Где встречаются искусство и наука плетения

В индустрии композитов существует несколько производственных процессов, которые на первый взгляд кажутся относительно простыми и легко выполняемыми. Плетение армирующих волокон, пожалуй, одна из них. Фактически, плетением занимается большое количество производителей. Действительно, приобрести и использовать плетенку для изготовления преформ, рукавов и / или тканей из углеродного или стекловолоконного волокна можно без огромных затрат денег и времени.

Однако в мире мало компаний, которые сделали плетение в центре внимания всех их внимания, опыта, инвестиций и стратегии. Меньшее количество по-прежнему пользуется репутацией компании A&P Technology Inc. (Цинциннати, Огайо, США) за техническое и художественное совершенство и обширный опыт работы практически со всеми армирующими волокнами, которые используются сегодня.

Что в названии?

A&P является производным от компании Atkins &Pearce Manufacturing Co., основанной в 1817 году для производства оборудования для обработки хлопка. В конце концов, Atkins &Pearce начала плести хлопок для различных конечных рынков. Так продолжалось до середины 19-го и до 20-го веков. В 1986 году, когда начала формироваться современная композитная промышленность, Atkins &Pearce увидела возможность применить свои ноу-хау в области плетения для производства композитов и создала A&P Technology как научно-исследовательское подразделение для оценки плетения технических волокон. В течение следующего десятилетия бизнес A&P Technology рос и в 1995 году стал полностью дочерней компанией Atkins &Pearce. В 1997 году компания сделала дополнительный шаг, выделив A&P Technology в качестве независимой компании. Сегодня он полностью принадлежит его президенту Эндрю Хэду.

Компания A&P Technology расположена в пяти зданиях в университетском городке, расположенном на восточной стороне столичного района Цинциннати. Посетителей приветствуют в Техническом центре площадью 1255 кв. М, здании рядом с главным входом в университетский городок. Здесь CW приветствовали Пэм Шнайдер, главный операционный директор, и Майк Брэйли, вице-президент по разработке приложений. для этого тура. Шнайдер ведет свои корни в A&P более 30 лет с момента основания компании. Брэйли пришел в A&P более 20 лет назад из GE Aviation (Эвендейл, Огайо, США), одного из давних клиентов A&P.

Сидя на верхнем этаже Технического центра, среди образцов деталей, взятых из контрактов на плетение A&P, а также унаследованных фотографий с первых дней работы Atkins &Pearce, Шнайдер объясняет, что успех A&P в первую очередь обусловлен ее способностью создавать индивидуальные решения для материалов, удовлетворяющие множеству требований. механические и физические требования. И это возможно, потому что оборудование для плетения A&P разрабатывается и изготавливается на собственном предприятии, а это означает, что компания тесно связана со своей технологией - от концепции до разработки и производства.

Брэйли утверждает, что плетение армирующих волокон предлагает набор возможностей материала, которых нет больше нигде в композитной промышленности. «По сути, - говорит он, - мы можем изменить архитектуру оптоволокна в соответствии с любыми конкретными размерами и любыми конкретными механическими требованиями».

Плетение 101

Понимание этого утверждения требует понимания самого плетения. На самом базовом уровне плетение - это система непрерывных, механически связанных волокон двух или трех ориентаций. Пряжа наматывается на цилиндрическую шпульку, и шпулька устанавливается на держателе. Затем несколько держателей прикрепляются к пластине плетения с помощью извилистой дорожки, которая направляет держатели. Пряжа протягивается от каждого носителя к плоскости формирования над дорожкой плетения. Плетельную машину можно ориентировать горизонтально или вертикально, а ее размер (количество держателей) определяет диаметр готовой плетеной детали.

Геометрия готовой оплетки зависит от формы и размера оправки, а также от конфигурации плетёной оплетки и используется для изготовления рукавов, 2D-преформ и плоских тканей. Во всех случаях хорошо выполненная оплетка обеспечивает сплошную, однородную и равномерно распределенную структуру волокон, что обеспечивает превосходную стойкость к ударам и распространению трещин на готовую композитную деталь.

Настройка архитектуры ткани, на которую ссылается Брэйли, стала возможной благодаря переменным, которые можно настроить для оплетки:количество типов волокон (углеродное, стеклянное, арамидное, натуральное, термопластическое или гибридное), архитектура (двухосная, трехосная, трехосная / двухосная или однонаправленный), количество носителей, угол наклона пряжи (фиксированный или изменяющийся), натяжение пряжи, скорость плетения и форма оправки.

По словам Шнайдера, A&P Technology использует оплеточные машины размером от 3 до 800 носителей с более чем 40 размерами между ними, производя ряд преформ и изделий из углеродного волокна, стекловолокна, арамидного волокна и других материалов. Плетеная машина с 800 носителями является самой большой в мире - более 13 м в диаметре. Линия оборудования A&P постоянно развивается, при этом часто добавляются машины новых размеров, чтобы удовлетворить особые требования клиентов. В 2016 году компания A&P произвела более 453,6 млн тонн плетеных изделий, при этом в ближайшие несколько лет ожидается ежегодный рост на 15-20%. По словам Шнайдера, крупнейшим конечным рынком для A&P является аэрокосмическая промышленность, но компания также производит плетеные изделия для автомобилей, отдыха и инфраструктуры.

Брэйли говорит, что своим успехом A&P во многом обязана своей способности хорошо плести косу и при этом помогать клиентам решать сложные проблемы. По его словам, чаще всего клиенты приходят в A&P с какой-либо металлической деталью, которая каким-то образом выходит из строя, а все другие решения терпят неудачу. «Мы очень долго этим занимались, - говорит он о плетении кос. «У нас есть оборудование, история, знания и опыт для разработки индивидуальных решений. На самом деле, - утверждает он, - некоторые из наших клиентов немного ошеломлены нашими индивидуальными возможностями ».

Первая остановка тура после выхода из демонстрационной зоны Технического центра - это внизу в лаборатории прототипов, где фактически и делается «технология». A&P не производит композитные детали для продажи, а вместо этого создает пространство для клиентов, чтобы ускорить их процессы прототипирования. Здесь, внизу, A&P создает прототип для заказчиков, а также производит инструменты для укладки и проводит гидравлические испытания на разрыв. Также в комплект входит большой стол для укладки, небольшой коммерчески доступный оплеточный аппарат, оборудование для неразрушающего контроля, морозильная камера для хранения препрега и проходная печь Wisconsin Oven (Восточный Трой, Висконсин, США).

Повсюду видно множество деталей, находящихся на разных стадиях производства и оценки. Среди них - корпус вентилятора реактивного двигателя следующего поколения, композитная передача для вертолетного проекта, инструмент для гондолы и несколько запатентованных продуктов, которые, как ни странно, не имеют ничего общего с композитами. Однако, по словам Брэли, они вполне уместны:«Мы созданы для реализации проектов с высоким риском и высокой отдачей. Мы всегда ищем возможности задействовать наши технологии ».

За закрытыми дверями

Отсюда тур продолжается за закрытыми дверями в зону CW . разрешено посещение с пониманием того, что все наблюдения, относящиеся к приложениям и оборудованию, будут оставаться конфиденциальными. Фактически, A&P, как правило, не разрешает экскурсии по заводу, чтобы защитить проприетарный характер разработок своих клиентов и своих новейших технологий. Фактически, полный тур прошел только астронавт США Нил Армстронг. CW Визит, редкое исключение, был организован для того, чтобы дать представителям отрасли возможность лучше понять широкие возможности A&P.

Следующая остановка - здание для долгосрочных контрактов, площадью 3250 м2 на северной окраине кампуса. Именно здесь мы обнаруживаем, что системы A&P работают, как следует из названия, над проектами плетения для многолетних проектов - тех, которые, по словам Брэйли, статичны и не могут измениться. Первый из них включает впечатляющий и сложный набор плетеных оплеток и оправок, из которых производятся заготовки из углеродного волокна для каркасов фюзеляжа, предназначенных для Boeing Co. (Чикаго, Иллинойс, США) 787-8 Dreamliner . A&P производит 290 кадров на самолет для Boeing, 161 из которых уникальны. За одну смену один Эти системы плетения / оправки A&P производят четыре преформы, из которых изготавливаются восемь рам, и система, которая делает это, управляется одной из самых сложных и высокотехнологичных программных программ, которые компания когда-либо разработала.

Затем Шнайдер и Брэйли обращают внимание на большую рабочую ячейку с работающей плетеной машиной для изготовления заготовок корпуса вентиляторов из углеродного волокна для двигателя GEnx GE Aviation. Эта преформа снимается с плетильной машины в виде цилиндра, который затем подается в антресоль над плетильной машиной, сплющивается и разрезается для создания двухслойной ткани, наматывается на катушку и затем отправляется на предприятие по производству реактивных двигателей GE Aviation в Бейтсвилле, штат Массачусетс. , США (см. «Тур по заводу:GE Aviation»). Брэйли говорит, что согласованность здесь имеет решающее значение, потому что корпус вентилятора спроектирован таким образом, чтобы не допускать «вылета лопастей», когда лопасть вентилятора отсоединяется во время работы (редкое явление) и оказывает влияние на корпус:«Каждый слой должен быть и остается одинаковым. ," он говорит. «С точки зрения воздействия, это очень стабильно». В дополнение к GEnx, A&P предоставляет преформы для корпусов вентиляторов с оплеткой для GE CF6-80C2, семейства двигателей HTF7000 от Honeywell Aerospace (Феоникс, Аризона, США) и для двигателя FJ44-4 Williams International (Торговый городок, Мичиган, США) <. / P>

Далее идет оплетка с 336 несущими элементами, из которой изготавливаются заготовки из углеродного волокна для двигателей LEAP 1B / 2B, а также GEnx. За этим следует сложная система плетения углеродных и арамидных волокон для изготовления преформ для лопаток статора двигателя Honeywell. Эта коса, CW говорит, что вмещает семь вариантов дизайна, но функционирует полностью без человеческого надзора.

Шнайдер и Брэйли выходят из здания LTC и направляются к зданию Core Products Building. Построенный всего 2 года назад, он является новейшим от A&P. Здесь 20 косичек разного размера (самая большая из них оснащена 400 держателями), несколько разных размеров, и большинство из них работают в любой момент времени. Постоянный щелчок вращающихся носителей делает его одним из самых шумных заведений на территории кампуса. Все новое оборудование, размещенное здесь, предназначено для высокоскоростного плетения рукавов для различных применений, включая изоляцию выбросов от автомобильных транспортных средств, конструкции крыльев самолетов, протезы, хоккейные клюшки и бейсбольные биты.

Следующая остановка - здание Fabrics Building, где A&P производит четыре готовых плетеной ткани:QISO, Bimax, ZERO и TX-45 для различных областей применения. QISO, существующая на рынке около пяти лет, представляет собой квазиизотропную ткань, предназначенную для композитного инструмента, ремонта инфраструктуры и автомобильных приложений. Комбинации материалов различаются в зависимости от области применения и включают углеродное волокно аэрокосмического и промышленного качества. Ткани бывают разных размеров и ширины.

Bimax - это стабилизированный под углом ± 45 ° материал, обычно используемый в хоккейных клюшках, больших антеннах для радиосигналов и автомобильных запчастях. Тип волокна здесь представляет собой гибрид углерода и стекла с добавлением термопластичных осей для стабилизации структуры ткани во время укладки. Bauer Hockey Corp. (Эксетер, штат Нью-Хэмпшир, США), как сообщает A&P, перешла с тканого углеродного волокна на Bimax для своих хоккейных клюшек и при этом сократила расход материалов на 7%.

ZERO, единственная нетканая ткань A&P, изначально была разработана для программы F-22. Этот нетканый однонаправленный материал практически не имеет складок и предлагается в различной плотности.

TX-45 - это новейшая ткань A&P, саржа ± 45 °, 193 г / м2, 2x2, которая поставляется на несущей бумаге, что обеспечивает простоту использования и стабильную ориентацию волокон. Брэйли говорит, что TX-45 был разработан A&P для заказчика из аэрокосмической отрасли, заинтересованного в замене препрега полотняного переплетения ± 45 °.

Также в здании Fabrics Building A&P производит плетеную преформу из термопласта для компании Expliseat (Париж, Франция) под торговой маркой TiSeat (Титановое сиденье). При весе всего 4 кг Expliseat называет это кресло самым легким в мире. В нем используются композитные преформы, изготовленные путем плетения термопластичных лент с узкими прорезями, которые, по словам Брэли, имеют тенденцию быть жестче, чем пряжа, и, следовательно, их труднее плести. TiSeat оборудуется для Airbus A320, что позволяет Airbus сэкономить около 2 090 кг на самолет по сравнению с конкурирующими материалами и продуктами.

Самым крупным строением в кампусе A&P является здание Business Development Building, площадью 7 430 м2, которое служит производственным центром для различных военных, промышленных и аэрокосмических проектов, особенно связанных с двигателями. Во время осмотра Брэйли указывает на разрабатываемые системы плетения для проставок проточного тракта двигателя GE, систему преформ двигателя GE9X, которая проходит квалификацию (GE9X будет работать на предстоящем Boeing 777X), слои корпуса GEnx, оплетку корпуса вентилятора для Williams. двигатель и преформа корпуса вентилятора двигателя Honeywell.

Здесь также находится комната автоматизации, в которой A&P оценивает робототехнику и аналогичные технологии, чтобы ускорить производство плетения. Сюда входит многоосевой робот, который помогает при загрузке оправки и разработке более совершенных методов переплетения. Также в стадии оценки находится программное обеспечение для динамического планирования с обратной связью по плетению в реальном времени и системами технического зрения, используемыми для контроля в процессе производства. «Мы чувствуем, что находимся в авангарде возможностей плетения, - отмечает Брэйли, - но всегда есть возможность улучшить, и мы должны этим управлять».

Собираюсь вперед

Вернувшись в Технический центр, CW встречается с Энди Хэдом, которого все называют технической и механической движущей силой A&P. Когда его попросили описать место A&P в цепочке поставок композитов, он перечислил четыре сильных стороны:сильное числовое управление, хороший цифровой дизайн, отличные внутренние механические возможности и гибкость, присущую самому процессу плетения.

Такое сочетание возможностей, по словам Хэда, позволило A&P занять уникальное положение в индустрии композитов:источник высокотехнологичных и продвинутых плетеных решений, которые трудно найти где-либо еще из-за высокого барьера для входа в плетение.

«Наша организация основана на взаимоисключающем интересе к успеху наших клиентов», - добавляет он. «Наша способность разрабатывать и производить оборудование собственными силами позволяет нам предлагать нашим клиентам оптимальные решения в короткие сроки. Такая гибкость дизайна ставит A&P в авангард технологии плетения, и мы очень серьезно к этому относимся ».

«По общему признанию, - говорит Хед, - наша позиция единственного источника уникальна, но у нас есть долгая история поддержки крупномасштабных программ, программ с требованиями, которые удовлетворяет только наше оборудование. Мы гордимся своей способностью не только соответствовать этим требованиям, но и превосходить ожидания наших клиентов в отношении качества и обслуживания ».

Оглядываясь назад на то, как далеко продвинулась компания A&P и на то, насколько сегодня сфокусирована отрасль композитных материалов, на скорости производства, времени цикла, автоматизации, управлении процессами и согласованности, Шнайдер видит, что компания A&P хорошо согласована с этими целями и готова удовлетворить потребности в преформовании в аэрокосмической отрасли. , автомобильный и промышленный секторы и не только. «Это были отличные 20 лет, - говорит она, - но мы еще не закончили».