Kalifornijski producent ACPT Inc. współpracował z dostawcą maszyn w celu stworzenia innowacyjnej półautomatycznej linii produkcyjnej wyposażonej w automatyczną maszynę do nawijania włókna. #workinprogress #Automatyzacja
Wały napędowe z kompozytu włókna węglowego firmy ACPT są stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Źródło zdjęć, wszystkie zdjęcia: Roth Composite Machinery
Od wielu lat producent materiałów kompozytowych Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, Kalifornia, USA) angażuje się w rozwój i udoskonalanie konstrukcji kompozytowego wału napędowego z włókna węglowego – materiału kompozytowego z włókna węglowego lub dużej metalowej rury łączącej części przednie i tylne Układ napędowy większości pojazdów. Chociaż te wielofunkcyjne komponenty były początkowo używane w branży motoryzacyjnej, są również szeroko stosowane w zastosowaniach morskich, komercyjnych, w energetyce wiatrowej, obronnej, lotniczej i przemysłowej. Na przestrzeni lat firma ACPT odnotowała stały wzrost zapotrzebowania na wały napędowe z kompozytu włókna węglowego. W miarę ciągłego wzrostu popytu firma ACPT dostrzegła potrzebę produkcji większej liczby wałów napędowych o wyższej wydajności produkcyjnej – setki takich samych wałów tygodniowo – co doprowadziło do nowych innowacji w automatyce i ostatecznie do utworzenia nowych zakładów.
Według ACPT powodem zwiększonego zapotrzebowania na wały napędowe jest to, że wały napędowe z włókna węglowego mają unikalną kombinację funkcji w porównaniu z wałami metalowymi, takich jak wyższy moment obrotowy, wyższe obroty, większa niezawodność, mniejsza waga i zwykle pod wpływem silnego uderzenia rozkładają się na stosunkowo nieszkodliwe włókno węglowe i redukują hałas, wibracje i szorstkość (NVH).
Ponadto, w porównaniu z tradycyjnymi stalowymi wałami napędowymi, podaje się, że wały napędowe z włókna węglowego w samochodach osobowych i ciężarówkach mogą zwiększyć moc tylnych kół pojazdów o ponad 5%, głównie ze względu na lżejszą masę wirującą materiałów kompozytowych. W porównaniu ze stalą lekki wał napędowy z włókna węglowego może absorbować więcej uderzeń i mieć wyższy moment obrotowy, co może przenosić większą moc silnika na koła, nie powodując ślizgania się opon ani oddzielania się od drogi.
Od wielu lat firma ACPT produkuje wały napędowe z kompozytu włókna węglowego poprzez uzwojenie włókien w swojej fabryce w Kalifornii. Aby rozwinąć się do wymaganego poziomu, konieczne jest zwiększenie skali obiektów, ulepszenie sprzętu produkcyjnego oraz uproszczenie kontroli procesów i kontroli jakości poprzez przeniesienie odpowiedzialności z techników na procesy zautomatyzowane w jak największym stopniu. Aby osiągnąć te cele, ACPT zdecydowało się na budowę drugiego zakładu produkcyjnego i wyposażenie go w wyższy poziom automatyzacji.
ACPT współpracuje z klientami z branży motoryzacyjnej, obronnej, morskiej i przemysłowej, projektując wały napędowe zgodnie z ich potrzebami.
Firma ACPT utworzyła nowy zakład produkcyjny w Schofield w stanie Wisconsin w USA, aby zminimalizować przerwy w produkcji wału napędowego podczas 1,5-letniego procesu projektowania, konstruowania, zakupu i instalowania nowych fabryk i sprzętu produkcyjnego, z czego 10 miesięcy przeznaczono na budowę, dostawa i montaż automatycznych systemów nawijania żarnika.
Każdy etap procesu produkcji kompozytowego wału napędowego jest automatycznie oceniany: nawijanie włókien, kontrola zawartości żywicy i zwilżania, utwardzanie w piecu (w tym kontrola czasu i temperatury), usuwanie części z trzpienia i obróbka pomiędzy każdym etapem procesu trzpienia. Jednakże ze względów budżetowych i zapotrzebowania ACPT na mniej trwały, mobilny system, który w razie potrzeby umożliwiłby ograniczoną liczbę eksperymentów badawczo-rozwojowych, firma odmówiła zastosowania jako opcji systemów automatyki suwnic podwieszanych lub stojących.
Po negocjacjach z wieloma dostawcami ostatecznym rozwiązaniem był dwuczęściowy system produkcyjny: dwuosiowa automatyczna szpula z włóknami typu 1 z wieloma wózkami nawojowymi firmy Roth Composite Machinery (Stephenburg, Niemcy) System nawijania; Co więcej, nie jest to stały zautomatyzowany system, ale półautomatyczny system obsługi wrzeciona zaprojektowany przez Globe Machine Manufacturing Co. (Tacoma, Washington, USA).
ACPT stwierdziło, że jedną z głównych zalet i wymagań systemu nawijania włókien Roth jest jego sprawdzona zdolność automatyzacji, która została zaprojektowana tak, aby umożliwić dwóm wrzecionom jednoczesne wytwarzanie części. Jest to szczególnie ważne, biorąc pod uwagę, że opatentowany wał napędowy ACPT wymaga wielu zmian materiałowych. Aby automatycznie i ręcznie ciąć, nawlekać i ponownie łączyć różne włókna za każdym razem, gdy zmieniany jest materiał, funkcja Roving Cut and Dołącz (RCA) firmy Roth umożliwia maszynie nawijającej automatyczną zmianę materiałów za pomocą wielu wózków produkcyjnych. Technologia kąpieli żywicy Roth i technologii ciągnienia włókien może również zapewnić precyzyjny stosunek zwilżenia włókna do żywicy bez przesycenia, dzięki czemu nawijarka może pracować szybciej niż tradycyjne nawijarki bez marnowania zbyt dużej ilości żywicy. Po zakończeniu nawijania maszyna nawijająca automatycznie odłączy trzpień i części od maszyny nawijającej.
Sam system nawijania jest zautomatyzowany, ale nadal dużą część przetwarzania i przemieszczania trzpienia pomiędzy każdym etapem produkcyjnym pozostawia, co wcześniej odbywało się ręcznie. Obejmuje to przygotowanie gołych trzpieni i podłączenie ich do maszyny nawijającej, przeniesienie trzpienia z nawiniętymi częściami do pieca w celu utwardzenia, przesunięcie trzpienia z utwardzonymi częściami i wyjęcie części z trzpienia. Rozwiązaniem była firma Globe Machine Manufacturing Co. opracowała proces obejmujący serię wózków zaprojektowanych tak, aby pomieścić trzpień umieszczony na wózku. System obracania wózka służy do ustawiania trzpienia w taki sposób, aby można go było wsuwać i wysuwać z nawijarki i ekstraktora oraz obracać się w sposób ciągły podczas zwilżania części żywicą i utwardzania w piecu.
Te wózki trzpieniowe są przemieszczane z jednej stacji na drugą przy pomocy dwóch zestawów zamontowanych na ziemi ramion przenośnika – jednego ustawionego na zwijarce, a drugiego w zintegrowanym systemie ekstrakcji – za pomocą trzpienia. Wózek porusza się w skoordynowany sposób i przyjmuje oś odpoczynku dla każdego procesu. Niestandardowy uchwyt na wózku automatycznie zaciska i zwalnia wrzeciono, w koordynacji z automatycznym uchwytem na maszynie Roth.
Dwuosiowy precyzyjny zespół zbiornika żywicy Roth. System przeznaczony jest dla dwóch głównych wałów materiałów kompozytowych i transportowany do dedykowanego wózka do nawijania materiału.
Oprócz tego systemu przenoszenia trzpieni, Globe oferuje również dwa piece do utwardzania. Po utwardzeniu i ekstrakcji trzpienia części są przenoszone do precyzyjnej maszyny do cięcia wzdłużnego, gdzie następuje numeryczna obróbka końcówek rur, a następnie czyszczenie i nakładanie kleju za pomocą złączek zaciskowych. Testowanie momentu obrotowego, zapewnienie jakości i śledzenie produktu są przeprowadzane przed pakowaniem i wysyłką do klientów końcowych.
Według ACPT ważnym aspektem procesu jest możliwość śledzenia i rejestrowania danych, takich jak temperatura obiektu, poziom wilgotności, napięcie włókien, prędkość włókien i temperatura żywicy dla każdej grupy uzwojeń. Informacje te są przechowywane na potrzeby systemów kontroli jakości produktów lub śledzenia produkcji i umożliwiają operatorom dostosowanie warunków produkcji, jeśli to konieczne.
Cały proces opracowany przez firmę Globe określa się jako „półautomatyczny”, ponieważ w dalszym ciągu do zainicjowania sekwencji procesu potrzebny jest człowiek, który musi nacisnąć przycisk oraz ręcznie wsuwać i wyjmować wózek. Według ACPT firma Globe przewiduje w przyszłości wyższy stopień automatyzacji systemu.
System Roth składa się z dwóch wrzecion i trzech niezależnych wózków nawojowych. Każdy wózek nawojowy przeznaczony jest do automatycznego transportu różnych materiałów kompozytowych. Materiał kompozytowy nakładany jest na oba wrzeciona jednocześnie.
Po pierwszym roku produkcji w nowym zakładzie firma ACPT poinformowała, że sprzęt z powodzeniem wykazał, że może osiągnąć cele produkcyjne, oszczędzając jednocześnie siłę roboczą i materiały oraz zapewniając produkty o niezmiennie wysokiej jakości. Firma ma nadzieję na ponowną współpracę z firmami Globe i Roth przy przyszłych projektach automatyzacji.
For more information, please contact ACPT President Ryan Clampitt (rclamptt@acpt.com), Roth Composite Machinery National Sales Manager Joseph Jansen (joej@roth-usa.com) or Advanced Composite Equipment Director Jim Martin at Globe Machine Manufacturing Co. (JimM@globemachine.com).
Po ponad 30 latach rozwoju integracja in-situ wkrótce spełni swoją obietnicę polegającą na wyeliminowaniu elementów złącznych i autoklawów oraz stworzeniu zintegrowanego, wielofunkcyjnego korpusu.
Wymagania dotyczące dużej objętości jednostki i małej masy obudów akumulatorów autobusów elektrycznych przyczyniły się do rozwoju dedykowanych systemów żywic epoksydowych i zautomatyzowanych linii produkcyjnych kompozytów firmy TRB Lightweight Structures.
Pionier obróbki bez autoklawu w zastosowaniach lotniczych i kosmicznych odpowiedział kwalifikowaną, ale entuzjastyczną odpowiedzią: Tak!
Czas publikacji: 07 sierpnia 2021 r