ความต้องการเพลาขับคอมโพสิตที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่การผลิตแบบอัตโนมัติ | โลกวัสดุคอมโพสิต

ACPT Inc. ผู้ผลิตในแคลิฟอร์เนียทำงานร่วมกับซัพพลายเออร์เครื่องจักรเพื่อสร้างสายการผลิตกึ่งอัตโนมัติที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งมีเครื่องม้วนเส้นใยอัตโนมัติ #งานอยู่ระหว่างดำเนินการ #ระบบอัตโนมัติ
เพลาขับคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ของ ACPT ใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท แหล่งที่มาของรูปภาพ, ภาพทั้งหมด: Roth Composite Machinery
เป็นเวลาหลายปีที่ผู้ผลิตวัสดุคอมโพสิต Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, California, USA) มุ่งมั่นที่จะพัฒนาและปรับปรุงการออกแบบเพลาขับคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์-วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์หรือท่อโลหะขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกับ ชิ้นส่วนหน้าและหลัง ระบบขับเคลื่อนใต้ท้องรถส่วนใหญ่ แม้ว่าเริ่มแรกจะใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์ แต่ส่วนประกอบมัลติฟังก์ชั่นเหล่านี้ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานทางทะเล เชิงพาณิชย์ พลังงานลม การป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ และอุตสาหกรรม ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ACPT ได้เห็นความต้องการเพลาขับคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่ความต้องการเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ACPT ตระหนักถึงความจำเป็นในการผลิตเพลาขับจำนวนมากขึ้นโดยมีประสิทธิภาพการผลิตที่สูงขึ้น—เพลาเดียวกันหลายร้อยทุกสัปดาห์—ซึ่งนำไปสู่นวัตกรรมใหม่ในระบบอัตโนมัติ และท้ายที่สุดก็คือการจัดตั้งโรงงานใหม่
จากข้อมูลของ ACPT สาเหตุของความต้องการเพลาขับที่เพิ่มขึ้นก็คือเพลาขับคาร์บอนไฟเบอร์มีการผสมผสานฟังก์ชันที่เป็นเอกลักษณ์เมื่อเปรียบเทียบกับเพลาขับที่เป็นโลหะ เช่น ความจุแรงบิดที่สูงขึ้น ความสามารถ RPM ที่สูงขึ้น ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น น้ำหนักเบา และมีแนวโน้มที่จะ เพื่อสลายตัวเป็นคาร์บอนไฟเบอร์ที่ค่อนข้างไม่เป็นอันตรายภายใต้แรงกระแทกสูง และลดเสียงรบกวน การสั่นสะเทือน และความหยาบ (NVH)
นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับเพลาขับที่เป็นเหล็กแบบดั้งเดิม มีรายงานว่าเพลาขับคาร์บอนไฟเบอร์ในรถยนต์และรถบรรทุกสามารถเพิ่มแรงม้าของล้อหลังของยานพาหนะได้มากกว่า 5% สาเหตุหลักมาจากมวลที่หมุนได้เบากว่าของวัสดุคอมโพสิต เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กแล้ว เพลาขับคาร์บอนไฟเบอร์น้ำหนักเบาสามารถดูดซับแรงกระแทกได้มากกว่าและมีกำลังแรงบิดสูงกว่า ซึ่งสามารถส่งกำลังเครื่องยนต์ไปยังล้อได้มากขึ้น โดยไม่ทำให้ยางลื่นไถลหรือแยกจากถนน
เป็นเวลาหลายปีที่ ACPT ผลิตเพลาขับคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ผ่านการพันเส้นใยที่โรงงานในแคลิฟอร์เนีย เพื่อที่จะขยายไปสู่ระดับที่ต้องการ จำเป็นต้องเพิ่มขนาดของสิ่งอำนวยความสะดวก ปรับปรุงอุปกรณ์การผลิต และทำให้การควบคุมกระบวนการและการตรวจสอบคุณภาพง่ายขึ้นโดยการเปลี่ยนความรับผิดชอบจากช่างเทคนิคที่เป็นมนุษย์ไปเป็นกระบวนการอัตโนมัติให้มากที่สุด เพื่อให้บรรลุเป้าหมายเหล่านี้ ACPT จึงตัดสินใจสร้างโรงงานผลิตแห่งที่สองและติดตั้งระบบอัตโนมัติในระดับที่สูงขึ้น
ACPT ทำงานร่วมกับลูกค้าในอุตสาหกรรมยานยนต์ การป้องกันประเทศ การเดินเรือ และอุตสาหกรรมเพื่อออกแบบเพลาขับตามความต้องการของพวกเขา
ACPT ได้ก่อตั้งโรงงานผลิตแห่งใหม่ในเมืองสโชฟิลด์ รัฐวิสคอนซิน สหรัฐอเมริกา เพื่อลดการหยุดชะงักของการผลิตเพลาขับในระหว่างกระบวนการออกแบบ ก่อสร้าง จัดซื้อ และติดตั้งโรงงานและอุปกรณ์การผลิตใหม่ซึ่งใช้เวลา 1.5 ปี โดยใช้เวลา 10 เดือนในการก่อสร้าง จำหน่ายและติดตั้งระบบม้วนฟิลาเมนต์อัตโนมัติ
แต่ละขั้นตอนของกระบวนการผลิตเพลาขับคอมโพสิตจะได้รับการประเมินโดยอัตโนมัติ: การพันเส้นใย ปริมาณเรซินและการควบคุมการทำให้เปียก การบ่มด้วยเตาอบ (รวมถึงการควบคุมอุณหภูมิเวลาและอุณหภูมิ) การถอดชิ้นส่วนออกจากแมนเดรล และการประมวลผลระหว่างกระบวนการแมนเดรลแต่ละขั้นตอน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเหตุผลด้านงบประมาณและความต้องการของ ACPT สำหรับระบบเคลื่อนที่ที่ถาวรน้อยกว่าเพื่อให้สามารถทำการทดลอง R&D ได้จำนวนจำกัด หากจำเป็น ACPT จึงปฏิเสธที่จะใช้ระบบอัตโนมัติโครงสำหรับตั้งสิ่งของแบบตั้งพื้นหรือเหนือศีรษะเป็นตัวเลือก
หลังจากเจรจากับซัพพลายเออร์หลายราย ทางออกสุดท้ายคือระบบการผลิตสองส่วน: ม้วนเส้นใยอัตโนมัติแบบสองแกนประเภทที่ 1 พร้อมรถเข็นม้วนหลายคันจาก Roth Composite Machinery (สตีเฟนเบิร์ก ประเทศเยอรมนี) ระบบม้วน; ยิ่งไปกว่านั้น ไม่ใช่ระบบอัตโนมัติแบบตายตัว แต่เป็นระบบจัดการสปินเดิลกึ่งอัตโนมัติที่ออกแบบโดย Globe Machine Manufacturing Co. (ทาโคมา วอชิงตัน สหรัฐอเมริกา)
ACPT ระบุว่าข้อดีและข้อกำหนดหลักประการหนึ่งของระบบการพันเส้นใย Roth คือความสามารถอัตโนมัติที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้แกนหมุนสองแกนสามารถผลิตชิ้นส่วนในเวลาเดียวกันได้ นี่เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากเพลาขับที่เป็นกรรมสิทธิ์ของ ACPT จำเป็นต้องเปลี่ยนวัสดุหลายครั้ง เพื่อที่จะตัด ร้อยด้าย และเชื่อมต่อเส้นใยที่แตกต่างกันโดยอัตโนมัติและด้วยตนเองทุกครั้งที่มีการเปลี่ยนวัสดุ ฟังก์ชั่น Roving Cut and Attach (RCA) ของ Roth ช่วยให้เครื่องม้วนเปลี่ยนวัสดุโดยอัตโนมัติผ่านรถเข็นการผลิตหลายคัน เทคโนโลยีการอาบน้ำเรซินของ Roth และเทคโนโลยีการวาดเส้นใยยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงอัตราส่วนการเปียกของเส้นใยต่อเรซินที่แม่นยำโดยไม่ทำให้ตัวหมุนหมุนได้เร็วกว่าเครื่องหมุนแบบเดิมโดยไม่เปลืองเรซินมากเกินไป หลังจากม้วนเสร็จ เครื่องม้วนจะปลดแมนเดรลและชิ้นส่วนออกจากเครื่องม้วนโดยอัตโนมัติ
ระบบการม้วนนั้นเป็นแบบอัตโนมัติ แต่ยังคงเหลือกระบวนการและการเคลื่อนตัวของแมนเดรลเป็นส่วนใหญ่ระหว่างขั้นตอนการผลิตแต่ละขั้นตอน ซึ่งก่อนหน้านี้ดำเนินการด้วยตนเอง ซึ่งรวมถึงการเตรียมแมนเดรลเปลือยและเชื่อมต่อเข้ากับเครื่องกรอด้าย การเคลื่อนย้ายแมนเดรลพร้อมส่วนที่เป็นแผลไปยังเตาอบเพื่อการบ่ม การเคลื่อนย้ายแมนเดรลด้วยชิ้นส่วนที่บ่มแล้ว และการถอดชิ้นส่วนออกจากแมนเดรล เพื่อเป็นแนวทางแก้ไข Globe Machine Manufacturing Co. ได้พัฒนากระบวนการที่เกี่ยวข้องกับชุดรถเข็นที่ออกแบบมาเพื่อรองรับด้ามจับที่อยู่บนรถเข็น ระบบการหมุนในรถเข็นใช้เพื่อวางแมนเดรลเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายเข้าและออกจากเครื่องม้วนและเครื่องสกัด และหมุนอย่างต่อเนื่องในขณะที่ชิ้นส่วนเปียกด้วยเรซินและบ่มในเตาอบ
รถเข็นแมนเดรลเหล่านี้ถูกย้ายจากสถานีหนึ่งไปยังอีกสถานีหนึ่ง โดยได้รับความช่วยเหลือจากแขนสายพานลำเลียงที่ติดตั้งภาคพื้นดินสองชุด — ชุดหนึ่งบนคอยล์เดอร์ และอีกชุดในระบบสกัดแบบรวม — พร้อมด้วยแมนเดรล รถเข็นจะเคลื่อนที่ในลักษณะที่ประสานกัน และรับ แกนที่เหลือของแต่ละกระบวนการ หัวจับแบบกำหนดเองบนรถเข็นจะจับยึดและปล่อยแกนหมุนโดยอัตโนมัติ โดยประสานกับหัวจับอัตโนมัติบนเครื่อง Roth
ชุดประกอบถังเรซินที่มีความแม่นยำสองแกน Roth ระบบนี้ได้รับการออกแบบสำหรับเพลาหลักสองอันที่ทำจากวัสดุคอมโพสิต และขนส่งไปยังรถม้วนวัสดุโดยเฉพาะ
นอกจากระบบการขนถ่ายจากแมนเดรลแล้ว Globe ยังมีเตาอบสำหรับบ่มอีก 2 เครื่องอีกด้วย หลังจากการบ่มและการสกัดจากแมนเดรล ชิ้นส่วนจะถูกถ่ายโอนไปยังเครื่องตัดที่มีความยาวแม่นยำ ตามด้วยระบบควบคุมเชิงตัวเลขสำหรับการประมวลผลปลายท่อ จากนั้นทำความสะอาดและติดกาวโดยใช้อุปกรณ์กด การทดสอบแรงบิด การประกันคุณภาพ และการติดตามผลิตภัณฑ์จะเสร็จสิ้นก่อนการบรรจุและจัดส่งสำหรับลูกค้าที่ใช้งานปลายทาง
จากข้อมูลของ ACPT สิ่งสำคัญของกระบวนการคือความสามารถในการติดตามและบันทึกข้อมูล เช่น อุณหภูมิของโรงงาน ระดับความชื้น ความตึงของเส้นใย ความเร็วของเส้นใย และอุณหภูมิของเรซินสำหรับกลุ่มขดลวดแต่ละกลุ่ม ข้อมูลนี้ถูกจัดเก็บไว้สำหรับระบบการตรวจสอบคุณภาพผลิตภัณฑ์หรือการติดตามการผลิต และช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถปรับเงื่อนไขการผลิตได้เมื่อจำเป็น
กระบวนการทั้งหมดที่พัฒนาโดย Globe ได้รับการอธิบายว่าเป็น "กึ่งอัตโนมัติ" เนื่องจากผู้ปฏิบัติงานที่เป็นมนุษย์ยังคงต้องกดปุ่มเพื่อเริ่มลำดับกระบวนการ และเคลื่อนย้ายรถเข็นเข้าและออกจากเตาอบด้วยตนเอง ตามข้อมูลของ ACPT Globe คาดการณ์ถึงระดับของระบบอัตโนมัติที่สูงขึ้นในอนาคต
ระบบ Roth ประกอบด้วยแกนหมุนสองอันและรถม้วนอิสระสามคัน รถเข็นม้วนแต่ละอันได้รับการออกแบบสำหรับการลำเลียงวัสดุคอมโพสิตที่แตกต่างกันโดยอัตโนมัติ วัสดุคอมโพสิตถูกนำไปใช้กับสปินเดิลทั้งสองในเวลาเดียวกัน
หลังจากปีแรกของการผลิตที่โรงงานแห่งใหม่ ACPT รายงานว่าอุปกรณ์ดังกล่าวได้แสดงให้เห็นอย่างประสบความสำเร็จว่าสามารถบรรลุเป้าหมายการผลิต ในขณะเดียวกันก็ประหยัดแรงงานและวัสดุ และมอบผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงอย่างสม่ำเสมอ บริษัทหวังที่จะร่วมมือกับ Globe และ Roth อีกครั้งในโครงการระบบอัตโนมัติในอนาคต
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).
หลังจากใช้เวลานานกว่า 30 ปีของการพัฒนา การบูรณาการในแหล่งกำเนิดกำลังจะบรรลุผลตามคำมั่นสัญญาที่จะเลิกใช้ตัวยึดและหม้อนึ่งความดัน และตระหนักถึงตัวเครื่องมัลติฟังก์ชั่นที่ผสานรวมเข้าด้วยกัน
ข้อกำหนดปริมาณต่อหน่วยสูงและน้ำหนักต่ำของเคสแบตเตอรี่รถบัสไฟฟ้าได้ส่งเสริมการพัฒนาระบบอีพอกซีเรซินเฉพาะของ TRB Lightweight Structures และสายการผลิตคอมโพสิตอัตโนมัติ
ผู้บุกเบิกการประมวลผลแบบไม่ใช้หม้อนึ่งฆ่าเชื้อในการใช้งานด้านการบินและอวกาศให้คำตอบที่มีคุณภาพแต่มีความกระตือรือร้น: ใช่!