Углепластик превосходит сталь в прецизионных шаровых шарнирах

Как отмечено в CW В специальной статье о реконфигурируемой оснастке, фирма по проектированию модульных приспособлений / поставщик компонентов Prodtex (Гётеборг, Швеция и Бристоль, Великобритания) не только меняет способ сборки больших композитных конструкций, но также использует композиты для изготовления самих приспособлений. В приспособлениях, которые должны подниматься и устанавливаться людьми и / или которыми манипулируют роботы, уменьшенная масса и высокая жесткость приводят к меньшему количеству рабочей силы / меньшим размерам роботов, увеличению скорости производства и, как следствие, снижению стоимости. Для достижения этих целей Prodtex в настоящее время работает над своим первым полностью композитным позиционирующим роботом Hexapod с использованием шаровых шарниров на основе армированного углеродным волокном пластика (CFRP), производимого Corebon AB (Мальме, Швеция).

«Первоначальная идея заключалась в том, чтобы изменить конструкцию металлических шаровых шарниров, чтобы у них было меньше люфта», - вспоминает генеральный директор Corebon Тобиас Бьёрнхов. Он объясняет, что шаровые шарниры и подшипники компании, в которых используются корпуса из углепластика, имеют практически нулевой люфт, что означает отсутствие зазора или люфта между деталями, «поэтому соединение становится жестким до того, как вы приложите к нему нагрузку». Обычно «если вы измените направление силы в опоре, она может сдвинуться», - отмечает он, но заявляет:«Наши конструкции не двигаются, потому что они предварительно нагружены и очень жесткие».

Компания Corebon начала с усиления металлических корпусов шаровых шарниров с помощью углепластика, которые также предварительно нагружались путем запрессовки корпуса из углепластика на металлический шарик (чему способствовала разница в коэффициенте теплового расширения). «Они были хорошими, - говорит Бьёрнхов, - но дорогими в изготовлении». Поэтому компания Corebon разработала корпус шаровой опоры, полностью изготовленный из углепластика, заменив несколько прецизионных металлических деталей, которые должны быть идеально собраны вокруг шара, с помощью одной формованной детали из углепластика. Формовка и предварительная нагрузка двухэлементной сборки (шар остается металлическим) выполняется за один этап с использованием запатентованной технологии.

Corebon также производит подшипники скольжения и другие кинематические пары, то есть два соединенных объекта, которые накладывают ограничения на их относительное движение, например, поршень в цилиндре, шаровые шарниры и подшипники, а также детали для роботов, такие как купола из углепластика, изображенные наверху. правильно. Бьёрнхов объясняет, что этот купол представляет собой роботизированное запястье рабочего органа, «к которому вы можете прикрепить двигатель / шпиндель для обрабатывающего инструмента или лентоукладочной головки и т. Д.» Он отмечает, что будущие итерации этих куполов могут также использоваться в качестве узлов в больших, но легких «паучьих» приспособлениях для сборки, например, произведенных TETRAFIX AB (Kungälv, Швеция) и Prodtex ’Lightweight Structures. «Наши первые приложения были в роботах, где требовалась высокая точность. Уменьшая вес рабочих органов, мы увеличиваем точность и скорость ». Насколько потеря веса? «С 27 до 5,5 кг для конструкции запястья робота / держателя инструмента», - говорит Бьёрнхов.

Хотя купол из углепластика заполнен структурной пеной из полиметакрилимида ROHACELL от Evonik Corporation (Дармштадт, Германия), Corebon также приобретает высокую удельную прочность и жесткость за счет максимального увеличения содержания волокна. «Мы достигаем очень большого объема волокна - до 80% - что близко к теоретическому максимуму», - отмечает Бьёрнхов. Это не только поразительно, но и имеет интригующие последствия. «Волокна действительно соприкасаются, - объясняет он, - поэтому мы получаем высокую теплопроводность и электрическую проводимость не только в плоскости, но и в z-направлении».

Производственный процесс, который позволяет это сделать, теперь защищен множеством патентов, был основан на усилиях по улучшению литьевого формования смолы (RTM) и контролю впрыска смолы и нагревания. «Мы впрыскиваем смолу не только для RTM-обработки, но и для компрессионного формования и намотки нити», - отмечает Бьёрнхов. «Все дело в том, что мы нагреваем внутри «Мы контролируем тепло объемно», - отмечает он, добавляя:«Это не связано с каким-либо конкретным типом матрицы».

Ключевым моментом здесь является технология индукционного нагрева. Но Бьёрнхов объясняет, что Corebon отличается от других производителей композитов на основе индукционного нагрева «как индукторами, которые мы используем, так и тем, как мы контролируем электромагнитное поле». Получающийся в результате мгновенный и равномерный трехмерный нагрев может применяться практически к любому процессу углепластика, включая отверждение препрега и пултрузию. Сообщается, что он предлагает время цикла в 10 раз быстрее, чем традиционные процессы производства композитов, снижает затраты на электроэнергию на 95% и использует формы, которые в 20 раз легче стали. Corebon лицензирует технологию и уже имеет партнерские отношения с японскими компаниями, включая Sumitomo Corp. (Токио, Япония).

«Сейчас мы изучаем другие области применения, такие как автомобильные подвески и компоненты самолетов, для которых требуются кинематические пары с высокой точностью и жесткостью», - говорит Бьёрнхов. Corebon также готовится к промышленному масштабу, необходимому в этих отраслях, с несколькими проектами в стадии реализации, чтобы продемонстрировать свою способность производить в больших объемах