يؤدي الطلب المتزايد على أعمدة الإدارة المركبة إلى الإنتاج الآلي | عالم المواد المركبة

عملت شركة ACPT Inc.، ومقرها كاليفورنيا، مع مورد الماكينة لإنشاء خط إنتاج نصف أوتوماتيكي مبتكر ومجهز بآلة لف خيوط أوتوماتيكية. #workinprogress #الأتمتة
يتم استخدام أعمدة القيادة المركبة من ألياف الكربون الخاصة بـ ACPT في مجموعة من الصناعات. مصدر الصورة، جميع الصور: Roth Composite Machinery
لسنوات عديدة، التزمت شركة تصنيع المواد المركبة Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية) بتطوير وإكمال تصميم عمود محرك ألياف الكربون المركب أو المواد المركبة من ألياف الكربون أو الأنابيب المعدنية الكبيرة التي تربط الأجزاء الأمامية والخلفية نظام القيادة في معظم المركبات. على الرغم من استخدامها في البداية في مجال السيارات، إلا أن هذه المكونات متعددة الوظائف تُستخدم أيضًا على نطاق واسع في التطبيقات البحرية والتجارية وطاقة الرياح والدفاع والفضاء والتطبيقات الصناعية. على مر السنين، شهدت ACPT زيادة مطردة في الطلب على أعمدة القيادة المركبة من ألياف الكربون. مع استمرار نمو الطلب، أدركت ACPT الحاجة إلى تصنيع عدد أكبر من أعمدة الإدارة بكفاءة تصنيع أعلى - مئات من نفس الأعمدة كل أسبوع - مما أدى إلى ابتكارات جديدة في الأتمتة، وفي النهاية، إنشاء مرافق جديدة.
وفقًا لـ ACPT، فإن سبب زيادة الطلب على أعمدة القيادة هو أن أعمدة القيادة المصنوعة من ألياف الكربون تتمتع بمزيج فريد من الوظائف مقارنةً بأعمدة القيادة المعدنية، مثل قدرة عزم دوران أعلى، وقدرات أعلى للدورة في الدقيقة، وموثوقية أفضل، ووزن أخف، ويميل إلى لتتحلل إلى ألياف كربون غير ضارة نسبيًا تحت تأثير عالي وتقلل من الضوضاء والاهتزاز والخشونة (NVH).
بالإضافة إلى ذلك، بالمقارنة مع أعمدة القيادة الفولاذية التقليدية، تشير التقارير إلى أن أعمدة القيادة المصنوعة من ألياف الكربون في السيارات والشاحنات يمكن أن تزيد من قوة العجلات الخلفية للمركبات بأكثر من 5٪، ويرجع ذلك أساسًا إلى الكتلة الدوارة الأخف وزنًا للمواد المركبة. بالمقارنة مع الفولاذ، يمكن لعمود القيادة المصنوع من ألياف الكربون خفيف الوزن أن يمتص المزيد من الصدمات وله قدرة عزم دوران أعلى، مما يمكنه نقل المزيد من قوة المحرك إلى العجلات دون التسبب في انزلاق الإطارات أو انفصالها عن الطريق.
لسنوات عديدة، كانت شركة ACPT تنتج أعمدة قيادة مركبة من ألياف الكربون من خلال لف الخيوط في مصنعها في كاليفورنيا. من أجل التوسع إلى المستوى المطلوب، من الضروري زيادة حجم المرافق، وتحسين معدات الإنتاج، وتبسيط مراقبة العمليات وفحص الجودة عن طريق تحويل المسؤوليات من الفنيين البشريين إلى العمليات الآلية قدر الإمكان. ومن أجل تحقيق هذه الأهداف، قررت ACPT بناء منشأة إنتاج ثانية وتزويدها بمستوى أعلى من الأتمتة.
تعمل ACPT مع العملاء في صناعات السيارات والدفاع والبحرية والصناعية لتصميم أعمدة القيادة وفقًا لاحتياجاتهم.
أنشأت ACPT منشأة الإنتاج الجديدة هذه في شوفيلد، ويسكونسن، الولايات المتحدة الأمريكية لتقليل انقطاع إنتاج عمود الإدارة خلال عملية مدتها 1.5 عام من تصميم وبناء وشراء وتركيب مصانع ومعدات إنتاج جديدة، منها 10 أشهر مخصصة للبناء، تسليم وتركيب أنظمة لف الخيوط الأوتوماتيكية.
يتم تقييم كل خطوة من خطوات عملية إنتاج عمود الإدارة المركب تلقائيًا: لف الخيوط، ومحتوى الراتنج والتحكم في الترطيب، والمعالجة في الفرن (بما في ذلك التحكم في الوقت ودرجة الحرارة)، وإزالة الأجزاء من الشياق، والمعالجة بين كل خطوة من عملية الشياق. ومع ذلك، نظرًا لأسباب تتعلق بالميزانية وحاجة ACPT إلى نظام متنقل أقل ديمومة للسماح بعدد محدود من تجارب البحث والتطوير إذا لزم الأمر، فقد رفضت استخدام أنظمة التشغيل الآلي العملاقة أو المثبتة على الأرض كخيار.
بعد التفاوض مع العديد من الموردين، كان الحل النهائي هو نظام إنتاج مكون من جزأين: بكرة خيوط أوتوماتيكية من النوع الأول ذات محورين مع عربات لف متعددة من Roth Composite Machinery (Stephenburg، ألمانيا) نظام لف؛ علاوة على ذلك، فهو ليس نظامًا آليًا ثابتًا، ولكنه نظام معالجة نصف أوتوماتيكي للمغزل صممته شركة Globe Machine Manufacturing Co. (تاكوما، واشنطن، الولايات المتحدة الأمريكية).
ذكرت ACPT أن إحدى المزايا والمتطلبات الرئيسية لنظام لف الخيوط Roth هي قدرتها على التشغيل الآلي المثبتة، والتي تم تصميمها للسماح لمغزلين بإنتاج أجزاء في نفس الوقت. وهذا مهم بشكل خاص نظرًا لأن عمود الإدارة الخاص بشركة ACPT يتطلب تغييرات متعددة في المواد. من أجل قطع الألياف المختلفة وربطها وإعادة توصيلها تلقائيًا ويدويًا في كل مرة يتم فيها تغيير المادة، تتيح وظيفة Roving Cut and Attach (RCA) من Roth لآلة اللف تغيير المواد تلقائيًا من خلال عربات التصنيع المتعددة الخاصة بها. يمكن أيضًا لتقنية حمام راتينج روث وسحب الألياف أن تضمن نسبة ترطيب دقيقة من الألياف إلى الراتنج دون التشبع الزائد، مما يسمح لآلة اللف بالعمل بشكل أسرع من اللفافات التقليدية دون إهدار الكثير من الراتينج. بعد اكتمال اللف، ستقوم آلة اللف بفصل الشياق والأجزاء تلقائيًا من آلة اللف.
نظام اللف نفسه مؤتمت، لكنه لا يزال يترك جزءًا كبيرًا من معالجة وحركة الشياق بين كل خطوة تصنيع، وهو ما كان يتم يدويًا في السابق. يتضمن ذلك إعداد الشياق العارية وتوصيلها بآلة اللف، ونقل الشياق مع أجزاء الجرح إلى الفرن للمعالجة، وتحريك الشياق مع الأجزاء المعالجة، وإزالة الأجزاء من الشياق. وكحل لذلك، قامت شركة Globe Machine Manufacturing Co. بتطوير عملية تتضمن سلسلة من العربات المصممة لاستيعاب الشياق الموجود على العربة. يتم استخدام نظام التدوير في العربة لوضع الشياق بحيث يمكن تحريكه داخل وخارج اللفاف والمستخرج، والتدوير المستمر بينما يتم ترطيب الأجزاء بالراتنج ومعالجتها في الفرن.
يتم نقل عربات الشياق هذه من محطة إلى أخرى، بمساعدة مجموعتين من أذرع النقل المثبتة على الأرض - مجموعة واحدة على آلة اللف والأخرى في نظام الاستخراج المتكامل - مع الشياق. تتحرك العربة بطريقة منسقة، وتأخذ المحور الباقي لكل عملية. يقوم ظرف الظرف المخصص الموجود على العربة تلقائيًا بتثبيت المغزل وتحريره، بالتنسيق مع ظرف الظرف الأوتوماتيكي الموجود في ماكينة Roth.
مجموعة خزان الراتينج الدقيق ثنائي المحور من روث. تم تصميم النظام لعمودين رئيسيين من المواد المركبة ويتم نقلهما إلى عربة تعبئة المواد المخصصة.
بالإضافة إلى نظام نقل الشياق هذا، توفر Globe أيضًا فرنين للمعالجة. بعد المعالجة واستخراج الشياق، يتم نقل الأجزاء إلى آلة قطع ذات طول دقيق، يتبعها نظام تحكم رقمي لمعالجة أطراف الأنبوب، ومن ثم تنظيف وتطبيق المادة اللاصقة باستخدام تجهيزات الضغط. يتم الانتهاء من اختبار عزم الدوران وضمان الجودة وتتبع المنتج قبل التعبئة والشحن لعملاء الاستخدام النهائي.
وفقًا لـ ACPT، أحد الجوانب المهمة في العملية هو قدرتها على تتبع وتسجيل البيانات مثل درجة حرارة المنشأة، ومستوى الرطوبة، وتوتر الألياف، وسرعة الألياف، ودرجة حرارة الراتنج لكل مجموعة لف. يتم تخزين هذه المعلومات لأنظمة فحص جودة المنتج أو تتبع الإنتاج، وتسمح للمشغلين بتعديل ظروف الإنتاج عند الضرورة.
توصف العملية بأكملها التي طورتها شركة Globe بأنها "شبه آلية" لأنه لا يزال يتعين على المشغل البشري الضغط على زر لبدء تسلسل العملية وتحريك العربة يدويًا داخل الفرن وخارجه. وفقًا لـ ACPT، تتصور شركة Globe درجة أعلى من التشغيل الآلي للنظام في المستقبل.
يشتمل نظام Roth على مغزلين وثلاث عربات متعرجة مستقلة. تم تصميم كل عربة تعبئة من أجل النقل التلقائي للمواد المركبة المختلفة. يتم تطبيق المادة المركبة على كلا المغزلين في نفس الوقت.
بعد السنة الأولى من الإنتاج في المصنع الجديد، ذكرت ACPT أن المعدات أثبتت بنجاح قدرتها على تحقيق أهداف الإنتاج مع توفير العمالة والمواد وتوفير منتجات عالية الجودة باستمرار. وتأمل الشركة في التعاون مع Globe and Roth مرة أخرى في مشاريع الأتمتة المستقبلية.
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).
بعد أكثر من 30 عامًا من التطوير، أصبح التكامل في الموقع على وشك الوفاء بوعده بالتخلص من أدوات التثبيت والأوتوكلاف وتحقيق جسم متكامل متعدد الوظائف.
ساهمت متطلبات الحجم الكبير للوحدة والوزن المنخفض لأغلفة بطاريات الحافلات الكهربائية في تعزيز تطوير أنظمة راتنجات الإيبوكسي المخصصة للهياكل خفيفة الوزن من TRB وخطوط الإنتاج الآلية للمركبات.
أجاب رائد المعالجة غير الأوتوكلاف في تطبيقات الفضاء الجوي بإجابة مؤهلة ولكن متحمسة: نعم!