カリフォルニアに拠点を置くメーカー ACPT Inc. は、機械サプライヤーと協力して、自動フィラメントワインディング機を備えた革新的な半自動生産ラインを確立しました。 #作業中 #自動化
ACPT のカーボンファイバー複合ドライブシャフトは、さまざまな業界で使用されています。写真提供元、すべての画像: Roth Composite Machinery
複合材料メーカーである Advanced Composites Products & Technology Inc. (米国カリフォルニア州ハンティントンビーチ ACPT) は、カーボンファイバー複合ドライブシャフトとカーボンファイバー複合材料、またはドライブシャフトを接続する大型金属パイプの設計の開発と完成に長年取り組んできました。前部および後部 ほとんどの車両の駆動システム。これらの多機能コンポーネントは当初は自動車分野で使用されていましたが、海洋、商業、風力エネルギー、防衛、航空宇宙、産業用途でも広く使用されています。 ACPT では長年にわたり、カーボンファイバー複合ドライブシャフトの需要が着実に増加していることを確認してきました。需要が拡大し続ける中、ACPT は、より高い製造効率でより多くのドライブ シャフトを製造する必要があることを認識しました。これは、自動化における新たな革新につながり、最終的には新しい施設の設立につながりました。
ACPTによると、ドライブシャフトの需要が増加している理由は、カーボンファイバードライブシャフトが金属製ドライブシャフトと比較して、より高いトルク容量、より高いRPM能力、より優れた信頼性、軽量化などの機能を独自に組み合わせているためです。強い衝撃を受けると比較的無害な炭素繊維に分解し、騒音、振動、粗さ（NVH）を軽減します。
さらに、従来のスチール製ドライブ シャフトと比較して、自動車やトラックのカーボンファイバー製ドライブ シャフトは、主に複合材料の回転質量が軽いため、車両の後輪の馬力を 5% 以上増加させることができると報告されています。スチールと比較して、軽量のカーボンファイバードライブシャフトは、より多くの衝撃を吸収し、より高いトルク容量を持ち、タイヤが滑ったり道路から離れたりすることなく、より多くのエンジンパワーをホイールに伝えることができます。
ACPT は長年にわたり、カリフォルニア工場でフィラメントワインディングを通じてカーボンファイバー複合ドライブシャフトを生産してきました。必要なレベルまで拡大するには、施設の規模を拡大し、生産設備を改善し、人間の技術者から可能な限り自動化されたプロセスに責任を移すことで、工程管理と品質検査を簡素化する必要があります。これらの目標を達成するために、ACPT は 2 番目の生産施設を建設し、より高度な自動化を装備することを決定しました。
ACPT は、自動車、防衛、海洋、産業業界の顧客と協力して、ニーズに応じたドライブシャフトを設計します。
ACPTは、新しい工場と生産設備の設計、建設、購入、設置という1年半のプロセス中にドライブシャフト生産の中断を最小限に抑えるために、米国ウィスコンシン州スコフィールドにこの新しい生産施設を設立しました。そのうち10ヶ月は建設に当てられます。自動フィラメントワインディングシステムの配送と設置。
複合ドライブシャフト製造プロセスの各ステップは自動的に評価されます: フィラメント巻き付け、樹脂含有量と湿潤制御、オーブン硬化 (時間と温度制御を含む)、マンドレルからの部品の取り外し、マンドレルプロセスの各ステップ間の処理。しかし、予算上の理由と、必要に応じて限られた数の研究開発実験を可能にするため、ACPT は恒久的ではない移動式システムを必要としていたため、オプションとしてオーバーヘッドまたはフロアスタンディングのガントリー自動化システムを使用することを拒否しました。
複数のサプライヤーと交渉した結果、最終的なソリューションは 2 つの部分からなる生産システムでした。Roth Composite Machinery (ドイツ、シュテファンブルグ) の複数の巻取カートを備えたタイプ 1 の 2 軸自動フィラメント リール巻取システムです。さらに、これは固定された自動システムではなく、Globe Machine Manufacturing Co. (米国ワシントン州タコマ) によって設計された半自動スピンドル ハンドリング システムです。
ACPTは、Rothフィラメントワインディングシステムの主な利点と要件の1つは、実証済みの自動化機能であり、2つのスピンドルで同時に部品を生産できるように設計されていると述べた。 ACPT 独自のドライブ シャフトには複数の材料変更が必要であることを考えると、これは特に重要です。材料が変更されるたびに、自動的および手動でさまざまな繊維を切断、糸通し、再接続するために、Roth のロービング カット アンド アタッチ (RCA) 機能により、巻線機が複数の製造カートを通じて自動的に材料を変更できるようになります。 Roth 樹脂バスと繊維延伸技術により、過飽和になることなく繊維と樹脂の正確な湿潤比を確保できるため、樹脂を無駄にせずに従来のワインダーよりも高速にワインダーを動作させることができます。巻き取りが完了すると、巻き取り機は自動的にマンドレルと部品を巻き取り機から取り外します。
巻線システム自体は自動化されていますが、各製造ステップ間のマンドレルの処理と移動の大部分は依然として手作業で行われていました。これには、裸のマンドレルを準備して巻線機に接続すること、巻き付けた部品とともにマンドレルを硬化のためにオーブンに移動すること、硬化した部品とともにマンドレルを移動すること、およびマンドレルから部品を取り外すことが含まれます。解決策として、Globe Machine Manufacturing Co. は、トロリー上に配置されたマンドレルを収容するように設計された一連のトロリーを含むプロセスを開発しました。カート内の回転システムは、マンドレルをワインダーやエクストラクターに出入りできるように位置決めするために使用され、部品が樹脂で濡れてオーブンで硬化されている間、連続的に回転します。
これらのマンドレル カートは、地上に設置された 2 組のコンベア アーム (コイラーに 1 組、統合抽出システムに 1 組) の支援を受けて、あるステーションから別のステーションに移動します。カートは調整された方法で移動し、各プロセスへの残りの軸。カート上のカスタム チャックは、Roth マシンの自動チャックと連携して、スピンドルを自動的にクランプおよび解放します。
Roth製2軸精密樹脂タンクアッセンブリ。このシステムは複合材料の 2 つの主軸用に設計されており、専用の材料巻き取り車に輸送されます。
このマンドレル搬送システムに加えて、グローブでは 2 つの硬化オーブンも提供しています。硬化とマンドレルの引き抜き後、部品は正確な長さの切断機に移され、続いて数値制御システムでチューブ端を加工し、洗浄とプレスフィッティングを使用した接着剤の塗布が行われます。トルクテスト、品質保証、製品追跡は、最終用途の顧客向けに梱包して出荷する前に完了します。
ACPT によれば、このプロセスの重要な側面は、各巻線グループの施設温度、湿度レベル、繊維張力、繊維速度、樹脂温度などのデータを追跡および記録できることです。この情報は製品品質検査システムや生産追跡のために保存され、オペレーターが必要に応じて生産条件を調整できるようになります。
グローブ社が開発したプロセス全体は「半自動」と表現されています。これは、人間のオペレーターがボタンを押して一連のプロセスを開始し、手動でカートをオーブンに出入りさせる必要があるためです。 ACPT によると、Globe は将来的にシステムの高度な自動化を想定しています。
Roth システムには 2 つのスピンドルと 3 つの独立した巻線カーが含まれています。各巻き取りトロリーは、さまざまな複合材料を自動搬送できるように設計されています。複合材料は両方のスピンドルに同時に適用されます。
新工場での生産開始から1年が経過し、ACPTは、この装置が労働力と材料を節約し、一貫して高品質の製品を提供しながら生産目標を達成できることを実証することに成功したと報告した。同社は、将来の自動化プロジェクトで再びGlobeおよびRothと協力したいと考えている。
For more information, please contact ACPT President Ryan Clampitt (rclamptt@acpt.com), Roth Composite Machinery National Sales Manager Joseph Jansen (joej@roth-usa.com) or Advanced Composite Equipment Director Jim Martin at Globe Machine Manufacturing Co. (JimM@globemachine.com).
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投稿時間: 2021 年 8 月 7 日