Norbert Steinkemper
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从轧辊到线材的高效生产

内容

宝尔捷自动化 和 Spirit AeroSystems, Inc.完成连续复合材料预成型 技术项目

几年来,宝尔捷自动化 公司一直与 Spirit AeroSystems 公司合作,以稳定、连续的工艺进一步实现飞机大型复合材料结构件的自动化preforming 。长而复杂的型材,如未来飞机的弦杆,可以快速、经济地实现高质量的重复生产。100 公斤/小时的铺层速度只是一个开始。

preforming 在飞机制造过程中,由碳纤维增强塑料(CFRP/复合材料)制成的大型结构件通常仍采用手工工艺:充其量是半自动化,因此非常耗时且成本高昂。在某些情况下,需要在切割台上制备单层材料,将其清理到单独的台子上,然后叠加成阴模,并在使用前进行热固定以稳定预型件。与集成自动化解决方案相比,这些工序的设备和存储区域占用了大量车间空间,消耗了大量劳动力资源,而且通常生产率要低得多。

一台设备可完成多个工艺步骤 - 集成化和自动化

位于德国北部拉斯泰德(Rastede)的航空航天应用自动化系统和装配领域的领先专业公司 宝尔捷自动化 与世界航空航天结构领域的领先企业 Spirit 共同实施了一个项目,目的是减少人工操作和车间空间需求,并显著提高产量。这个为期多年的项目现已在苏格兰普雷斯威克的 Spirit 航空创新中心(AIC)完成。

由此产生的连续复合材料预成型 系统 (CCPS) 将所有工作步骤整合到一个连续的全自动流程中:从材料的展开和沉积,到单层材料的纵向、横向和轮廓切割,再到固定、成型、修边和纵向弯曲成飞机机翼的各种加固部件(弦杆组)。要求苛刻的生产过程需要精确协调和控制的材料、工具和过程控制,因此需要强大的自动化技术。为了完成这项极其复杂的自动化任务,宝尔捷自动化 公司与其长期合作伙伴西门子公司紧密合作,并受益于这家德国自动化巨头在搬运 广泛的硬件和软件组合方面的专业知识。除了性能和可扩展性之外,西门子公司在全球航空航天行业中的高认可度和快速反应能力也是与 Spirit 公司合作的额外优势。

宝尔捷自动化 公司开发的连续复合预成型 系统 (CCPS) 集成了连续高效preforming 所需的所有工作步骤,长度达 44 米。

从轧辊到复合结构件的效率和精度

该系统通过专门设计的 "落料装置",从多个卷材中输送干燥的复合材料,用于沉积、修整和输送层。生产线末端的一个主驱动装置和一个辅助驱动装置总是拉/推至少一个底层和一个顶层。在这两者之间,各层以各自的长度、宽度和轮廓堆叠。为此,CCPS 配备了各种切割机构,其中一些是可移动的。为确保各层的输送速度一致,落料装置的输送驱动装置与主驱动装置采用电子同步方式,因此可在整个长度范围内进行控制。

层的实际堆积是通过不同的成型技术,包括加热和冷却工艺,分几个步骤连续完成的。根据所需的零件轮廓,还需要引入填充物、修剪边缘,并使整个零件变形到接近最终轮廓,从而在连续加工过程中实现所需的零件几何形状。

该系统由多个材料线圈提供动力,可在连续加工过程中生产复杂的复合材料结构件,如具有十几个独立成型层的弦杆。

从单一来源实现端到端自动化

所有部件和 Spirit 正在申请专利的技术,包括 100 多个伺服驱动器,都必须得到精确和无缝的控制。复杂的单个步骤由西门子公司提供的故障安全型双 CPU 协调。生产线通过 Simatic 工业平板和 Simatic WinCC Advanced 进行操作和可视化。加热控制系统的集成实现了对敏感材料的精确温度控制。

串联变频器

应用领域可扩展 - 输出可增加

尽管整个系统的优化工作才刚刚开始,但连续复合材料预成型 系统的生产率大大高于任何手动或半自动preforming 流程。这一研发成果表明,在未来飞机项目的应用中,该系统有能力在下一个发展步骤中实现更高的速度。宝尔捷自动化 公司和 Spirit 公司实现了突破性的进展,将整个工厂整合到一个自动化系统中,而占地面积和能源消耗仅为原来的一小部分。这也为未来飞机的可持续生产系统做出了贡献。

落水单元 "详图