De in Californië gevestigde fabrikant ACPT Inc. werkte samen met de machineleverancier om een innovatieve halfautomatische productielijn op te zetten, uitgerust met een automatische filamentwikkelmachine. #workinprogress #Automatisering
De aandrijfassen van koolstofvezelcomposiet van ACPT worden in een reeks industrieën gebruikt. Fotobron, alle afbeeldingen: Roth Composite Machinery
Fabrikant van composietmateriaal Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, Californië, VS) zet zich al jaren in voor de ontwikkeling en perfectionering van het ontwerp van zijn koolstofvezelcomposiet aandrijfas, koolstofvezelcomposietmateriaal of grote metalen pijp die de voor- en achterdelen Het aandrijfsysteem onder de meeste voertuigen. Hoewel ze aanvankelijk in de automobielsector werden gebruikt, worden deze multifunctionele componenten ook veel gebruikt in maritieme, commerciële, windenergie-, defensie-, ruimtevaart- en industriële toepassingen. Door de jaren heen heeft ACPT een gestage toename gezien in de vraag naar aandrijfassen van koolstofvezelcomposiet. Terwijl de vraag bleef groeien, onderkende ACPT de noodzaak om een groter aantal aandrijfassen te produceren met een hogere productie-efficiëntie – honderden dezelfde assen elke week – wat leidde tot nieuwe innovaties op het gebied van automatisering en uiteindelijk tot de oprichting van nieuwe faciliteiten.
Volgens ACPT is de reden voor de toegenomen vraag naar aandrijfassen dat aandrijfassen van koolstofvezel een unieke combinatie van functies hebben in vergelijking met metalen aandrijfassen, zoals een hoger koppelvermogen, hogere toerentallen, betere betrouwbaarheid, een lager gewicht en het neigt om onder hoge impact te ontleden in relatief onschadelijke koolstofvezels en om geluid, trillingen en ruwheid (NVH) te verminderen.
Bovendien wordt gemeld dat aandrijfassen van koolstofvezel in auto's en vrachtwagens, vergeleken met traditionele stalen aandrijfassen, het aantal pk's van de achterwielen van voertuigen met meer dan 5% kunnen vergroten, voornamelijk als gevolg van de lichtere roterende massa van composietmaterialen. Vergeleken met staal kan de lichtgewicht aandrijfas van koolstofvezel meer impact absorberen en een hoger koppelvermogen hebben, waardoor meer motorvermogen naar de wielen kan worden overgebracht zonder dat de banden gaan slippen of loskomen van de weg.
ACPT produceert al vele jaren aandrijfassen van koolstofvezelcomposiet door middel van filamentwikkeling in zijn fabriek in Californië. Om uit te breiden naar het vereiste niveau is het noodzakelijk om de schaal van de faciliteiten te vergroten, de productieapparatuur te verbeteren en de procescontrole en kwaliteitsinspectie te vereenvoudigen door de verantwoordelijkheden zoveel mogelijk te verschuiven van menselijke technici naar geautomatiseerde processen. Om deze doelen te bereiken besloot ACPT een tweede productiefaciliteit te bouwen en deze uit te rusten met een hoger automatiseringsniveau.
ACPT werkt samen met klanten in de automobiel-, defensie-, maritieme en industriële industrie om aandrijfassen te ontwerpen op basis van hun behoeften.
ACPT heeft deze nieuwe productiefaciliteit in Schofield, Wisconsin, VS, opgericht om de onderbreking van de productie van aandrijfassen tot een minimum te beperken tijdens het 1,5 jaar durende proces van het ontwerpen, bouwen, kopen en installeren van nieuwe fabrieken en productieapparatuur, waarvan 10 maanden gewijd zijn aan de bouw, levering en installatie van automatische filamentwikkelsystemen.
Elke stap van het productieproces van composiet aandrijfassen wordt automatisch geëvalueerd: filamentwikkeling, harsgehalte en bevochtigingscontrole, uitharding in de oven (inclusief tijd- en temperatuurregeling), verwijdering van onderdelen van de doorn en verwerking tussen elke stap doornproces. Vanwege budgettaire redenen en de behoefte van de ACPT aan een minder permanent, mobiel systeem om indien nodig een beperkt aantal R&D-experimenten mogelijk te maken, weigerde het als optie om overhead- of vloerstaande portaalautomatiseringssystemen te gebruiken.
Na onderhandelen met meerdere leveranciers was de uiteindelijke oplossing een tweedelig productiesysteem: een type 1, tweeassige automatische filamenthaspel met meerdere wikkelwagens van Roth Composite Machinery (Stephenburg, Duitsland). Bovendien is het geen vast geautomatiseerd systeem, maar een semi-automatisch spindelhanteringssysteem ontworpen door Globe Machine Manufacturing Co. (Tacoma, Washington, VS).
ACPT verklaarde dat een van de belangrijkste voordelen en vereisten van het Roth-filamentwikkelsysteem de bewezen automatiseringscapaciteit is, die is ontworpen om twee spindels tegelijkertijd onderdelen te laten produceren. Dit is vooral belangrijk omdat de eigen aandrijfas van ACPT meerdere materiaalveranderingen vereist. Om elke keer dat het materiaal wordt gewisseld automatisch en handmatig verschillende vezels te snijden, in te rijgen en opnieuw te verbinden, zorgt Roths Roving Cut and Attach (RCA)-functie ervoor dat de wikkelmachine automatisch van materiaal kan wisselen via de meerdere productiekarren. De Roth harsbad- en vezeltrektechnologie kan ook zorgen voor een nauwkeurige vezel-harsbevochtigingsverhouding zonder oververzadiging, waardoor de wikkelaar sneller kan werken dan traditionele wikkelaars zonder al te veel hars te verspillen. Nadat het wikkelen is voltooid, koppelt de wikkelmachine automatisch de doorn en onderdelen los van de wikkelmachine.
Het wikkelsysteem zelf is geautomatiseerd, maar laat tussen elke productiestap nog steeds een groot deel van de verwerking en beweging van de doorn over, wat voorheen handmatig gebeurde. Dit omvat het voorbereiden van de kale doornen en het aansluiten ervan op de wikkelmachine, het verplaatsen van de doorn met de gewikkelde delen naar de oven om uit te harden, het verplaatsen van de doorn met de uitgeharde delen en het verwijderen van de onderdelen van de doorn. Als oplossing ontwikkelde Globe Machine Manufacturing Co. een proces waarbij een reeks trolleys betrokken waren die ontworpen waren om de doorn op de trolley te huisvesten. Het rotatiesysteem in de kar wordt gebruikt om de doorn zo te positioneren dat deze in en uit de wikkelaar en extractor kan worden bewogen en continu kan roteren terwijl de onderdelen worden bevochtigd door de hars en worden uitgehard in de oven.
Deze doornkarren worden van het ene station naar het andere verplaatst, bijgestaan door twee sets op de grond gemonteerde transportarmen – de ene op de haspel en de andere in het geïntegreerde afzuigsysteem – met de doorn. De kar beweegt op een gecoördineerde manier en neemt de restas voor elk proces. De aangepaste spantang op de wagen klemt en laat de spil automatisch los, in coördinatie met de automatische spantang op de Roth-machine.
Roth tweeassige precisieharstankconstructie. Het systeem is ontworpen voor twee hoofdassen van composietmaterialen en getransporteerd naar een speciale materiaalwikkelwagen.
Naast dit doornoverdrachtsysteem levert Globe ook twee uithardingsovens. Na uitharding en extractie van de doorn worden de onderdelen overgebracht naar een snijmachine met nauwkeurige lengte, gevolgd door een numeriek controlesysteem voor het bewerken van de buisuiteinden, en vervolgens reinigen en aanbrengen van lijm met behulp van persfittingen. Koppeltesten, kwaliteitsborging en producttracering worden voltooid voordat ze worden verpakt en verzonden naar eindgebruikers.
Volgens ACPT is een belangrijk aspect van het proces de mogelijkheid om gegevens zoals de temperatuur van de faciliteit, de vochtigheidsgraad, de vezelspanning, de vezelsnelheid en de harstemperatuur voor elke wikkelingsgroep bij te houden en vast te leggen. Deze informatie wordt opgeslagen voor productkwaliteitsinspectiesystemen of productietracking, en stelt operators in staat de productieomstandigheden aan te passen wanneer dat nodig is.
Het hele door Globe ontwikkelde proces wordt beschreven als “semi-automatisch” omdat een menselijke operator nog steeds op een knop moet drukken om het proces te starten en de kar handmatig in en uit de oven moet bewegen. Volgens ACPT voorziet Globe in de toekomst een hogere mate van automatisering van het systeem.
Het Roth-systeem omvat twee spindels en drie onafhankelijke opwindwagens. Elke wikkelwagen is ontworpen voor het automatisch transporteren van verschillende composietmaterialen. Het composietmateriaal wordt tegelijkertijd op beide spindels aangebracht.
Na het eerste jaar van productie in de nieuwe fabriek meldde ACPT dat de apparatuur met succes heeft aangetoond dat het zijn productiedoelstellingen kan bereiken, terwijl er arbeid en materialen worden bespaard en producten van consistente hoge kwaliteit worden geleverd. Het bedrijf hoopt bij toekomstige automatiseringsprojecten opnieuw met Globe en Roth samen te werken.
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).
Na meer dan 30 jaar ontwikkeling staat in-situ integratie op het punt zijn belofte waar te maken om bevestigingsmiddelen en autoclaven te elimineren en een geïntegreerd multifunctioneel lichaam te realiseren.
Het hoge eenheidsvolume en de lage gewichtsvereisten van batterijbehuizingen voor elektrische bussen hebben de ontwikkeling bevorderd van de speciale epoxyharssystemen en geautomatiseerde composietproductielijnen van TRB Lightweight Structures.
De pionier op het gebied van niet-autoclaafverwerking in lucht- en ruimtevaarttoepassingen antwoordde een gekwalificeerd maar enthousiast antwoord: Ja!
Posttijd: 07-aug-2021