Le fabricant californien ACPT Inc. a travaillé avec le fournisseur de machines pour établir une ligne de production semi-automatique innovante équipée d'une machine automatique d'enroulement de filaments. #workinprogress #Automation
Les arbres de transmission composites en fibre de carbone d'ACPT sont utilisés dans de nombreuses industries. Source photo, toutes les images : Roth Composite Machinery
Depuis de nombreuses années, le fabricant de matériaux composites Advanced Composites Products & Technology Inc. (Huntington Beach ACPT, Californie, États-Unis) s'est engagé à développer et à perfectionner la conception de son arbre d'entraînement composite en fibre de carbone-matériau composite en fibre de carbone ou de son gros tuyau métallique reliant le parties avant et arrière Le système d'entraînement sous la plupart des véhicules. Bien qu'initialement utilisés dans le domaine automobile, ces composants multifonctionnels sont également largement utilisés dans les applications marines, commerciales, éoliennes, de défense, aérospatiales et industrielles. Au fil des années, ACPT a constaté une augmentation constante de la demande d'arbres de transmission en composite de fibre de carbone. Alors que la demande continuait de croître, l'ACPT a reconnu la nécessité de fabriquer un plus grand nombre d'arbres de transmission avec des efficacités de fabrication plus élevées (des centaines d'arbres identiques chaque semaine), ce qui a conduit à de nouvelles innovations en matière d'automatisation et, finalement, à la création de nouvelles installations.
Selon l'ACPT, la raison de la demande accrue d'arbres de transmission est que les arbres de transmission en fibre de carbone ont une combinaison unique de fonctions par rapport aux arbres de transmission en métal, telles qu'une capacité de couple plus élevée, des capacités de régime plus élevées, une meilleure fiabilité, un poids plus léger et ont tendance à pour se décomposer en fibre de carbone relativement inoffensive sous un impact élevé et réduire le bruit, les vibrations et la rugosité (NVH).
De plus, par rapport aux arbres de transmission traditionnels en acier, il a été rapporté que les arbres de transmission en fibre de carbone dans les voitures et les camions peuvent augmenter la puissance des roues arrière des véhicules de plus de 5 %, principalement en raison de la masse rotative plus légère des matériaux composites. Comparé à l'acier, l'arbre de transmission léger en fibre de carbone peut absorber plus d'impact et avoir une capacité de couple plus élevée, ce qui peut transmettre plus de puissance moteur aux roues sans faire glisser les pneus ou se séparer de la route.
Depuis de nombreuses années, ACPT produit des arbres de transmission en composite de fibre de carbone par enroulement filamentaire dans son usine californienne. Afin d'atteindre le niveau requis, il est nécessaire d'augmenter la taille des installations, d'améliorer les équipements de production et de simplifier le contrôle des processus et l'inspection de la qualité en déplaçant autant que possible les responsabilités des techniciens humains vers les processus automatisés. Afin d'atteindre ces objectifs, l'ACPT a décidé de construire une deuxième usine de production et de l'équiper d'un niveau d'automatisation plus élevé.
ACPT travaille avec des clients des secteurs de l'automobile, de la défense, de la marine et de l'industrie pour concevoir des arbres de transmission en fonction de leurs besoins.
ACPT a établi cette nouvelle usine de production à Schofield, Wisconsin, États-Unis, pour minimiser l'interruption de la production d'arbres de transmission au cours du processus d'un an et demi de conception, de construction, d'achat et d'installation de nouvelles usines et équipements de production, dont 10 mois sont consacrés à la construction, livraison et installation de systèmes automatiques d'enroulement filamentaire.
Chaque étape du processus de production de l'arbre d'entraînement composite est automatiquement évaluée : enroulement filamentaire, contrôle de la teneur en résine et du mouillage, durcissement au four (y compris le contrôle du temps et de la température), retrait des pièces du mandrin et traitement entre chaque étape du processus de mandrin. Cependant, pour des raisons budgétaires et le besoin de l'ACPT de disposer d'un système mobile moins permanent pour permettre un nombre limité d'expériences de R&D si nécessaire, l'ACPT a refusé d'utiliser des systèmes d'automatisation à portique suspendus ou au sol en option.
Après avoir négocié avec plusieurs fournisseurs, la solution finale était un système de production en deux parties : une bobine de filament automatique de type 1 à deux axes avec plusieurs chariots d'enroulement de Roth Composite Machinery (Stephenburg, Allemagne) ; De plus, il ne s'agit pas d'un système automatisé fixe, mais d'un système de manipulation de broches semi-automatique conçu par Globe Machine Manufacturing Co. (Tacoma, Washington, USA).
L'ACPT a déclaré que l'un des principaux avantages et exigences du système d'enroulement filamentaire Roth est sa capacité d'automatisation éprouvée, conçue pour permettre à deux broches de produire des pièces en même temps. Ceci est particulièrement important étant donné que l'arbre d'entraînement exclusif d'ACPT nécessite de multiples changements de matériaux. Afin de couper, enfiler et reconnecter automatiquement et manuellement différentes fibres à chaque changement de matériau, la fonction Roving Cut and Attach (RCA) de Roth permet à la bobineuse de changer automatiquement de matériau via ses multiples chariots de fabrication. Le bain de résine Roth et la technologie de tréfilage peuvent également garantir un rapport de mouillage fibre/résine précis sans sursaturation, permettant à l'enrouleur de fonctionner plus rapidement que les enrouleurs traditionnels sans gaspiller trop de résine. Une fois le bobinage terminé, la bobineuse déconnectera automatiquement le mandrin et les pièces de la bobineuse.
Le système de bobinage lui-même est automatisé, mais laisse encore entre chaque étape de fabrication une grande partie du traitement et du déplacement du mandrin, qui était auparavant effectué manuellement. Cela comprend la préparation des mandrins nus et leur connexion à la bobineuse, le déplacement du mandrin avec les pièces enroulées vers le four pour le durcissement, le déplacement du mandrin avec les pièces durcies et le retrait des pièces du mandrin. En guise de solution, Globe Machine Manufacturing Co. a développé un processus impliquant une série de chariots conçus pour accueillir le mandrin situé sur le chariot. Le système de rotation du chariot est utilisé pour positionner le mandrin de manière à ce qu'il puisse être déplacé dans et hors de l'enrouleur et de l'extracteur, et tourner en continu pendant que les pièces sont mouillées par la résine et durcies au four.
Ces chariots à mandrins sont déplacés d'une station à l'autre, assistés par deux ensembles de bras de transport montés au sol — l'un sur la bobineuse et l'autre sur le système d'extraction intégré — avec le mandrin. Le chariot se déplace de manière coordonnée et prend l'axe de repos à chaque processus. Le mandrin personnalisé sur le chariot serre et libère automatiquement la broche, en coordination avec le mandrin automatique de la machine Roth.
Ensemble réservoir de résine de précision Roth à deux axes. Le système est conçu pour deux arbres principaux en matériaux composites et transporté vers un wagon d'enroulement de matériaux dédié.
En plus de ce système de transfert de mandrin, Globe propose également deux fours de polymérisation. Après durcissement et extraction du mandrin, les pièces sont transférées vers une machine de découpe de longueur précise, suivie d'un système de commande numérique pour le traitement des extrémités des tubes, puis d'un nettoyage et d'une application d'adhésif à l'aide de raccords à sertir. Les tests de couple, l'assurance qualité et le suivi des produits sont effectués avant l'emballage et l'expédition pour les clients finaux.
Selon l'ACPT, un aspect important du processus est sa capacité à suivre et à enregistrer des données telles que la température de l'installation, le niveau d'humidité, la tension des fibres, la vitesse des fibres et la température de la résine pour chaque groupe d'enroulement. Ces informations sont stockées pour les systèmes d'inspection de la qualité des produits ou de suivi de la production, et permettent aux opérateurs d'ajuster les conditions de production si nécessaire.
L'ensemble du processus développé par Globe est décrit comme « semi-automatisé » car un opérateur humain doit toujours appuyer sur un bouton pour lancer la séquence de processus et déplacer manuellement le chariot dans et hors du four. Selon l'ACPT, Globe envisage un degré plus élevé d'automatisation du système à l'avenir.
Le système Roth comprend deux broches et trois chariots de bobinage indépendants. Chaque chariot de bobinage est conçu pour le convoyage automatique de différents matériaux composites. Le matériau composite est appliqué simultanément sur les deux broches.
Après la première année de production dans la nouvelle usine, l'ACPT a indiqué que l'équipement avait démontré avec succès qu'il pouvait atteindre ses objectifs de production tout en économisant de la main d'œuvre et des matériaux et en fournissant des produits de haute qualité constante. L'entreprise espère coopérer à nouveau avec Globe et Roth dans de futurs projets d'automatisation.
For more information, please contact ACPT President Ryan Clampitt (rclamptt@acpt.com), Roth Composite Machinery National Sales Manager Joseph Jansen (joej@roth-usa.com) or Advanced Composite Equipment Director Jim Martin at Globe Machine Manufacturing Co. (JimM@globemachine.com).
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Heure de publication : 07 août 2021