Voith материали
Изисквания за технология за производство на композитни влакна Dr.-Ing. Ларс Хербек Брауншвайг, презентация 30.09.2009, 2007-08-xx
Кои въпроси искам да обсъдя в моята лекция 1. Как производителят на машини Voith вижда композити от влакна 2. Какво развитие можем да видим? 3. Как да стигнем от производство до производство? 4. Кои са важните влияещи фактори в производството? 5. Какви са предизвикателствата за бъдещето? 2
Относително значение на различните материали за човечеството Производство 2007 г. в милиони тона Стомана
8 Източник: Åström: Производство на полимерни композити, Chapman & Hall, Лондон 1997 3
Автомобилна техника: Използване на материали в BMW Серия 7 Процентно разпределение на металите
69% пластмаса 19% керамично стъкло,
2% Източник: Рудолф Щаубер, BMW 4
Силен растеж на композити в много нови приложения Търсенето на C-влакна в 1000 тона промишленост 1 80 днес аерокосмическа/отбранителна 70 1 600 пазарен обем CFRP структури 2009 2 Спорт/свободно време 60 Индустрия: 5 милиарда валове за голф 1% дял от въглеродни влакна аерокосмическа/отбранителна: тенис 3 милиарда . ракети 50 спорт/свободно време: Автомобили 2 милиарда 40 офшорни 30 влак отпред 6 20 фактор 250 CAGR + 11,2% CNG цилиндрични ролки CAGR + 11,7% 10 C-влакна C-влакна изискват автомобил PC шаси автомобил 2009 Голф клуб с голяма тенис ракета A380 CFRP Използване в автомобила A350 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 1 включително инфраструктура, вятър, автомобили и офшорни 2 Предположения за пазарна оценка: индустрия с цени на влакна: 30/kg, авиация: 50/kg, спорт 35/kg; Дял на влакната в разходите: 14% Източници: Toray, пазарен доклад The Carbon Fiber Industry 5
Мотиви за използването на влакнести композитни материали в машиностроенето Намаляване на масата на компонентите и инерцията Регулируема твърдост и по този начин подобрени амортизационни свойства Подобрени механични свойства Уморна якост, устойчивост на корозия Ниска или адаптирана термична експанзия Висока дизайнерска свобода и възможност за функционална интеграция Цели Повишаване на ефективността и производителността на машините и системите чрез използването на композитни материали от влакна ( Спестяване на енергия, намаляване на разходите, подобряване на собствеността) 6
Предизвикателства на влакнести композити Най-големите пречки за пробива на CFRP в машиностроенето в момента са - материални разходи - производствени разходи - както и прекомерно време за производство Предоставяне на автоматизирани производствени техники, за да може да се произвеждат композитни влакнести компоненти в големи количества на приемливи цени Рециклиране 7
Voith вече е активен в определени ниши с влакнести композити VP Rolls VP лекарски ножчета VT-AIR VT-Schaku VS VI Композитни ролки и облицовки за хартиени машини Докторски ножове от въглеродни и арамидни композити CFRP композити Витла Корабни задвижвания Влак отпред от композити от стъклени влакна Шахти и турбини Роторни лопатки за Ocean Energy Engineering Services CeBeNetwork Hörmann 8
Пример за приложение CFRP ролки CFRP ролки за хартиени машини,
90 CFRP ролки в съвременни машини за хартия Ширина на ролката: до 16м диаметър:
Пример за приложение CFRP ролки Предимства на CFRP ролките: По-малко вибрации Намалено тегло на ролката Малко или никакво приплъзване между хартията и повърхността Подобрена обработка и увеличена скорост на лентата Намаляване на натоварванията на лагерите и рамкиране Компетенции Съществуващ завод (от 2007 г.) с най-модерното производствено съоръжение за ролки с въглеродни влакна в сектора на хартиените машини Прибл. 100 t C-влакна, обработени p.a. Доставчик на система със 100% дълбочина на производство Ноу-хау за разработка Установен процес и установена верига на доставки Собствена сложна програма за изчисление 10
Технологии за производство на композитни влакна Pultrusion Технология за навиване/FP Автоматично полагане на лента/FP преса за влакна Потъваща свобода на дизайна Ръчно ламиниране Prepreg, Infusion RTM Увеличаваща се степен на автоматизация 11
Какво може да струва леката конструкция Поносими допълнителни разходи за намаляване на теглото с 1 кг (порядъци на величина) Допълнителни разходи Количество// кг годишно пътуване в космоса 5000 10 0 големи самолети 500 10 2 автомобил 5 10 4-10 6 12
Предизвикателството на технологията за производство на композитни влакна Днес бъдещият източник на изображението: DLR-FA Източник на изображението: CTC GmbH Броят на блоковете се увеличава от 1-1000 компонента/година до> 100 000 компонента/година и система. Разходите за процеса намаляват с 90% на килограм обработен материал 13
Примери за подходи от композитни влакна в автомобилната конструкция Хибридна армировка на страничната рамка: BMW Hydrogen 7, носа на покрива: BMW M6 Хибридна B-колона (CFRP стомана): Benteler-SGL покрив: BMW M6, M3 monocoque, MonoCell: VW 1-литров автомобил, McLaren s MP4 -12 ° С. Хибриден B-стълб (CFRP стомана): Източник: Benteler-SGL CFK-подсилена странична рамка, източник: BMW McLaren s MP4-12C, MonoCell, източник: McLaren 14
Спецификация на подходящ автомобилен целеви процес Автоматизирана RTM технология Суровина M1: Обработка на производството на RTM суровина M2: Консолидация M3: Демолдинг Иновационна зона Рязане на текстилни полуфабрикати Формиране, драпиране, подрязване, фиксиране Прехвърляне на заготовка Смесване на смола, връзки, инжектиране на RTM Иновационна област втвърдяване, охлаждане Прехвърляне на заготовка Формуляр за прехвърляне Демонтаж на заготовката, почистване d. Проверка на формата (NDI), одобрение на сурова част, одобрение на форма B1: Механична обработка на пробиване, фрезоване, рязане, смилане,; Лепене, болтове, съединяване, довършване и одобрение, ако е необходимо B2: Обработка на повърхността, покритие, боядисване, Q1: Изпитване и одобрение, осигуряване на качеството, неразрушаващи проверки/изпитвания, одобрение на продукта, техническо развитие, компонент 16
Развитие на производствените разходи (/ kg) за по-големи производствени количества (общ пример) Количество: Тегло: 10 k 9 kg 60/kg 100 k 9 kg 37% Други (включително НИРД, режийни, сгради, машини) Персонал 45% 18% 20/kg 28% 21 % 52% Материал 10 k 100 k Предполагаем материал: C-влакна: 17,00/kg смола: стъклени влакна: 2,50/kg 6,70/kg 17
Развитие на производствените разходи (/ kg) за по-големи компоненти (общ пример) Тегло: 2 kg 9 kg 40/kg 34% 36% 20/kg 28% 21% Други (включително НИРД, режийни, сгради, машини) Материал на персонала 30% 52% 100 k 100 k Предполагаем материал: въглеродни влакна: 17,00/kg смола: 6,70/kg стъклени влакна: 2,50/kg 18
Резюме: Предизвикателства на технологията за производство на композитни влакна Лесно производство Процеси, оптимизирани за материален поток, минимизирано съхранение без отпадъци Циклично контролирано производство 100 000 части/година Цикъл = 3,5 минути Кратки вериги с добавена стойност Избягване на междинни полуфабрикати (от ровинг директно в компонента) Комбинирани с влакна композитни методи Силно интегрирани възли, напр. Б. Монокок 20