FRP轻量化工程中更有效率的集成解决方案


作者:本刊编译 日期:2017/08/04 来源:AI《汽车塑化》

集成的工艺需要集成的解决方案。对此,恩格尔奥地利公司独家就能提供用于FRP轻量化结构的订制的生产单元。这家注塑机及压机制造商将于2017年9月19~21日,在德国斯图加特举行的Composites Europe 2017展会中,在4-D24展位展示其最新的里程碑项目。所展示的技术范围从HP-RTM 和SMC,到半成品的热塑性产品的加工,直到反应热塑性塑料的成型工艺。这些新型高效的复合材料工艺,为大批量的生产铺平了道路。

在注塑成型以及自动化的注塑加工(是实现大批量FRP部件低成本生产必不可少的成功因素)领域,恩格尔拥有多年的丰富经验。在其位于奥地利圣瓦伦丁的轻量化复合材料技术中心,恩格尔与客户、合作伙伴和研究机构深入合作,加速推进新型工艺的工业化进程。“特别是在轻量化复合材料工程领域,与OEMs和一级供应商展开紧密合作,对于作为机器、工装制造商的我们来说是非常重要的。”恩格尔轻量化复合材料技术中心部门经理 Peter Egger强调说,“这使我们能够把握市场脉搏,走向正确的道路,从而为满足诸如汽车、电子或体育用品等行业的特定需求而订制我们的设备和系统。”

在许多项目中,恩格尔作为生产单元的总承包商而担负全部责任,即使个别部分也是与合作伙伴共同制造。除注塑机外,其一体化的系统解决方案还可以包括:自动化和工艺技术、模具和其他周边系统,以及上、下游的工作流程如预成型生产或部件组装。

“向单独一家供应商采购一体化解决方案的需求正变得日益强烈。”恩格尔轻量化复合材料业务开发经理 Christian Wolfsberger表示,造成这种情况的原因,首先是工艺集成化程度的不断提高,导致复合材料成型工艺变得更加复杂;其次,只有当所有的装置都得到完美协调和优化协调时,才能够完全开发出任何潜在的效率。

恩格尔轻量化复合材料技术中心专注于研究目前市场所需的所有先进的复合材料技术,如HP-RTM 和SMC、半成品的热塑性产品(如热塑性织物和带材)的加工,以及反应技术如原位聚合(T-RTM)等。

Organomelt工艺被用于汽车行业的大批量生产中

恩格尔将要展示的一大亮点是采用其organomelt工艺对连续纤维增强热塑性半成品(热塑性纤维织物)进行加工和功能化。这项技术在汽车行业的第一个重要的批量化应用很快将被推出。该技术由恩格尔轻量化复合材料技术中心开发,并针对大批量的生产而得到了优化。恩格尔为两家知名的一级供应商提供了集成的生产系统。由于采用的是热塑性材料,从而大大简化了对生产废料和生命周期结束后的部件的回收,因此这项技术特别让汽车行业感兴趣。

最近交付的两套系统清楚地显示了两大发展趋势:首先,集成额外的嵌件技术,其中的一项应用,就是在organomelt生产工艺中直接包覆成型大量的金属嵌件;其次,这项工艺涉及采用壁厚仅0.5~0.6mm 的薄壁热塑性织物,相比较厚的材料,这对工艺提出了不同的要求。由于这种预先加热的半成品必须得到极快速的加工,以便在成形前不会过度冷却,因此恩格尔专为此工艺而开发了一种立式红外加热炉,它被直接安装在注塑机锁模单元的上方。通过提供各种规格的立式和卧式红外加热炉,恩格尔为加工热塑性织物而满足了全方位的要求。与恩格尔的机械手一样,两种类型的加热炉都由恩格尔最初开发和制造,因此它们能够完全整合到注塑机或压机的CC300 控制单元中,这意味着用户可以通过机器的控制单元来集中监测和控制整个加工过程,而且机器、机械手和红外加热炉可以自动协调它们的工作流程,以实现最高的效率。

随着对薄的热塑性纤维织物的应用日益增多,也对特殊的加热技术提出了需求。因此,恩格尔现在提供其红外加热炉的立式机型。这种立式加热炉能够被直接安装在注塑机锁模单元的上方

长期以来,热塑性织物的应用一直较多,然而,采用玻璃纤维或碳纤维增强的热塑性带材正变得日益重要。通常,带材的厚度只有0.14~0.3mm,这使其适合的应用非常少。因此,由多达20层的带材构成的叠层被生产出来,而且它们的设计是部件结构的一部分。针对带材铺层,恩格尔设计了其自己的铺层单元,它可直接在注塑成型加工的上游构建叠层。基于拾取-放置的原理,该铺层单元的工作与注塑成型同步。恩格尔还在其自己的生产中采用了这项技术:e-pic 系列的机械手拥有一个轻量化的碳纤维手臂,该碳纤维手臂正是由恩格尔位于奥地利Dietach的机械手工厂采用这项新的工艺生产的。通过采用这项创新的生产技术,可以将机械手旋转轴的重量减轻37%,从而赋予了机械手明显更高的动力性能并提高了能源效率。

 恩格尔设计的这种新的带铺层单元是基于拾取-放置的原理,一个高速高清的摄像系统优化了单个带材的铺层精度

凭借轻量化的设计,恩格尔e-pic机械手拥有非常高的动力性。为生产其旋转的机械手臂,恩格尔设计了一种自动化的带铺层单元,这一铺层单元还在汽车行业中开辟了新的机遇

反应加工与注塑成型相结合

在以“提升热塑性基体材料的用量”为目标的反应加工领域,恩格尔同样也是先行者之一。2012年,恩格尔推出了其第一个用于ε-己内酰胺原位聚合的集成概念,即将干的纤维预成型件放入模内,ε-己内酰胺直接在模内原位聚合成聚酰胺。在K 2016展会中,以及在于最近举行的trend.scaut国际汽车会议(2017年6月在奥地利举行)中,恩格尔推出了一套接近实际生产的生产单元。该生产单元将原位聚合(T‑RTM)与在注塑成型过程中赋予FRP支撑结构功能性的下游操作结合在一起。“汽车行业对高度集成的热塑性成型工艺表现出了极大的兴趣,现在我们将与汽车行业合作,开始部件的开发。”Egger表示。

这种集成的、高度自动化的系统概念是以一台v-duo机器为基础,这是恩格尔专为纤维增强复合材料应用以及采用纤维预成型件的多组分工艺而开发的设备。v-duo是一台较为紧凑的节能型机器,是极具成本效益的生产解决方案,其立式锁模单元允许从4面而不只是两面与其接触,从而方便了自动化操作。

自2012年推出以来,v-duo系列机器已在汽车行业取得了巨大成功。比如,宝马公司在其兰茨胡特工厂中利用一台锁模力 36000 kN的v-duo 3600机器、采用HP-RTM工艺和纤维增强塑料生产大型结构部件;安装在奥迪公司的一台v-duo 2300机器被用于生产B柱;一台v-duo 3600机器被提供给了位于德国沃尔夫斯堡的 Open Hybrid LabFactory,用于研究功能集成的复合材料技术。   

安装在德国沃尔夫斯堡Open Hybrid LabFactory的新的ENGEL v-duo 3600机器专用于ProVorPlus项目,以为纤维增强塑料/金属的组合材料的预组装而开发功能集成的工艺技术