Voith Матеріали
Вимоги до технології виробництва волоконного композиту Dr.-Ing. Ларс Гербек, Брауншвейг, презентація 30.09.2009, 2007-08-xx
Які питання я хочу обговорити у своїй лекції 1. Як виробник верстатів Voith бачить волокнисті композити 2. Які розробки ми можемо побачити? 3. Як ми переходимо від виробництва до виробництва? 4. Які найважливіші фактори впливу на виробництво? 5. Які виклики на майбутнє? 2
Відносне значення різних матеріалів для людства Виробництво 2007 р. У млн. Т сталі
8 Джерело: Åström: Виробництво полімерних композитів, Chapman & Hall, London 1997 3
Автомобільна техніка: Використання матеріалів у BMW 7 серії Процентний розподіл металів
69% пластмаси 19% керамічного скла,
2% Джерело: Рудольф Штаубер, BMW 4
Значне зростання композиційних матеріалів у багатьох нових сферах Попит на C-волокно в 1000 тонн промисловості 1 80 сьогодні аерокосмічна/оборонна 70 1600 обсяг ринку CFRP структури 2009 2 Спорт/відпочинок 60 Промисловість: 5 мільярдів валів для гольфу 1% частка вуглецевого волокна в аерокосмічній/оборонній галузі: теніс 3 мільярди ракетки 50 спорт/дозвілля: автомобілі 2 мільярди 40 офшорні 30 поїзд фронт-енд 6 20 коефіцієнт 250 CAGR + 11,2% циліндричні катки CNG CAGR + 11,7% 10 C-волокна C-волокна вимагають автомобільних шасі ПК автомобільні 2009 Гольф-клуб з великою тенісною ракеткою A380 CFRP Використання в транспортному засобі A350 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 1, включаючи інфраструктуру, вітер, автомобільну та офшорну зони 2 Припущення для оцінки ринку: галузь цін на волокно: 30/кг, авіація: 50/кг, спорт 35/кг; Частка витрат на волокна: 14% Джерела: Toray, Звіт про ринок Вуглеволокниста промисловість 5
Мотиви використання композитних волоконних матеріалів у машинобудуванні Зменшення маси та інерції компонентів Регульована жорсткість і, таким чином, покращені демпфіруючі властивості Покращені механічні властивості Втомна міцність, корозійна стійкість Низьке або пристосоване теплове розширення Висока конструктивна свобода та можливість функціональної інтеграції Цілі Підвищення ефективності та продуктивності машин та систем завдяки використанню волокнистих композиційних матеріалів ( Енергозбереження, зниження витрат, поліпшення власності) 6
Виклики волокнистих композиційних матеріалів Найбільшими перешкодами для прориву CFRP в машинобудуванні в даний час є - матеріальні витрати - витрати на процес - а також надмірні терміни виробництва Забезпечення автоматизованих технологій виробництва, щоб мати змогу виготовляти волокнисті композиційні компоненти у великій кількості за прийнятними цінами Переробка 7
Voith вже активний у деяких нішах з волокнистими композитами VP Rolls VP докторські лопаті VT-AIR VT-Schaku VS VI Композитні рулони та покриття для паперових машин Докторські лопаті з вуглецевих та арамідних композитів CFRP композити Пропелери Корабельні приводи Поїзд передній із скловолокнистих композитів Вали та турбіни Лопаті ротора для Ocean Energy Engineering Services CeBeNetwork Hörmann 8
Приклад застосування ролики CFRP ролики CFRP для паперових машин,
90 рулонів CFRP в сучасних паперових машинах Ширина рулону: до 16 м в діаметрі:
Приклад застосування Ролики CFRP Переваги роликів CFRP: Низькі вібрації Зменшена вага ролика Невелике або відсутність ковзання між папером і поверхнею Покращена обробка та збільшена швидкість полотна Зменшення несучих навантажень та обрамлення Компетенції Існуючий завод (з 2007 р.) Із найсучаснішим виробництвом роликів з вуглецевого волокна в секторі папероробних машин Приблизно 100 t Процеси з C-волокном на рік Постачальник системи зі 100% глибиною виробництва Ноу-хау Розроблений процес та усталений ланцюг поставок Власна складна програма розрахунку 10
Технології виготовлення волокнистих композитів Пултрузійна технологія намотування/FP Автоматичне укладання стрічки/FP волоконний прес Поглинання конструкції свобода Ручне ламінування Prepreg, Infusion RTM Зростаючий ступінь автоматизації 11
Скільки коштує полегшена конструкція Допустимі додаткові витрати на зменшення ваги на 1 кг (на порядок) Додаткові витрати Кількість// кг рік космічних подорожей 5000 10 0 великі літаки 500 10 2 автомобіль 5 10 4-10 6 12
Проблема технології виробництва волоконних композитів Сьогодні майбутнє Джерело зображення: DLR-FA Джерело зображення: CTC GmbH Кількість одиниць збільшується з 1-1000 компонентів на рік до> 100000 компонентів на рік і в системі. Витрати на процес падають на 90% за кг переробленого матеріалу 13
Приклади підходів з волоконного композиту в автомобільному будівництві Гібридне посилення бокової рами: BMW Hydrogen 7, борт даху: Гібридний B-стовп BMW M6 (сталь CFRP): Benteler-SGL дах: BMW M6, M3 monocoque, MonoCell: 1-літровий автомобіль VW, McLaren s MP4 -12C. Гібридний стовп B (сталь CFRP): Джерело: бічна рама, посилена CFK Benteler, Джерело: BMW McLaren s MP4-12C, MonoCell, Джерело: McLaren 14
Специфікація підходящого автомобільного цільового процесу Автоматизована технологія RTM Сировина M1: Підготовка виробництва сировинної частини RTM M2: Консолідація M3: Демолдинг Область інновацій Різання текстильних напівфабрикатів Формування, драпірування, обрізка, фіксація Трансформація заготовки Змішування смоли, з'єднання, ін'єкція RTM Інноваційна зона затвердіння, охолодження Бланк для передачі Бланк для передачі Демонтаж заготовки, очищення Перевірка форми (NDI), затвердження вихідної частини, затвердження форми B1: механічна обробка, свердління, фрезерування, пиляння, шліфування; Приклеювання, кріплення болтами, з’єднання, обробка та затвердження, якщо це необхідно B2: Обробка поверхні, нанесення покриттів, фарбування, Q1: Випробування та затвердження, забезпечення якості, неруйнівний контроль/випробування, затвердження виробу, подальший технічний розвиток, компонент 16
Розвиток виробничих витрат (/ кг) для більших обсягів виробництва (загальний приклад) Кількість: Вага: 10 к 9 кг 60/кг 100 к 9 кг 37% Інше (включаючи НДДКР, накладні роботи, будівлі, машини) Персонал 45% 18% 20/кг 28% 21 % 52% Матеріал 10 k 100 k Припущення Матеріал: C-волокно: 17,00/кг смола: скловолокно: 2,50/kg 6,70/kg 17
Розвиток виробничих витрат (/ кг) для більших компонентів (загальний приклад) Вага: 2 кг 9 кг 40/кг 34% 36% 20/кг 28% 21% Інше (включаючи НДДКР, накладні роботи, будівлі, машини) Матеріал персоналу 30% 52% 100 k 100 k Припущення матеріал: вуглецеве волокно: 17,00/кг смоли: 6,70/кг скловолокно: 2,50/кг 18
Короткий зміст: Виклики технології виробництва композитних волокон Бережливе виробництво Процеси, оптимізовані для мінімального потоку матеріалів, відсутність відходів Циклічне виробництво 100 000 деталей/рік Швидкість циклу = 3,5 хвилини Короткі ланцюги з доданою вартістю Уникнення проміжних напівфабрикатів (від ровінгу безпосередньо до компонента) Сумісні з волокнами композиційні методи Високо інтегровані вузли, наприклад Б. Монокок 20