長期以來,位于美國加利福尼亞州的復合材料制造商Advanced Composites Products&Technology Inc.(ACPT)一直致力于開發和完善碳纖維復合材料傳動軸的設計,即通過使用碳纖維復合材料或金屬管連接大多數車輛下方傳動系統的前部和后部。
雖然這些多功能部件最初用于汽車領域,但它們目前也已廣泛用于船舶、商業、風能、國防、航空航天和工業應用等領域。多年來ACPT對碳纖維復合材料傳動軸的需求一直在穩定增長。隨著需求的持續增長,ACPT認識到需要以更高的生產效率來制造大量的傳動軸(每周數百個相同的軸)。

ACPT碳纖維復合材料傳動軸在許多領域獲得應用
碳纖維復合材料傳動軸需求增加的主要原因在于:碳纖維傳動軸與金屬同類傳動軸相比具有獨特的性能,例如更高的扭矩、更高的轉速、更好的可靠性、更輕的重量,以及由于傾斜角度安全性提高。在高沖擊下容易分解成相對無害的碳纖維,降低了噪音、振動和不平順性,從而提高了安全性。
此外,與傳統的鋼制傳動軸相比,汽車和卡車中的碳纖維傳動軸可將車輛的后輪馬力提高5%以上,這主要是由于復合材料的旋轉質量更輕。輕量化的碳纖維傳動軸吸收更多的沖擊,具有比鋼更高的扭矩能力,從而使更多的發動機動力可以傳遞到車輪上,而不會使輪胎打滑或脫離路面。
ACPT一直在加州工廠通過纖維細絲纏繞工藝生產碳纖維復合材料驅動軸。為了將規模擴大到所需的水平,將需要增加設備規模,改善生產設備并通過將職責盡可能地從人工技術人員轉移到自動化流程來簡化流程控制和質量檢查。為了實現這些目標,ACPT決定建立第二個生產設施,并為其配備更高水平的自動化功能。
ACPT在美國威斯康星州斯科菲爾德(Schofield)建立了新的生產設施,并對生產復合材料傳動軸的每個步驟進行了自動化評估:纖維纏繞、樹脂含量和濕度控制、烘箱固化(包括時間和溫度控制)、從芯軸中提取零件以及在每個步驟之間處理芯軸。
出于預算和獨特加工要求,ACPT公司在與多家供應商協商后,提出了最終的解決方案是一個兩部分生產系統:一個是兩軸自動纖維纏繞系統(Roth Composite Machinery公司生產),帶有多個纏繞機架;另一個是半自動心軸處理系統(Globe Machine Manufacturing Co.生產),而不是一個固定安裝的自動化系統。
Roth纖維纏繞系統的主要優點和要求之一是其成熟的自動化能力,該系統的設計允許兩個錠子同時生產零件,考慮到ACPT的專有傳動軸需要進行多種材料更換,這一點特別重要。
為了在每次換料時自動進行不同纖維切割、架線和重新連接,Roth的粗紗切割和連接功能使纏繞機能夠通過其多個制造機架自動換料。Roth樹脂浴和纖維張緊技術還能夠確保纖維與樹脂的精確潤濕比,而不會出現過飽和現象,從而使纏繞機運行更快,而不會產生多余的樹脂浪費。卷繞完成后,卷繞機自動將芯軸和零件從卷繞機上斷開。
卷繞系統本身是自動化的,但是在每個制造步驟之間仍然需要很大一部分的處理和移動芯軸,而每個制造步驟以前都是手動完成的。作為一種解決方案,Globe機械制造公司開發了一種工藝,涉及一系列手推車,旨在容納手推車上的心軸。手推車內的旋轉系統用于定位芯軸,以便進出卷取機和提取器,并在零件被樹脂浸濕和烘箱固化期間連續旋轉。
除了芯軸傳輸系統,Globe還提供了兩個固化爐。固化和抽芯后,零件被轉移到精密定長刀具上,然后被轉移到數控系統上加工管端,隨后用壓裝附件清潔和涂抹粘合劑。據ACPT介紹,該過程的一個重要方面是,它能夠跟蹤和記錄每個繞組組的數據,例如設備溫度,濕度水平,纖維張力,纖維速度和樹脂溫度。這些信息存儲在產品質量檢驗系統或生產跟蹤系統中,并可使操作員在必要時對生產條件進行調整。
Globe開發的整個過程被描述為“半自動化”,因為仍然需要人工操作人員按下按鈕啟動過程,并手動將手推車移入和移出烘箱。據悉Globe預計未來該系統的自動化程度將更高。