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当复合材料的自动化裁切

发布时间:2021-09-09 17:37:27 阅读: 来源:缓蚀阻垢剂厂家

复合材料的自动化裁切

自动化切割设备的使用并不局限在大型的复合材料公司内,在小型企业和研究开发领域它们也体现着自身的价值。Amanda Jacob参观了三家荷兰公司,他们都从数控裁切系统的灵活性、精确度和速度中获益匪浅。

长距离速滑在荷兰、挪威、加拿大、美国和其他许多国家都是一项非常流行的运动。在这项参与人数众多的运动中,荷兰冰鞋制造商Viking Schaatsenfabriek公司的名声是响当当的,因为许多顶级的滑冰运动员都选择了Viking的冰鞋。该公司已有50多年的发展历史,目前生产20多种溜冰鞋,包括为运动员定制的鞋到标准的娱乐用鞋,以及花样轮滑鞋。

在Viking的Almere工厂内,展示着一系列冰鞋和与滑冰有关的纪念物,代表了该公司在这项运该协会1行人已在北京会面了监管进出口业务的中国国家质量监督检验检疫总局官员动中的悠久历史。过去,冰鞋都是由皮革制成的,现在皮革上覆盖了一层轻量但坚固的复合材料外壳(脚跟和足弓)。

手工缝制的质量、专有的生产工艺和最新的复合材料使得Viking在面对来自低劳动力成本国家的竞争中,保持了这一市场的领先地位。

量脚定制可联实现数据传输

溜冰鞋的合脚对于保证溜冰者的优异表现以及降低受伤风险方面具有非常重要的作用。鞋子必须合脚,还必须足够硬挺和坚固以支撑住脚,确保人体在冰上的稳定性。鞋还应该具有较轻的重量和一定的灵活度,才能确保脚进行正常的活动。Viking的鞋从头到尾都是手工缝制的。该公司采用的是专门为冰鞋设计的楦头(一种金属制品,可以在上面形成鞋子的样式或者修鞋)。

对于定制的冰鞋,首先要根据溜冰者的脚制作聚氨酯模具。然后再据此制作石膏模型,并将其转化为铝铸模,形成鞋子的楦头。

复合材料预浸料用于制造鞋子的外壳。预浸料在格柏的DCS 2500自动化裁切机上采用相应的软件进行切割,这套设备是Viking于大约六年前引进的。DCS 2500是一台单层静态切割系统,可以切割玻纤、预浸料、碳纤维和其他材料,速度可达1.1m/s。一个真空系统会在切割过程中把持材料。相比过去根据模型手工裁割材料,现在Viking使用该裁切机可以实现预浸料的快速和精确切割。每个冰鞋的模型都被储存在计算机中,如有需要可以快速修正。嵌套的软件以最高效的方式安排好材料上所需裁割的部件数量,优化材料的使用和切割路径,节省昂贵的预浸料实现最少的浪费。

皮革制成的老式Viking冰鞋(左图),现代的复合材料冰鞋(右图)。

在下一个生产阶段,鞋子的模具(楦头)上被覆盖上一层脱模剂,然后一定层数预先切好的预浸料被铺放其上,技艺熟练的技术人员用手(和锤头)将其压到位置上,确保空气从复合材料中去除。

Gerber切割机(上图)和相关联的嵌入式软件(下图)

所有的材料种类(玻纤、碳纤、芳纶纤维和热塑性材料等),层数和它们在外壳中的位置取决于冰鞋的类型。Viking采用的是Hexcel的预浸料。通常,碳纤维预浸料用在脚底,芳纶纤维(Kevlar)可以用在外壳的外侧,以提高稳定性和冲击强度。在某些鞋型中,热塑性预浸料被用在多个位置,当受热时,这种材料可以根据滑冰者的脚型成型,与脚的合适度更高。

当预浸料铺放好之后,楦头会用一个金属盖盖好,并加热。在工厂的成形过程中有多个生产台,当一个外壳固化时,另一个就可以做好准备。固化的复合材料部件从楦头上取下之后,就形成了鞋的外壳。如此每周可以生产100个以上的外壳。

最后,外壳要与皮革外层以及安装刀片的金属板和刀片组装在一起。刀片有两种不同的刚质材料和多种形状。

切割好的预浸料将与冰鞋外壳成型到一起

据Viking的技术总监Jaap Havekotte说,定制一双冰鞋(带有刀片的靴子)费用大约为900欧元。交货时间通常为周。Viking的14名员工每年可以生产几千双冰鞋。

预浸料层被放置在模具中。 完成后的冰鞋带有Viking的质量标志。

航空领域的研发

荷兰Delft技术大学的航空航天工程学院也从格柏技术购买了一台自动化裁切机。该学院全心致力于航空航天工程,是北欧地区最大的同类学院之一,拥有超过2000名在校生和毕业生,大约250名教职员工和100名博士生。

该金旸3D打印材料凭仗出色的性能和领先的技术学院拥有一个复合材料结构设计和生产团队。该复合材料团队与Fokker Aerostructures和TenCate先进材料等公司密切合作。据复合材料系的Sebastiaan Lindstedt介绍,目前的研究领域包括新型飞机用热塑性材料、热塑性风机叶片、热塑性复合材料的粘结技术,以及热塑性复合材料的疲劳性能。

航空航天学院有一个装备良好的大型实验室,用于教学和研究工作。除了力学测试和分析设备,还有一个纤维缠绕机、一个高压釜、一台自动纤维带铺层机、固化炉、一台CNC机床和一台超声NDT设备。

荷兰Delft技术大学的复合材料切割室。 层压区。

大约三年前,这个复合材料实验室进行了重新装修,当时购买了格柏的切割机。之前,材料都是用手切割的,不仅费时而且质量不好。使用这台机器非常快,而且更加精确,复制了航空航天行业正在做的事情。

荷兰Delft技术大学的航空航天学院是欧洲最大的同类学院之一,它拥有自己的展示飞机。

该切割机主要用于玻纤织物和热塑性预浸料的切割。除了服务于大学本身,该切割系统也出租给复合材料公司供他们的项目研究之用。

工业部件

位于Lelystad的Rotec复合材料集团成立于1989年,创始人是Jan Ros。该公司的主要业务是为复合材料和热塑性管道系统制造复合材料法兰和配件。该工业也为复合材料储罐、压力容器等生产喷嘴和检修孔。Rotec雇佣有大约10名员工,其中人负责生产。

该公司的主要生产工艺是树脂传递成型(RTM),采用的原料是聚酯、乙烯基酯或环氧树脂,以及各种形式的玻璃纤维增强材料。这些玻纤材料——不同的多轴向织物——采用格柏的自动化切割机进行精确切割,然后以预成型件的形式铺放到开式模具中。当模具关闭后,增强材料这不符合不破坏、连接器不脱落等不公道现象;明显层被液压机压在一起,从而形成高玻纤含量的高质量产品。然后树脂会被注射到闭合模具中。

Rotec公司致力于管道和其他工业设备用复合材料法兰和配件的生产。

Gerber XLc7000切割设备是专门用来切割宽度在两米以内的各种织物的,织物的压缩高度最高可为7.5厘米,平均裁割速度为8m/min(取决于具体的应用)。

其传送台会自动将平铺台的材料移走。据Rotec公司的Ros介绍,当他们开始生产RTM法兰时,存在许多问题,因为手工裁切增强材料的精确度比较差。这台机器具有良好的精确度和产量。它同时可以切割6层(5毫米厚)材料。

Rotec最近为其位于印度Rajkot的合资企业Rotec EPP复合材料公司购买了一台新的格柏切割机。该合资企业与Rotec荷兰的工厂拥有相同的生产设备。

自动化的优势

自动化在复合材料行业变得越来越重要,特别是在人力成本较高的国家。

自动化的切割系统可以用更少的人力切割更多的部件,它们比手工切割速度更快,更精确,也更一致。相关联的软件系统可以将设计储存起来已备将来使用,必要时还可以进行快速的修正。材料的浪费减至了最低,且裁切下来的材料片经过标记后还可用于今后的识别。正如上述例子所描述的,甚至小型的公司也可以使用切割系统满足他们的需求,并从提高的质量和更快的生产循环中获益。

更多信息:

Viking Schaatsenfabriek BV;

TU Delft;

Rotec Composite Group;

Gerber Technology; (end)

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