【塑料機(jī)械網(wǎng) 科技創(chuàng)新】隨著全球市場空中貨運(yùn)需求的增加,把不再提供最新舒適設(shè)施的老舊飛機(jī)改造成貨機(jī),漸漸地成為一種常見的永久性解決方案。近日,美國NIAR與克勞斯瑪菲合作,通過采用FiberForm工藝,實現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)、更輕量化、更高效的飛機(jī)窗口板生產(chǎn)。
美國NIAR是一家將現(xiàn)代復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用于空中交通領(lǐng)域的前沿研究機(jī)構(gòu),特別是在將客運(yùn)飛機(jī)轉(zhuǎn)型為貨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)上。克勞斯瑪菲則憑借其在汽車制造領(lǐng)域積累的豐富經(jīng)驗,為空中交通領(lǐng)域注入了新的動力。克勞斯瑪菲GX 450注塑機(jī)集成FiberForm工藝(熱成型技術(shù)和注塑成型完美結(jié)合工藝),助力NIAR超高速生產(chǎn)飛機(jī)窗口板。這一合作標(biāo)志著兩個行業(yè)在技術(shù)和制造理念上的完美融合,共同促進(jìn)空中交通領(lǐng)域制造的新發(fā)展。
在客運(yùn)飛機(jī)轉(zhuǎn)換為貨運(yùn)飛機(jī)的眾多任務(wù)中,一項關(guān)鍵的變更是將亞克力窗口板替換為金屬材質(zhì)以便于維護(hù)工作。然而,這一傳統(tǒng)的金屬替代方案不僅成本高昂,而且耗時。現(xiàn)在,纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料提供了一個成本效益更高的解決方案,它在保持相同穩(wěn)定性的同時,能夠?qū)崿F(xiàn)更低的成本、更輕的重量和更短的加工時間。
位于美國堪薩斯州威奇托州立大學(xué)的NIAR及其高級技術(shù)實驗室ATLAS正致力于解決該領(lǐng)域的一系列挑戰(zhàn)。通過與克勞斯瑪菲的合作,NIAR在塑料成型技術(shù)方面獲得了寶貴的專業(yè)知識支持,進(jìn)一步推動了其在空中交通制造領(lǐng)域的創(chuàng)新和發(fā)展。
FiberForm,是將一種已完全固化的纖維增強(qiáng)熱塑性片材(稱為有機(jī)板)插入
模具中,合模熱壓成型后采用熱塑性基體進(jìn)行二次成型的工藝。對于飛機(jī)窗口板的生產(chǎn),這一過程是在配備旋轉(zhuǎn)平板的克勞斯瑪菲GXW 450-2000/1400設(shè)備上完成的。為了深入開發(fā)適用于空中交通領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)且可持續(xù)的制造技術(shù),Dr. Waruna Seneviratne領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊正與克勞斯瑪菲緊密合作,共同推進(jìn)這一目標(biāo)。
通過大量工藝模擬,對零件和工具設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化,NIAR和克勞斯瑪菲合作團(tuán)隊開發(fā)了一套制造工藝,以確保所生產(chǎn)的零件能夠滿足嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范。并通過在制造過程的各個階段進(jìn)行細(xì)致的檢查和驗證,這些工藝模擬不僅確保了當(dāng)前產(chǎn)品的性能,也為這些工具在未來開發(fā)中的重復(fù)使用奠定了基礎(chǔ)。
窗口板的設(shè)計保留了原始飛機(jī)窗口的橢圓形狀,并進(jìn)行了針對性的設(shè)計改進(jìn),如增加筋位結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)其承壓能力。為了滿足機(jī)械性能的高標(biāo)準(zhǔn),團(tuán)隊選用了高性能塑料LM-
PAEK,并結(jié)合AS4碳纖維進(jìn)行增強(qiáng),形成16絲聚酯有機(jī)板,同時用含30%短切纖維的PEEK材料進(jìn)行模內(nèi)筋位注塑,進(jìn)一步提升產(chǎn)品的耐用性和可靠性。
因PEEK材料熔點更高,在流動前沿與有機(jī)板接觸時,兩種材料可以實現(xiàn)最佳的融合效果。
經(jīng)過測試驗證,全自動化生產(chǎn)的最佳二次成型工藝順序:首先,將平坦的有機(jī)板在紅外(IR)爐中加熱;隨后,將其插入模具的第一站進(jìn)行熱壓成型。然后開模,旋轉(zhuǎn)單元將成型后的毛胚轉(zhuǎn)移到第二腔室,進(jìn)行模內(nèi)二次注塑。與此同時,新的有機(jī)板在前置站點插入,為下一輪的熱成型作業(yè)做好準(zhǔn)備,確保了生產(chǎn)流程的連續(xù)性和效率。
快速注塑成型相較于金屬加工以及反應(yīng)成型工藝,成型周期時間短,使用FiberForm工藝每小時可以生產(chǎn)多達(dá)40個復(fù)合窗口件。
FiberForm工藝所使用的熱塑性塑料不僅具備焊接性,還擁有高沖擊強(qiáng)度,且能夠承受高溫、化學(xué)腐蝕和環(huán)境影響,同時具備阻燃特性,展現(xiàn)了其在空中交通領(lǐng)域制造中的廣泛應(yīng)用潛力。
采用FiberForm工藝制造的復(fù)合材料窗口板,與金屬制窗口(590克)相比,重量減輕了約20%。開發(fā)團(tuán)隊正不斷優(yōu)化設(shè)計,目標(biāo)是使產(chǎn)品重量比金屬版本輕約40%,實現(xiàn)顯著的輕量化制造。
在空中交通等安全至關(guān)重要的應(yīng)用領(lǐng)域,生產(chǎn)過程的可追溯性是至關(guān)重要的。克勞斯瑪菲dataXplorer提供了一個卓越的解決方案,能夠每20毫秒記錄并存儲超過500個信號,確保了制造過程的透明性和可追蹤性。
下一步,NIAR計劃對窗口板進(jìn)行深入的功能測試,確保滿足包括耐久性在內(nèi)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),為批量生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。這一合作成功實現(xiàn)了雙方共贏:NIAR成功將汽車制造技術(shù)引入空中交通領(lǐng)域,而克勞斯瑪菲則在該領(lǐng)域的經(jīng)驗得到了進(jìn)一步的豐富和擴(kuò)展。
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