Den Kalifornien-baserade tillverkaren ACPT Inc. arbetade med maskinleverantören för att etablera en innovativ halvautomatisk produktionslinje utrustad med en automatisk filamentlindningsmaskin. #workinprogress #Automation
ACPT:s kolfiberkompositdrivaxlar används i en rad olika industrier. Fotokälla, alla bilder: Roth Composite Machinery
I många år har kompositmaterialtillverkaren Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, Kalifornien, USA) engagerat sig i att utveckla och fullända designen av dess kolfiberkomposit-drivaxel-kolfiberkompositmaterial eller stora metallrör som förbinder främre och bakre delar Drivsystemet under de flesta fordon. Även om de ursprungligen användes inom fordonsområdet, används dessa multifunktionella komponenter också i stor utsträckning inom marin, kommersiell, vindenergi, försvar, flyg och industriella tillämpningar. Under åren har ACPT sett en stadig ökning av efterfrågan på kolfiberkompositdrivaxlar. När efterfrågan fortsatte att växa insåg ACPT behovet av att tillverka ett större antal drivaxlar med högre tillverkningseffektivitet – hundratals av samma axlar varje vecka – vilket ledde till nya innovationer inom automation och, i slutändan, etableringen av nya anläggningar.
Enligt ACPT är anledningen till den ökade efterfrågan på drivaxlar att drivaxlar i kolfiber har en unik kombination av funktioner jämfört med metalldrivaxlar, såsom högre vridmomentkapacitet, högre varvtalskapacitet, bättre tillförlitlighet, lättare vikt, och det tenderar att att sönderdelas till relativt ofarlig kolfiber under hög stöt och minska buller, vibrationer och grovhet (NVH).
Dessutom, jämfört med traditionella ståldrivaxlar, rapporteras det att kolfiberdrivaxlar i bilar och lastbilar kan öka hästkrafterna på fordonens bakhjul med mer än 5%, främst på grund av den lättare roterande massan av kompositmaterial. Jämfört med stål kan den lätta kolfiberdrivaxeln absorbera mer stötar och ha en högre vridmomentkapacitet, vilket kan överföra mer motorkraft till hjulen utan att få däcken att slira eller separera från vägen.
I många år har ACPT tillverkat drivaxlar av kolfiberkomposit genom filamentlindning vid sin anläggning i Kalifornien. För att expandera till den nivå som krävs är det nödvändigt att öka skalan på anläggningar, förbättra produktionsutrustningen och förenkla processkontroll och kvalitetskontroll genom att flytta ansvar från mänskliga tekniker till automatiserade processer så mycket som möjligt. För att uppnå dessa mål beslutade ACPT att bygga en andra produktionsanläggning och utrusta den med en högre nivå av automatisering.
ACPT arbetar med kunder inom fordons-, försvars-, marin- och industriindustrin för att designa drivaxlar efter deras behov.
ACPT etablerade denna nya produktionsanläggning i Schofield, Wisconsin, USA för att minimera avbrottet i drivaxelproduktionen under den 1,5-åriga processen med att designa, bygga, köpa och installera nya fabriker och produktionsutrustning, varav 10 månader är dedikerade till konstruktion, leverans och installation av automatiska filamentlindningssystem.
Varje steg i tillverkningsprocessen för kompositdrivaxeln utvärderas automatiskt: filamentlindning, hartsinnehåll och vätningskontroll, ugnshärdning (inklusive tids- och temperaturkontroll), avlägsnande av delar från dornen och bearbetning mellan varje steg i dornprocessen. Men på grund av budgetskäl och ACPT:s behov av ett mindre permanent, mobilt system för att tillåta ett begränsat antal FoU-experiment vid behov, vägrade den att använda överliggande eller golvstående portalautomationssystem som ett alternativ.
Efter förhandlingar med flera leverantörer blev den slutliga lösningen ett tvådelat produktionssystem: en typ 1, tvåaxlig automatisk filamentrulle med flera lindningsvagnar från Roth Composite Machinery (Stephenburg, Tyskland) lindningssystem; Dessutom är det inte ett fast automatiserat system, utan ett halvautomatiskt spindelhanteringssystem designat av Globe Machine Manufacturing Co. (Tacoma, Washington, USA).
ACPT uppgav att en av huvudfördelarna och kraven med Roth-filamentlindningssystemet är dess beprövade automationsförmåga, som är utformad för att tillåta två spindlar att producera delar samtidigt. Detta är särskilt viktigt med tanke på att ACPT:s egenutvecklade drivaxel kräver flera materialändringar. För att automatiskt och manuellt klippa, trä och återansluta olika fibrer varje gång materialet byts, gör Roths Roving Cut and Attach (RCA) funktion det möjligt för lindningsmaskinen att automatiskt byta material genom sina flera tillverkningsvagnar. Roth hartsbad och fiberdragningsteknik kan också säkerställa ett exakt fiber till hartsvätningsförhållande utan övermättnad, vilket gör att rullmaskinen kan köras snabbare än traditionella rullmaskiner utan att slösa för mycket harts. Efter att lindningen är klar kopplar lindningsmaskinen automatiskt bort dornen och delar från lindningsmaskinen.
Själva lindningssystemet är automatiserat, men lämnar fortfarande en stor del av bearbetningen och rörelsen av dornen mellan varje tillverkningssteg, vilket tidigare gjordes manuellt. Detta inkluderar att förbereda de nakna dornarna och ansluta dem till lindningsmaskinen, flytta dornen med de lindade delarna till ugnen för härdning, flytta dornen med de härdade delarna och avlägsna delarna från dornen. Som en lösning utvecklade Globe Machine Manufacturing Co. en process som involverade en serie vagnar utformade för att rymma dornen som finns på vagnen. Rotationssystemet i vagnen används för att placera dornen så att den kan flyttas in och ut ur upprullaren och extraktorn, och kontinuerligt rotera medan delarna vätas av hartset och härdas i ugnen.
Dessa dornvagnar flyttas från en station till en annan, assisterad av två uppsättningar markmonterade transportörarmar — en uppsättning på spolaren och den andra uppsättningen i det integrerade extraktionssystemet — med spindeln. Vagnen rör sig på ett koordinerat sätt och tar viloaxeln till varje process. Den anpassade chucken på vagnen klämmer och släpper automatiskt spindeln, i samordning med den automatiska chucken på Roth-maskinen.
Roth tvåaxlig precisionshartstankenhet. Systemet är designat för två huvudaxlar av kompositmaterial och transporteras till en dedikerad materiallindningsvagn.
Förutom detta dornöverföringssystem tillhandahåller Globe även två härdningsugnar. Efter härdning och dornextraktion överförs delarna till en skärmaskin med exakt längd, följt av ett numeriskt kontrollsystem för bearbetning av rörändarna, och sedan rengöring och applicering av lim med presskopplingar. Vridmomenttestning, kvalitetssäkring och produktspårning slutförs innan paketering och leverans för slutkunder.
Enligt ACPT är en viktig aspekt av processen dess förmåga att spåra och registrera data såsom anläggningstemperatur, fuktighetsnivå, fiberspänning, fiberhastighet och hartstemperatur för varje lindningsgrupp. Denna information lagras för produktkvalitetsinspektionssystem eller produktionsspårning, och tillåter operatörer att justera produktionsförhållandena vid behov.
Hela processen som utvecklats av Globe beskrivs som "halvautomatisk" eftersom en mänsklig operatör fortfarande måste trycka på en knapp för att initiera processsekvensen och manuellt flytta vagnen in och ut ur ugnen. Enligt ACPT ser Globe för sig en högre grad av automatisering för systemet i framtiden.
Roth-systemet inkluderar två spindlar och tre oberoende slingrande bilar. Varje lindningsvagn är designad för automatisk transport av olika kompositmaterial. Kompositmaterialet appliceras på båda spindlarna samtidigt.
Efter det första produktionsåret vid den nya fabriken rapporterade ACPT att utrustningen framgångsrikt har visat att den kan uppnå sina produktionsmål samtidigt som den sparar arbete och material och tillhandahåller produkter av hög kvalitet. Företaget hoppas kunna samarbeta med Globe och Roth igen i framtida automationsprojekt.
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).
Efter mer än 30 års utveckling är in-situ integration på väg att uppfylla sitt löfte om att eliminera fästelement och autoklaver och förverkliga en integrerad multifunktionell kropp.
Kraven på hög volym och låg vikt för batterihöljen för elbussar har främjat utvecklingen av TRB Lightweight Structures dedikerade epoxihartssystem och automatiserade kompositproduktionslinjer.
Pionjären inom icke-autoklavbearbetning inom flyg- och rymdtillämpningar svarade ett kvalificerat men entusiastiskt svar: Ja!
Posttid: 2021-07-07