtiradi", deydi Barfuss."Biz kapital uskunalar, to'rtta xodim va keyingi bosqichni kengaytirish uchun investitsiyalar uchun mablag' oldik."Ular 2018 yil may oyida JEC World ko'rgazmasida namoyish etilgandan so'ng qahramon yaratishdi.
JEC World 2019 tomonidan qahramon bir qator namoyish qismlarini ishlab chiqardi, jumladan, engil, yuqori momentli, o'rnatilgan tishli uzatma mili yoki tishli mil."Biz uglerod tolasi / PAEK tasmasi organoTube qismi tomonidan talab qilinadigan burchaklarda o'ralgan holda foydalanamiz va uni naychaga birlashtiramiz", deb tushuntiradi Barfuss."Keyin biz trubkani 200 ° C ga oldindan qizdiramiz va uni 380 ° C da qisqa uglerod tolasi bilan mustahkamlangan PEEK in'ektsiya qilish orqali qilingan tishli vosita bilan qoliplaymiz."Qoliplash Autodesk kompaniyasining (San Rafael, Kaliforniya, AQSh) Moldflow Insight yordamida modellashtirilgan.Qolipni to'ldirish vaqti 40,5 soniyagacha optimallashtirildi va Arburg (Lossburg, Germaniya) ALLROUNDER qarshi kalıplama mashinasi yordamida erishildi.
Bunday haddan tashqari kalıplama nafaqat yig'ish xarajatlarini, ishlab chiqarish bosqichlarini va logistikani kamaytiradi, balki ishlashni ham oshiradi.PAEK shaftining erish harorati va haddan tashqari qoliplangan PEEK tishli o'rtasidagi 40 ° C farq molekulyar darajada ikkalasi o'rtasida eritishning birlashishiga imkon beradi.Qo'shish mexanizmining ikkinchi turi, shaklni qulflash, shaklni qulflash konturini yaratish uchun haddan tashqari kalıplama paytida milni bir vaqtning o'zida termoform qilish uchun in'ektsiya bosimidan foydalanish orqali erishiladi.Buni quyidagi 1-rasmda "in'ektsiya hosil qiluvchi" sifatida ko'rish mumkin.U gofrirovka qilingan yoki sinusoidal aylana hosil qiladi, bu erda tishli silliq dairesel kesma bilan birlashtiriladi, bu esa geometrik qulflangan shaklga olib keladi.Bu sinovda ko'rsatilgandek, o'rnatilgan tishli milning mustahkamligini yanada oshiradi (pastki o'ngdagi grafikga qarang).1. Victrex va ILK bilan hamkorlikda ishlab chiqilgan gerone o'rnatilgan tishli valda (yuqorida) shaklni blokirovkalash konturini yaratish uchun overmolding paytida in'ektsiya bosimidan foydalanadi. Ushbu in'ektsiya hosil qilish jarayoni shaklni qulflash (grafikdagi yashil egri) bilan birlashtirilgan tishli milga imkon beradi. Formani blokirovka qilmasdan (grafikdagi qora egri chiziq) haddan tashqari kalıplanmış tishli uzatma miliga nisbatan yuqori momentni ushlab turish.
"Ko'p odamlar haddan tashqari qoliplash paytida eritishning birikishiga erishmoqdalar," deydi Gartaus, "va boshqalar kompozitlarda shaklni blokirovka qilishdan foydalanadilar, ammo asosiysi ikkalasini bitta, avtomatlashtirilgan jarayonga birlashtirishdir."Uning tushuntirishicha, 1-rasmdagi sinov natijalari uchun vitesning mil va to'liq aylanasi alohida-alohida mahkamlangan, so'ngra siljish yuklanishini keltirib chiqarish uchun aylantirilgan.Grafikdagi birinchi nosozlik, shaklni blokirovka qilmasdan, haddan tashqari kalıplanmış PEEK uzatma uchun ekanligini ko'rsatish uchun doira bilan belgilanadi.Ikkinchi nosozlik yulduzga o'xshash qiyshiq doira bilan belgilanadi, bu shaklni qulflash bilan haddan tashqari kalıplanmış vitesni sinovdan o'tkazishni ko'rsatadi."Bunday holatda, sizda ham birlashgan, ham shaklda qulflangan birlashma mavjud," deydi Gartaus, "va siz moment yukini deyarli 44% ga oshirasiz."Uning so'zlariga ko'ra, hozirgi vazifa, bu redüktör ishlamay qolganda ushlab turadigan momentni yanada oshirish uchun oldingi bosqichda yukni olish uchun shaklni blokirovka qilishdir.
Qahramonning in'ektsiya hosil qilish orqali erishadigan kontur shaklini qulflashning muhim jihati shundaki, u alohida qismga to'liq moslashtirilgan va bu qism yukga bardosh berishi kerak.Misol uchun, tishli valda shaklni qulflash aylana bo'ylab, lekin pastdagi kuchlanish-siqish tirgaklarida u ekseneldir."Shuning uchun biz ishlab chiqqan narsa kengroq yondashuvdir", deydi Gartaus."Funktsiyalar va qismlarni qanday birlashtirganimiz individual dasturga bog'liq, ammo biz buni qanchalik ko'p qila olsak, shunchalik ko'p og'irlik va xarajatlarni tejashimiz mumkin."
Bundan tashqari, tishli mexanizmlar kabi haddan tashqari kalıplanmış funktsional elementlarda ishlatiladigan qisqa tolali mustahkamlangan keton mukammal aşınma yuzalarini ta'minlaydi.Victrex buni isbotladi va aslida bu haqiqatni PEEK va PAEK materiallari uchun sotadi.
Barfussning ta'kidlashicha, aerokosmik toifadagi 2019 JEC World Innovation Award bilan taqdirlangan integratsiyalangan tishli mil "bizning yondashuvimizning namoyishi, nafaqat bitta dasturga qaratilgan jarayon.Biz ishlab chiqarishni qanchalik soddalashtirishimiz va funktsionallashtirilgan, integratsiyalashgan tuzilmalarni ishlab chiqarish uchun TPC xususiyatlaridan foydalanishimiz mumkinligini o'rganmoqchi edik.Kompaniya hozirda struts kabi ilovalarda ishlatiladigan kuchlanish-siqish tayoqlarini optimallashtirmoqda.
3-rasm. Siqilish-siqish tirgaklariInjection-forming tirgaklarga kengaytiriladi, bu erda gerone birlashma mustahkamligini oshirish uchun eksenel shaklni qulflash yordamida metall yuk o'tkazuvchi elementni qism konstruktsiyasiga qoliplaydi.
Siqilish-siqish tirgaklarining funktsional elementi yuklarni metall vilkadan kompozit trubkaga o'tkazadigan metall interfeys qismidir (quyidagi rasmga qarang).Inyeksion shakllanish metall yukni kiritish elementini kompozit tirgak tanasiga birlashtirish uchun ishlatiladi.
"Biz beradigan asosiy foyda qismlar sonini kamaytirishdir", deydi u."Bu charchoqni soddalashtiradi, bu samolyot strutlarini qo'llash uchun katta muammodir.Shaklni qulflash allaqachon plastmassa yoki metall qo'shimchali termoset kompozitsiyalarida qo'llaniladi, ammo yopishqoq bog'lanish mavjud emas, shuning uchun siz qismlar o'rtasida engil harakatni olishingiz mumkin.Biroq, bizning yondashuvimiz bunday harakatsiz birlashgan tuzilmani ta'minlaydi.
Garthaus bu qismlar uchun yana bir qiyinchilik sifatida zararga chidamliligini ta'kidlaydi."Siz tirgaklarga ta'sir qilishingiz va keyin charchoqni tekshirishingiz kerak", deb tushuntiradi u."Biz yuqori samarali termoplastik matritsali materiallardan foydalanganimiz sababli, biz termosetlarga nisbatan 40% ga yuqori shikastlanishga chidamliligiga erisha olamiz, shuningdek, charchoq yuklanganda zarbadan mikro yoriqlar kamroq o'sadi."
Ko'rgazmali tirgaklar metall qo'shimchani ko'rsatsa ham, gerone hozirda kompozit tirgak tanasi va yuk kiritish elementi o'rtasida yopishqoq bog'lanish imkonini beruvchi butunlay termoplastik eritmani ishlab chiqmoqda."Iloji bo'lsa, biz kompozitsion bo'lib qolishni va tolani mustahkamlash turini, jumladan uglerod, shisha, uzluksiz va qisqa tolalarni o'zgartirish orqali xususiyatlarni sozlashni afzal ko'ramiz", deydi Garthaus.“Shunday qilib, biz murakkablik va interfeys muammolarini minimallashtiramiz.Misol uchun, termosetlar va termoplastiklarni birlashtirishga qaraganda, bizda kamroq muammolar mavjud.Bundan tashqari, PAEK va PEEK o'rtasidagi bog'lanish Tri-Mack tomonidan sinovdan o'tkazildi va natijalar shuni ko'rsatdiki, u asosiy bir tomonlama CF/PAEK laminatining mustahkamligining 85% ga ega va sanoat standartidagi epoksi plyonkali yopishtiruvchi yordamida yopishtiruvchi bog'lanishlardan ikki baravar kuchli.
Barfussning so'zlariga ko'ra, hozirda geronning to'qqiz nafar xodimi bor va u texnologiyani ishlab chiqish yetkazib beruvchidan aviatsiya qismlari yetkazib beruvchiga o'tmoqda.Uning navbatdagi katta qadami Drezdendagi yangi zavodni rivojlantirishdir.“2020 yil oxiriga kelib bizda birinchi seriyali qismlarni ishlab chiqaradigan tajriba zavodi bo'ladi”, deydi u."Biz allaqachon aviatsiya OEMlari va asosiy 1-darajali yetkazib beruvchilar bilan ishlamoqdamiz, turli xil ilovalar uchun dizaynlarni namoyish etmoqdamiz."
Kompaniya, shuningdek, AQShda eVTOL yetkazib beruvchilari va turli hamkorlari bilan ishlamoqda. Qahramon aviatsiya dasturlarini ishlab chiqishda, shuningdek, ko'rshapalaklar va velosiped qismlarini o'z ichiga olgan sport tovarlari ilovalari bilan ishlab chiqarish tajribasiga ega bo'lmoqda."Bizning texnologiyamiz unumdorlik, aylanish vaqti va xarajat afzalliklari bilan keng turdagi murakkab qismlarni ishlab chiqarishi mumkin", deydi Garthaus.“PEEK-dan foydalangan holda bizning aylanish vaqtimiz 20 daqiqa, avtoklavda quritilgan prepreg yordamida 240 daqiqa.Biz keng imkoniyatlar maydonini ko'rmoqdamiz, ammo hozircha bizning asosiy e'tiborimiz ishlab chiqarishga birinchi ilovalarimizni kiritish va bozorda bunday qismlarning qiymatini namoyish etishga qaratilgan”.
Herone shuningdek, Carbon Fiber 2019 da taqdimot qiladi. Tadbir haqida ko‘proq ma’lumotni carbonfiberevent.com saytida o‘qing.
An'anaviy qo'l yotqizishni optimallashtirishga e'tibor qaratgan holda, nacelle va reverser ishlab chiqaruvchilari kelajakda avtomatlashtirish va yopiq kalıplamadan foydalanishga e'tibor berishadi.
Samolyot qurollari tizimi siqishni qoliplash samaradorligi bilan uglerod / epoksining yuqori mahsuldorligini oladi.
Kompozitlarning atrof-muhitga ta'sirini hisoblash usullari ma'lumotlarga asoslangan an'anaviy materiallar bilan teng o'yin maydonida taqqoslash imkonini beradi.
Yuborilgan vaqt: 2019-yil 19-avgust