Il produttore californiano ACPT Inc. ha collaborato con il fornitore della macchina per creare un'innovativa linea di produzione semiautomatica dotata di una macchina per l'avvolgimento automatico del filamento. #lavoriinprogress #Automazione
Gli alberi di trasmissione compositi in fibra di carbonio di ACPT sono utilizzati in una vasta gamma di settori. Fonte foto, tutte le immagini: Roth Composite Machinery
Per molti anni, il produttore di materiali compositi Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, California, USA) si è impegnato a sviluppare e perfezionare il design del suo materiale composito albero motore composito in fibra di carbonio o di un grande tubo metallico che collega il parti anteriori e posteriori Il sistema di trasmissione della maggior parte dei veicoli. Sebbene inizialmente utilizzati nel campo automobilistico, questi componenti multifunzionali sono ampiamente utilizzati anche in applicazioni marine, commerciali, di energia eolica, di difesa, aerospaziali e industriali. Nel corso degli anni, ACPT ha visto un costante aumento della domanda di alberi motore compositi in fibra di carbonio. Poiché la domanda continuava a crescere, ACPT ha riconosciuto la necessità di produrre un numero maggiore di alberi motore con maggiore efficienza produttiva (centinaia degli stessi alberi ogni settimana), il che ha portato a nuove innovazioni nell’automazione e, in definitiva, alla creazione di nuove strutture.
Secondo ACPT, il motivo dell'aumento della domanda di alberi di trasmissione è che gli alberi di trasmissione in fibra di carbonio hanno una combinazione unica di funzioni rispetto agli alberi di trasmissione in metallo, come una maggiore capacità di coppia, capacità di giri più elevate, migliore affidabilità, peso più leggero e tende a di decomporsi in fibra di carbonio relativamente innocua in caso di impatto elevato e ridurre rumore, vibrazioni e rugosità (NVH).
Inoltre, rispetto ai tradizionali alberi di trasmissione in acciaio, è stato riferito che gli alberi di trasmissione in fibra di carbonio di automobili e camion possono aumentare la potenza delle ruote posteriori dei veicoli di oltre il 5%, principalmente a causa della massa rotante più leggera dei materiali compositi. Rispetto all'acciaio, il leggero albero motore in fibra di carbonio può assorbire maggiori impatti e avere una maggiore capacità di coppia, che può trasmettere più potenza del motore alle ruote senza causare lo slittamento o il distacco dei pneumatici dalla strada.
Da molti anni, ACPT produce alberi motore compositi in fibra di carbonio attraverso l'avvolgimento di filamenti nel suo stabilimento in California. Per espandersi al livello richiesto, è necessario aumentare la portata delle strutture, migliorare le attrezzature di produzione e semplificare il controllo dei processi e l’ispezione della qualità spostando il più possibile le responsabilità dai tecnici umani ai processi automatizzati. Per raggiungere questi obiettivi, ACPT ha deciso di costruire un secondo impianto produttivo e dotarlo di un livello di automazione più elevato.
ACPT collabora con clienti dei settori automobilistico, della difesa, marittimo e industriale per progettare alberi di trasmissione in base alle loro esigenze.
ACPT ha creato questo nuovo impianto di produzione a Schofield, Wisconsin, USA per ridurre al minimo l'interruzione della produzione di alberi di trasmissione durante il processo di progettazione, costruzione, acquisto e installazione di nuovi stabilimenti e attrezzature di produzione, durato un anno e mezzo, di cui 10 mesi dedicati alla costruzione, fornitura e installazione di sistemi automatici di avvolgimento di filamenti.
Ogni fase del processo di produzione dell'albero motore in composito viene valutata automaticamente: avvolgimento del filamento, controllo del contenuto di resina e della bagnatura, indurimento in forno (incluso il controllo del tempo e della temperatura), rimozione delle parti dal mandrino e lavorazione tra ogni fase del processo del mandrino. Tuttavia, per ragioni di budget e per la necessità dell'ACPT di un sistema mobile meno permanente per consentire un numero limitato di esperimenti di ricerca e sviluppo, se necessario, si è rifiutata di utilizzare come opzione sistemi di automazione a portale sopraelevati o a pavimento.
Dopo aver negoziato con diversi fornitori, la soluzione finale era un sistema di produzione in due parti: una bobina di filamento automatica a due assi di tipo 1 con carrelli di avvolgimento multipli di Roth Composite Machinery (Stephenburg, Germania) Sistema di avvolgimento; Inoltre non si tratta di un sistema automatizzato fisso, ma di un sistema semiautomatico di movimentazione dei mandrini progettato da Globe Machine Manufacturing Co. (Tacoma, Washington, USA).
ACPT ha affermato che uno dei principali vantaggi e requisiti del sistema di avvolgimento di filamenti Roth è la sua comprovata capacità di automazione, progettata per consentire a due mandrini di produrre parti contemporaneamente. Ciò è particolarmente importante dato che l'albero motore proprietario di ACPT richiede molteplici cambi di materiale. Per tagliare, infilare e ricollegare automaticamente e manualmente fibre diverse ogni volta che il materiale viene cambiato, la funzione Roving Cut and attach (RCA) di Roth consente alla macchina avvolgitrice di cambiare automaticamente i materiali attraverso i suoi molteplici carrelli di produzione. La tecnologia del bagno di resina e di trafilatura della fibra Roth può anche garantire un preciso rapporto di bagnatura fibra/resina senza saturazione eccessiva, consentendo all'avvolgitore di funzionare più velocemente degli avvolgitori tradizionali senza sprecare troppa resina. Una volta completato l'avvolgimento, l'avvolgitrice scollegherà automaticamente il mandrino e le parti dall'avvolgitrice.
Il sistema di avvolgimento stesso è automatizzato, ma lascia comunque gran parte della lavorazione e del movimento del mandrino tra ogni fase di produzione, che in precedenza veniva eseguita manualmente. Ciò include preparare i mandrini nudi e collegarli alla macchina avvolgitrice, spostare il mandrino con le parti avvolte nel forno per l'indurimento, spostare il mandrino con le parti indurite e rimuovere le parti dal mandrino. Come soluzione, Globe Machine Manufacturing Co. ha sviluppato un processo che coinvolge una serie di carrelli progettati per accogliere il mandrino situato sul carrello. Il sistema di rotazione nel carrello viene utilizzato per posizionare il mandrino in modo che possa essere spostato dentro e fuori dall'avvolgitore e dall'estrattore e ruotare continuamente mentre le parti vengono bagnate dalla resina e polimerizzate in forno.
Questi carrelli portamandrini vengono spostati da una stazione all'altra, assistiti da due serie di bracci trasportatori montati a terra - uno posto sull'avvolgitore e l'altro posto nel sistema di estrazione integrato - con il mandrino. Il carrello si muove in modo coordinato e prende il resto dell'asse per ciascun processo. Il mandrino personalizzato sul carrello blocca e rilascia automaticamente il mandrino, in coordinazione con il mandrino automatico sulla macchina Roth.
Gruppo serbatoio resina di precisione a due assi Roth. Il sistema è progettato per due alberi principali di materiali compositi e trasportato su un carro di avvolgimento materiale dedicato.
Oltre a questo sistema di trasferimento dei mandrini, Globe fornisce anche due forni di polimerizzazione. Dopo la polimerizzazione e l'estrazione del mandrino, le parti vengono trasferite ad una macchina per il taglio della lunghezza precisa, seguita da un sistema a controllo numerico per la lavorazione delle estremità del tubo, quindi la pulizia e l'applicazione dell'adesivo mediante raccordi a pressare. I test di coppia, il controllo qualità e il monitoraggio del prodotto vengono completati prima dell'imballaggio e della spedizione per i clienti finali.
Secondo ACPT, un aspetto importante del processo è la sua capacità di tracciare e registrare dati quali temperatura della struttura, livello di umidità, tensione delle fibre, velocità delle fibre e temperatura della resina per ciascun gruppo di avvolgimento. Queste informazioni vengono archiviate per i sistemi di ispezione della qualità del prodotto o per il monitoraggio della produzione e consentono agli operatori di regolare le condizioni di produzione quando necessario.
L'intero processo sviluppato da Globe è descritto come “semi-automatizzato” perché è comunque richiesto a un operatore umano di premere un pulsante per avviare la sequenza del processo e spostare manualmente il carrello dentro e fuori dal forno. Secondo ACPT, Globe prevede per il futuro un maggiore grado di automazione del sistema.
Il sistema Roth prevede due fusi e tre carri avvolgitori indipendenti. Ogni carrello avvolgitore è progettato per il trasporto automatico di diversi materiali compositi. Il materiale composito viene applicato contemporaneamente su entrambi i mandrini.
Dopo il primo anno di produzione nel nuovo stabilimento, ACPT ha riferito che l'attrezzatura ha dimostrato con successo di poter raggiungere i propri obiettivi di produzione risparmiando manodopera e materiali e fornendo prodotti costantemente di alta qualità. L'azienda spera di collaborare nuovamente con Globe e Roth in futuri progetti di automazione.
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).
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Orario di pubblicazione: 07-ago-2021