Voith Materials
Cerințe pentru o tehnologie de producție a compozitelor din fibre Dr.-Ing. Lars Herbeck Braunschweig, 2009-09-30 Prezentare, 2007-08-xx
Ce întrebări vreau să discut în prelegerea mea 1. Cum vede producătorul de mașini Voith compozite din fibre 2. Ce evoluții putem vedea? 3. Cum ajungem de la o fabricație la o producție? 4. Care sunt factorii importanți care influențează producția? 5. Care sunt provocările pentru viitor? 2
Importanța relativă a diferitelor materiale pentru omenire Producția 2007 în milioane de tone Oțel
8 Sursa: Åström: Fabricarea compozitelor polimerice, Chapman & Hall, Londra 1997 3
Inginerie auto: Utilizarea materialelor în BMW Seria 7 Distribuția procentuală a metalelor
69% materiale plastice 19% sticlă ceramică,
2% Sursă: Rudolf Stauber, BMW 4
Creștere puternică a compozitelor în multe aplicații noi Cerere de fibre C în 1.000 tone de industrie 1 80 astăzi aerospațială/apărare 70 1.600 volum de piață Structuri CFRP 2009 2 Sport/agrement 60 Industrie: 5 miliarde arbori de golf 1% cotă fibră de carbon aerospațială/apărare: tenis 3 miliarde . rachete 50 Sport în/agrement: Mașini 2 miliarde 40 Offshore 30 Tren frontal 6 20 Factor 250 CAGR + 11,2% role de rezervor GNC CAGR + 11,7% 10 fibre C fibre C Cerere auto PC șasiu automobile 2009 Club de golf cu o rachetă mare de tenis A380 CFRP Utilizare în vehiculul A350 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 1 inclusiv infrastructură, eoliană, auto și offshore 2 Ipoteze pentru evaluarea pieței: industria prețurilor fibrelor: 30/kg, aviație: 50/kg, sport 35/kg; Ponderea costurilor fibrelor: 14% Surse: Toray, Raport de piață Industria fibrelor de carbon 5
Motive pentru utilizarea materialelor compozite din fibre în ingineria mecanică Reducerea masei și inerției componentelor Rigiditate reglabilă și astfel proprietăți de amortizare îmbunătățite Proprietăți mecanice îmbunătățite Rezistență la oboseală, rezistență la coroziune Expansiune termică redusă sau adaptată Libertate ridicată de proiectare și posibilitatea integrării funcționale Obiective Creșterea eficienței și performanței mașinilor și sistemelor prin utilizarea materialelor compozite din fibre ( Economisirea energiei, reducerea costurilor, îmbunătățirea proprietății) 6
Provocări ale materialelor compozite din fibre Cele mai mari obstacole în calea descoperirii CFRP în ingineria mecanică sunt în prezent - costurile materialelor - costurile procesului - precum și timpii excesivi de producție Furnizarea tehnicilor de producție automatizate pentru a putea fabrica componente compozite din fibre în număr mare la prețuri acceptabile Reciclare 7
Voith este deja activ în anumite nișe cu compozite de fibre VP Rolls VP lame medicale VT-AIR VT-Schaku VS VI Role compozite și învelitoare pentru mașini de hârtie Lame medicale realizate din compozite de carbon și aramidă Compozite CFRP Elice Acționări navale Tren frontal din compozite fibra de sticlă Lame rotor pentru servicii de inginerie energetică oceanică CeBeNetwork Hörmann 8
Exemplu de aplicare role CFRP role CFRP pentru mașini de hârtie,
90 role CFRP în mașini moderne de hârtie Lățime rolă: până la 16m diametru:
Exemplu de aplicație Rolele CFRP Avantajele rolelor CFRP: Vibrații mai mici Greutate redusă a rolei Slabă sau redusă alunecare între hârtie și suprafață Manevrabilitate îmbunătățită și viteză crescută a benzii Reducerea sarcinilor portante și încadrare Competențe Uzină existentă (din 2007) cu cea mai modernă instalație de producție pentru rolele din fibră de carbon din sectorul mașinilor de hârtie Aprox. 100 t fibre C prelucrate p.a. Furnizor de sistem cu o adâncime de producție de 100% Know-how de dezvoltare Proces stabilit și lanț de aprovizionare stabilit Program propriu de calcul complex 10
Tehnologii de fabricație a compozitelor de fibre Tehnologia de înfășurare Pultrusion/FP Instalarea automată a benzii/Presa de fibre FP Libertate de proiectare a scufundării Laminare manuală Prepreg, Infusion RTM Grad crescut de automatizare 11
Ce poate costa construcția ușoară Costuri suplimentare tolerabile pentru o reducere a greutății de 1 kg (ordine de mărime) Costuri suplimentare Cantitate// kg An Spațiu 5.000 10 0 Avioane mari 500 10 2 Automobile 5 10 4-10 6 12
Provocarea tehnologiei de producție a compozitelor din fibre Astăzi viitor Sursa imaginii: DLR-FA Sursa imaginii: CTC GmbH Numărul de unități crește de la 1 la 1000 componente/an la> 100 000 componente/an și sistem. Costurile procesului scad cu 90% per kg procesate Costurile materialelor scad cu 50% pe kg procesate 13
Exemple de abordări din fibre compozite în construcția de automobile Armare cadru lateral hibrid: BMW Hydrogen 7, arc acoperiș: Pilon B hibrid BMW M6 (oțel CFRP): Acoperiș Benteler-SGL: BMW M6, M3 monococ, MonoCell: Mașină VW de 1 litru, McLaren s MP4 -12C. Stâlp B hibrid (oțel CFRP): Sursă: cadru lateral Benteler-SGL întărit cu CFK, sursă: BMW McLaren s MP4-12C, MonoCell, sursă: McLaren 14
Specificația unui proces țintă auto adecvat Tehnologie RTM automatizată Materie primă M1: Preformare Producția piesei brute RTM M2: Consolidare M3: Demoldare Zona de inovare Tăierea semifabricatelor textile Formare, drapare, tundere, fixare Preformă de transfer Amestecarea rășinii, conexiuni, injecție RTM Zona de inovare întărire, răcire Transferați golul Formularul de transfer Demolați golul, curățați d. Inspecția formularului (NDI), aprobarea piesei brute, aprobarea formularului B1: Prelucrarea mecanică a forajului, frezării, tăierii, șlefuirii; Lipire, înșurubare, îmbinare, finisare și aprobare dacă este necesar B2: Prelucrarea suprafeței, acoperire, vopsire, Q1: Test și aprobare, asigurarea calității, inspecții/teste nedistructive, aprobarea produsului, dezvoltare tehnică, componenta 16
Dezvoltarea costurilor de producție (/ kg) pentru cantități mai mari de producție (exemplu generic) Cantitate: Greutate: 10 k 9kg 60/kg 100 k 9kg 37% Altele (inclusiv cercetare și dezvoltare, cheltuieli aeriene, clădiri, mașini) Personal 45% 18% 20/kg 28% 21 % 52% Material 10 k 100 k Presupuneri material: fibră C: 17,00/kg rășină: fibră de sticlă: 2,50/kg 6,70/kg 17
Dezvoltarea costurilor de producție (/ kg) pentru componente mai mari (exemplu generic) Greutate: 2 kg 9 kg 40/kg 34% 36% 20/kg 28% 21% Altele (inclusiv cercetare și dezvoltare, cheltuieli aeriene, clădiri, mașini) Material personal 30% 52% 100 k 100 k Material ipoteză: fibră de carbon: 17,00/kg rășină: 6,70/kg fibră de sticlă: 2,50/kg 18
Rezumat: Provocări ale tehnologiei de producție a compozitului cu fibre Producție slabă Procese optimizate pentru fluxul de materiale depozitare minimă fără deșeuri Producție controlată pe ciclu 100.000 de părți/an Rată de ciclu = 3,5 minute Lanțuri cu valoare adăugată scurtă Evitarea produselor semifabricate intermediare (de la deplasarea directă în componentă) Metode de construcție compatibile cu fibre Asamblări foarte integrate, de ex. B. Monococ 20