Серийное производство сложных структурированных полых деталей

В рамках «Проекта R.A.C.E.» (Reaction Application for Composite Evolution) Hennecke совместно с ведущими партнерами отрасли достигли решающего этапа разработки, который уже сейчас позволяет изготавливать в течение нескольких секунд сложные полые детали из волокнистого композитного материала.

Основой проекта является технологическая цепочка по изготовлению держателя номерного знака мотоцикла из композитного материала с углеродным волокном полой конструкции. Держатель номерного знака обычной конструкции весит более 765 граммов. В рамках проекта R.A.C.E. общий вес при улучшенных характеристиках составляет лишь 265 граммов. Это означает снижение веса на более чем 60 процентов!

8 партнеров, 21 специалист, 28 недель на разработку

Рамочные условия проекта R.A.C.E. были четко определены

С целью внедрения в серийное производство новой технологии производства CAVUS была начата разработка проекта R.A.C.E. под руководством Hennecke. Совместно с партнерами — Engel, Huntsman, Murtfeldt, IFB Stuttgart, Persico, Reinsicht (бывш. H2K Minerals) и KTM Technologies — была создана единая интернациональная команда из 21 специалиста, которой была поставлена задача разработки детали, начиная с чистого листа и до серийного производства: держателя номерного знака для KTM 1290 Superduke R. Изготовление этой функциональной детали представляет собой определенный вызов с точки зрения синергии правильного расчета и дизайна, соответствующего требованиям производственного процесса, а также внедрения эффективных методик на основе технологии CAVUS компании KTM Technologies. CAVUS представляет собой автоматизированную технологическую цепочку для изготовления структурированных сложных полых деталей: от производства стержней и изготовления предварительно отформованной заготовки с углеволокном, например, по технологии плетения, включая процесс HP-RTM и до отделения стержневого материала. Благодаря этому можно реализовать совершенно новые возможности оформления как с точки зрения дизайна, так и функциональности.

Обзор всего процесса

Идея и дизайн

Взаимодействие дизайна и инжиниринга образует основу для успешной разработки детали. Дизайнеры Kiska и эксперты KTM Technologies использовали для держателя номерного знака Superduke принцип «Дизайн наизнанку». Первые чертежи, выполненные вручную на бумаге, стали основой параллельно начавшегося процесса разработки. С самого начала были учтены такие аспекты, как установочное пространство, концепция присоединения и технологичность детали.

 

Моделирование детали и процесса

Чтобы обеспечить технологичность уже на ранней стадии проектирования, инженеры IFB (Институт самолетостроения) Штутгартского университета использовали различные инструменты моделирования. После того, как первые эскизы были введены в программное обеспечение CAD, были выполнены работы по структурному моделированию детали, которые дали первые оценки необходимого количества процессов оплетки. Эти результаты использовались на последующем этапе моделирования оплетки, по которому можно судить о возникающем угле волокон и о возможных проблемных зонах.

Стержневая технология

Центральной составляющей технологии CAVUS является песчаный стержень компании Reinsicht (бывш. H2K Minerals). Для проекта R.A.C.E. для стержня были заданы температурная устойчивость в 330 °C и устойчивость к давлению в 500 бар. Свои характеристики стержень сохраняет также после инфильтрации оплетки с матрицей.

Высвобождение из детали осуществляется чистой водой без повышенных энергетических затрат. Кроме этого, образующийся при этом раствор не является токсичным. Благодаря самостоятельному отделению стержневых компонентов составные части легко отделить и утилизировать. При этом, в зависимости от комбинации материалов, до 98 процентов стержневого материала можно использовать повторно.   

Предварительно отформованные заготовки

Нанесение волокон реализовано Институтом самолетостроения Штутгартского университета с применением технологии оплетки. Для этого стержень крепится в зажимном приспособлении на робототехническом устройстве установки для оплетки и на основе рассчитанной в моделировании траектории оплетки ведется оплеточным колесом. Для проекта R.A.C.E. использовалось устройство радиальной оплетки Herzog RF 1/64-100.

С помощью 64 оплеточных нитей, состоящих из 24 тыс. углеволокон, ткань наносилась на стержень. Прочность посадки оплетки на стержне определяется натяжением пружин в веретенах. Усилие натяжения пружин в 600 граммов обеспечивает наилучший результат по гибкости и прочности двухосной оплетки.

Полиуретановая матрица

Исключительные механические свойства и превосходная перерабатываемость отличают используемую для изготовления держателя номерного знака Superduke 1290R полиуретановую систему VITROX® RTM 332 фирмы Huntsman. Высокая ударная вязкость и эластичность материала соответствует требованиям, предъявляемым к детали.

Важными для процесса HP-RTM являются, прежде всего, свойства при переработке, так как в серийном производстве большую роль играет время выполнения технологической операции. Поэтому с помощью регулируемого промежутка времени «быстрого отверждения» от менее 30 секунд до 24 часов можно обеспечить и кратчайшую продолжительность такта благодаря VITROX®.

Изготовление методом HP-RTM

Высокое и постоянное качество деталей является решающим аргументом в пользу применения метода HP-RTM. В проекте R.A.C.E. комплект оборудования состоит из дозировочной машины Hennecke типа STREAMLINE и вертикального пресса типа Engel elast 400V compact. Благодаря интенсивному сотрудничеству фирм Engel и Hennecke управлять всем процессом можно через одну установку.

В дозирующей установке STREAMLINE могут перерабатываться оба компонента: полиол и изоцианат. Благодаря поддержанию заданной температуры во всей установке, включая группы шлангов, за счет рециркуляции компонентов обеспечивается постоянство температуры. Через третью линию можно также вводить гомогенизированное разделительное средство.

Наивысшее качество поверхности благодаря смесительным головкам Hennecke

Для смешивания компонентов компания Hennecke использует новую разработанную смесительную головку MN10-3 RTM. Благодаря конической выпускной трубе со встроенным датчиком давления внутри формы можно использовать смесительную головку высокого давления и для полуавтоматического присоединения.

Для противодействия полимеризационной усадке самоочищающийся толкатель выполняет функцию прижима с гидравлическим управлением во время отверждения матрицы. Так может быть достигнуто наивысшее качество поверхности. Другой особенностью MN10-3 RTM является серийная комплектация запатентованными форсунками равного давления. Благодаря этому полностью предотвращается возможное влияние давления внутри формы на характеристики давления компонентов.

Инструментальная техника с инновационным уплотнительным материалом

Применение высокоактивных полимерных материалов при максимальном давлении внутри инструмента до 200 бар предъявляет особые требования к инструментальной технике. С одной стороны, инструмент должен иметь высокую стойкость при применении абразивного углеволокна, с другой стороны, гарантировать сохранность качественно отполированной поверхности. Благодаря экспертизе, осуществленной производителем инструментов Persico из Нембро (Италия), удалось успешно реализовать выполнение этих требований в проекте R.A.C.E. При среднем давлении внутри инструмента около 100 бар уплотнение также должно отвечать этим высоким требованиям.

Для этого применяются уплотнительные материалы нового типа производства фирмы Murtfeldt. Murlock®, термопластичный полимерный материал, обеспечивает высокую степень герметичности в течение нескольких сот циклов. По сравнению с обычными уплотнениями в виде шнура круглого сечения этот материал обладает устойчивостью к повреждениям остаточным материалом или углеволокном и при этом является химически инертным по отношению к реактивным системам смол.

Дополнительная обработка деталей

Отделение стержневого материала с помощью воды является особенностью технологии CAVUS. Особенностью является то, что на передний план при этом выдвигается экологичность. Стержень может быть отделен от детали без применения дополнительных растворителей, наносящих вред окружающей среде. После отделения сформованной детали по обрезным кромкам ее укладывают в водяную ванну. Песок осаждается в растворе и после сушки может полностью использоваться для новых стержней.

Содержащееся в растворе связующее средство может либо утилизироваться как техническая вода, либо отделяться и использоваться в качестве удобрения в сельским хозяйстве. После отделения песка от детали можно выполнять обычную дополнительную обработку детали из волокнистого композитного материала и в заключение устанавливать ее на транспортное средство.

Изготовление детали на месте на выставке К в Дюссельдорфе

Почти 4000 гостей посетили выставочный стенд Hennecke, чтобы понаблюдать за технологическим процессом. Время выполнения технологической операции на изготовление каждой детали в 125 секунд и снижение веса на более чем 62 процента при одновременном повышении ценности продукта говорят об успешности проекта. Поэтому проект R.A.C.E. выглядит весьма впечатляюще, подтверждая, что благодаря совместным усилиям высококвалифицированных партнеров по проекту можно совершить решающий шаг в развитии серийного производства полых деталей из волокнистого композитного материала на основе технологии CAVUS.

Проект R.A.C.E. «2.0»

Держатель номерного знака гибридной конструкции (GFRP/CFRP)

Проект R.A.C.E. постоянно развивается. Последним примером внедрения нового продукта на производстве является держатель номерного знака гибридной конструкции, который по форме и окраске обеспечивает максимальный простор с точки зрения дизайна. Задание контура в процессе оплетки при этом реализуется с помощью стекловолокна. Благодаря целевому и соответствующему нагрузке усилению с помощью карбонатного волокна методом Tailored-Fibre-Placement — специального размещения волокна (TFP) — пользователь получает деталь, которая при минимальном весе и существенном снижении расходов на сырьевые материалы обеспечивает максимальную жесткость. Кроме того, усовершенствованное уплотнение стержневого материала уменьшает количество необходимых технологических операций, что существенно снижает производственные расходы. Наряду с этим новое производственное применение позволяет осуществить простую установку электронных компонентов, например, сенсорной техники или светодиодов.

наши преимущества
Оборудование Hennecke
  • Работаем по всей России и странам СНГ
    Работаем по всей России и странам СНГ

    С 2009 года компания OOO „Хеннеке Полиуретановые технологии“ г. Москва предоставляет для клиентов локальную консультацию и обслуживание. Это позволяет компании Hennecke GmbH выступать на российском рынке в качестве опытного и надежного партнера в различных проектах.

    ПодробнееСкрыть
  • Комплексный сервис: диагностика, ремонт, восстановление и обучение
    Комплексный сервис: диагностика, ремонт, восстановление и обучение

    Работа специалистов OOO "Хеннеке Полиуретановые технологии"гарантирует нашим клиентам надежную и эффективную работу производства. Опытные сервисные инженеры обеспечивают быструю и профессиональную поддержку при монтаже, вводе в эксплуатацию и диагностики.

    ПодробнееСкрыть
  • Опыт более 70 лет на рынке полиуриетана
    Опыт более 70 лет на рынке полиуриетана

    Более полувека назад в компании Hennecke была произведена первая дозирующая машина высокого давления для ПУ. За эти годы тесное сотрудничество с нашими заказчиками по всему виру позволяет нам постоянно предлагать новые решения для наших клиентов и тем самым увеличивать их конкурентные преимущества.

    ПодробнееСкрыть
  • Всемирная сеть
    Всемирная сеть

    Hennecke располагает сетью из опытных специалистов и сервисных-инженеров во всех важных экономических регионах мира, которые помимо проработки многочисленных задач по подбору оборудования предлагают и консультационные и инжиниринговые услуги.

    ПодробнееСкрыть
  • Исследование и разработка
    Исследование и разработка

    Благодаря постоянно исследовательской и проектно-конструкторской работе мы предлагаем нашим клиентам инновационные системы и технологии с высоким экономическим и экологически эффектом.

    ПодробнееСкрыть