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[复合材料] 更高的产率,更小的单位成本

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发表于 2016-2-7 13:24:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
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更高的产率,更小的单位成本

更高的产率,更小的单位成本

        定位于纤维系统已成为塑料工业的首要研究目标。明天对气候和环境友好的移动性将基于诸多的新技术和新材料。此刻,最大的挑战是为创新复合材料部件的批量生产开发更经济的加工工艺。基于这一认识,恩格尔奥地利公司正专注于复合材料技术的开发,并在K 2013中与其系统合作伙伴们一起,展示了更多的新的里程碑。
        “轻量化的结构和注塑成型对于满足交通运输领域日益增长的需求是不可或缺的重要理念。” 恩格尔奥地利公司轻量化复合材料技术中心负责人Peter Egger在K 2013这个全球最大的塑料展览会开始时强调说,“尽管飞机结构已有了明确的方向,但在该行业中已得到良好应用的生产工艺却不能使轻量化的部件被转用到汽车制造中,这主要受控于汽车行业的高产量。因此,恩格尔已于2012年在位于奥地利St.Valentin的恩格尔大型设备工厂中开设了轻量化复合材料技术中心,其目标是开发新的工艺——这些工艺通常与新型材料系统相关,以达到汽车行业所要求的生产效率和成本效益水平。对此,一个重要的必然要求是要在材料、设计和制造工艺之间达到完美的协调,也就是说,该价值链中的所有公司都要迎接挑战,彼此合作并整合他们各自的专业技能,这些专业技能即是能够使纤维复合材料项目取得成功的跨学科技能。复合材料技术需要‘复合’开发,这意味着开发必须是在一个彼此合作的联盟中展开。”
        目前,恩格尔已与轻量化技术领域中的众多合作伙伴公司、大学和其他研究机构展开了多年的合作,在其轻量化复合材料技术中心,这一合作网络已在稳定的基础上得到了扩展。
        通过开设该技术中心,恩格尔已选择了一条正确的道路,这不仅得到了来自日益增多的需求的证实,而且该公司几年来一直与位于奥地利林茨的约翰开普勒大学合作执行的项目,也是对其总部项目开发能力的证明,这是恩格尔历史上得到奥地利研发推广署(Research Promotion Agency ,简称“FFG”)资助的最大项目。
        目前在该技术中心中,有15名恩格尔员工从事于轻量化复合材料的研发、应用技术和项目管理工作,该团队预计会在未来几年中进一步成长壮大。该团队最新接受的成员是一名化学家,其目标是除了与其他公司之间的跨学科合作外,加强恩格尔自身内在的跨学科开发能力。
        目前,该技术中心正专注于开发用于半成品热塑性复合材料产品(热塑性复合材料织物和带料)的加工技术,以及开发采用热固性和热塑性材料系统的反应成型技术,如HP-RTM技术和原位聚合技术。Egger说:“在这一点上,我们不能说这些技术是未来一定规律基础上的特殊应用的首选,但总体而言我们确信,所有这4项技术都拥有巨大的潜力。”
       

更高的产率,更小的单位成本

更高的产率,更小的单位成本

        在K 2013中,恩格尔通过一系列展品展示了其众多的创新技术,从而让业界了解了该公司正在进行的研究项目和趋于量产的解决方案。
        通过与ZF-Friedrichshafen公司合作,恩格尔采用一次注塑成型工艺生产出了一种结构得到优化并具有抗应力性的复合材料刹车板,从而证明了其在汽车轻量化制造方面树立的新的里程碑。
        用于制造一种混杂材料的有机片材刹车板的生产概念已于2011年获得了复合材料创新奖,此后,ZF-Friedrichshafen公司对该技术进行了持续改进。在K 2013展会中,恩格尔首次令参观者们一睹该制造工艺的效率。
        该应用所采用的恩格尔organomelt成型方法涉及复合材料织物(采用连续纤维增强的半成品热塑性复合材料)在红外炉中的加热、在一副安装在注塑机上的模具中进行预成型以及即刻采用聚酰胺材料进行的包覆成型。该高度自动化的生产系统可生产出即可安装的部件而根本无需任何额外的切割操作,这意味着organomelt技术达到了前所未有的生产效率并削减了单位成本。相比之下,传统的金属刹车板则不能在一个工艺步骤中被制造出来。
        在设计刹车板的过程中,ZF-Friedrichshafen公司的产品开发人员还调整了铺层结构,使其适应部件的承载需求。由于采用了有机片材,因而赋予了部件更高的强度和刚性。归功于材料的替换,使得部件重量要比传统的钢刹车板降低大约30%,同时又不损失部件的承载性能。
        在K 2013中,恩格尔展示了这一非常紧凑的且高度自动化的生产单元。该生产单元已为生产复合材料的刹车板而得到了优化,它组合了一台立式恩格尔insert 200 single注塑机与一台恩格尔easix多轴机械手和一个带有传输系统的红外加热炉。据介绍,该立式注塑机与卧式注塑机一样,也能很好地被用于恩格尔的organomelt技术中。为确保解决方案的总体效率,恩格尔订制每一种系统方案,以使其完美地适应不同客户的应用需求、生产环境和对灵活性的要求。与卧式注塑机相比,立式注塑机的一大优势是可按重力方向放入嵌件,从而可在多种情况下对这些嵌件进行操作并固定到模具中。此外,节能的ecodrive选项也有助于提高该生产单元的整体效率。归功于伺服液压控制技术,恩格尔的这款嵌入成型注塑机所消耗的能源相当于全电动注塑机的耗能量。其他的优势还包括:减少了冷却剂的耗用量,延长了机油的使用期限,同时显著减低了热和噪声的排放。
        由恩格尔自行开发的红外加热炉,为这类复合材料织物(包括类似于生产刹车板的厚壁型织物)提供了一种非常灵敏的且时间优化的加热工艺。加热炉和恩格尔的easix多轴机械手都完全被集成到了注塑机的控制单元中。因此,该生产系统的所有组成部分都可获得同样的工艺数据,这不仅确保了加工的高度可靠性,而且进一步缩短了循环时间。注塑机及其周边设备彼此之间可自动协调它们的运行秩序,从而避免了不必要的等待时间。
        控制单元集成的另一个好处是机器和周边设备都遵循同样的操作原理,这对于设备操作人员而言,可确保所有加工过程的安全性并易于控制,包括操作那些复杂的和高度集成的生产系统。
        在该应用中,多轴机械手的高定位精度成为确保质量的另一个决定性因素。
       

更高的产率,更小的单位成本

更高的产率,更小的单位成本

        恩格尔v-duo注塑机:基于HP-RTM应用的首次亮相
        通过在恩格尔的一台v-duo注塑机上生产用于KTM X-Bow跑车的锁盖,恩格尔证明了其高水平的高压树脂传递模塑成型(HP-RTM)系统解决方案在汽车轻量化部件上的成功应用。通过采用恩格尔的自动化技术,该应用实现了高的生产效率。
        这是恩格尔首次在展览会上展示其新的v-duo大型立式注塑机。该机专为纤维复合材料应用而开发,但也足够柔性,可被用于涉及高型腔压力的加工工艺中,如传统的注塑成型工艺。该大型立式注塑机拥有极高的刚性和出色的模板平行度。在该机器的标准机型中,已包含了用于模压程序的模板并行控制技术。
        恩格尔v-duo使得以低成本获得非常紧凑的生产单元成为可能。“与传统的注塑机相比,恩格尔v-duo注塑机的重量大约轻60%,而高度只有传统机器的50%。”恩格尔duo机器系列的产品经理Bernhard Lettner强调说,“这减少了用于机器安装的基建工作和成本,在多数情况下,现有的建筑结构就可使用。”由于可从四面而不只是两面接近机器的锁模单元,因而有利于提高维修保养的效率并简化自动化操作过程。此外,操作装置能够以节省空间的方式被集成到生产系统中,并可直接进入模具区域。通过使用滑板,可在锁模单元之外完成嵌件放入工作,这对于许多应用而言都进一步地缩短了循环时间。
        恩格尔v-duo系列的标准机型还采用了ecodrive伺服液压系统。这种对通常使用的传统液压蓄能器的取代,使得恩格尔v-duo注塑机还在能源效率方面设立了新的标准。
        虽然恩格尔v-duo注塑机自2012年中期才被推出,但那时它已经不是一个全新的产品。“实际上,我们于2011年初就已在我们的合作伙伴Neue Materialien Bayreuth公司的技术中心中安装了第一台恩格尔v-duo设备。”Lettner解释说,“我们能够从那里收集大量的信息,而且机器从一开始就已在诸多的开发项目中得到了连续使用,其中的一些项目是与恩格尔合作的。”
        众多的合作伙伴为该生产单元生产KTM X-Bow跑车锁盖提供了支持。Wethje公司(位于德国 Hengersberg)是该部件和预成型件的生产商,Langer公司(位于德国Illmensee)负责提供模具,亨内基公司(位于德国St.Augustin)负责提供HP-RTM系统,巴斯夫聚氨酯(位于德国Lemf?rde)则提供了PUR-RTM系统材料,而KTM Technologies公司(位于奥地利萨尔茨保)负责部件的设计以及复合材料特征的构建,包括对生产工艺进行仿真模拟(即RTM的填充模拟)。
        在新的工艺组合中使用的原位聚合技术
        在于2012年夏季举行的研讨会中,恩格尔展示了一套采用原位聚合技术生产热塑性纤维复合材料的生产单元的首个原型。自此以后,这种在注塑机中组合了这种聚合技术和各个成型阶段的方法,已在一个持续的基础上得到了更进一步的开发。在K 2013中,恩格尔联合亚琛工业大学的塑料成型加工学院(简称“IKV”),展示了一种新的工艺组合。一台恩格尔卧式e-victory 120 combi注塑机被用于此用途。“由于单体原料的粘度极低,甚至是最好的纤维丝也能够毫无破损地得到浸透,因此可将订制的纤维结构整合进来,以提高力学性能。” 恩格尔奥地利公司轻量化复合材料技术中心负责人Peter Egger说。他介绍了原位聚合技术的主要优势之一,即是反应系统材料的优点与热塑性材料优点的组合。得到浸润和聚合的纤维半成品,能够在随后的注塑成型中被赋予功能性。
        系统和自动化能力是成功的要素
        通过组合工艺集成和自动化技术,创新的加工技术确保了纤维复合材料部件生产的高度经济性和生产效率,从而为实现这些纤维复合材料部件的量产打下了基础。
        凭借在生产系统和自动化技术方面的专知,恩格尔为面向复合材料世界的高效率生产概念增加了关键的成功要素,而该领域目前仍在很大程度上受制于手工操作的约束。在K 2013中,恩格尔进一步证明了其在此领域中的领导者地位。
        “跨学科技能在纤维复合材料项目的成功上发挥了重要作用。这就是为什么与其他公司和研究机构展开合作是如此重要。同时,在我们的轻量化复合材料技术中心,我们已为此创建了完美的平台。”恩格尔奥地利轻量化复合材料技术中心负责人Peter Egger说。
        “恩格尔v-duo注塑机是对用于纤维复合材料生产的传统注塑机的高效率的替代方案,它更小且更轻,而且可从所有的4个方向接近锁模单元。”恩格尔奥地利公司duo系列产品经理Bernhard Lettner说。
        在位于奥地利St. Valentin的恩格尔轻量化复合材料技术中心,拥有多种用于联合研发项目的生产设备、模具试验和承包工程,所有的设备都是根据纤维增强塑料部件的生产需求而量身订制。
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