カリフォルニアを拠点とするメーカーACPTInc.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マシンを備えた革新的な半自動生産ラインを確立しました。#workinprogress#Automation
ACPTの炭素繊維複合ドライブシャフトは、さまざまな産業で使用されています。写真提供元、すべての画像：Roth Composite Machinery
長年にわたり、複合材料メーカーのAdvanced Composites Products＆Technology Inc.（Huntington Beach ACPT、カリフォルニア、米国）は、炭素繊維複合ドライブシャフト-炭素繊維複合材料またはフロントとリアパーツほとんどの車両の下のドライブシステム。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、および産業用途でも広く使用されています。長年にわたり、ACPTは炭素繊維複合ドライブシャフトの需要が着実に増加しています。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性を認識しました。これは、自動化の新しい革新につながり、最終的には新しい設備の確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高まっている理由は、カーボンファイバードライブシャフトは、金属製ドライブシャフトと比較して、トルク容量が高く、RPM能力が高く、信頼性が高く、軽量であるなど、独自の機能の組み合わせを備えているためです。強い衝撃で比較的無害な炭素繊維に分解し、騒音、振動、粗さ（NVH）を低減します。
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炭素繊維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、タイヤを滑らせたり道路から離したりすることなく、より多くのエンジンパワーをホイールに伝達できます。
ACPTは長年、カリフォルニアの工場でフィラメントワインディングを介して炭素繊維複合ドライブシャフトを製造してきました。必要なレベルまで拡大するためには、設備の規模を拡大し、生産設備を改善し、人間の技術者から自動化されたプロセスにできるだけ責任を移すことにより、プロセス制御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つ目の生産施設を建設し、より高いレベルの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、および産業業界の顧客と協力して、顧客のニーズに応じてドライブシャフトを設計します。
ACPTは、米国ウィスコンシン州スコーフィールドにこの新しい生産施設を設立し、新しい工場と生産設備の設計、建設、購入、設置の1.5年間のプロセスにおけるドライブシャフトの生産の中断を最小限に抑えました。このうち、10か月は建設に費やされます。自動フィラメントワインディングシステムの納入と設置。
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：フィラメントワインディング、樹脂含有量と湿潤制御、オーブン硬化（時間と温度の制御を含む）、マンドレルからの部品の取り外し、および各ステップのマンドレルプロセス間の処理。ただし、予算上の理由と、ACPTは、必要に応じて限られた数のR＆D実験を可能にするために、永続性の低いモバイルシステムを必要としているため、オプションとしてオーバーヘッドまたは床置き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後、最終的な解決策は2つの部分からなる生産システムでした。RothCompositeMachinery（Stephenburg、Germany）の複数のワインディングカートを備えたタイプ1、2軸自動フィラメントリール。さらに、それは固定自動システムではなく、Globe Machine Manufacturing Co.（タコマ、ワシントン、米国）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、2つのスピンドルが同時に部品を製造できるように設計された実証済みの自動化機能であると述べました。ACPT独自のドライブシャフトには複数の材料変更が必要なため、これは特に重要です。材料が変更されるたびに、自動的かつ手動で異なる繊維を切断、通し、再接続するために、ロスのロービングカットアンドアタッチ（RCA）機能により、巻取機は複数の製造カートを介して材料を自動的に変更できます。Roth樹脂浴と繊維延伸技術により、過飽和することなく正確な繊維と樹脂の濡れ率を確保できるため、樹脂を無駄にすることなく、従来のワインダーよりも速くワインダーを稼働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切り離します。
巻き取りシステム自体は自動化されていますが、以前は手動で行われていた各製造ステップ間のマンドレルの処理と移動の大部分が残っています。これには、裸のマンドレルを準備して巻き取り機に接続すること、傷のある部分を備えたマンドレルをオーブンに移動して硬化させること、硬化した部分を備えたマンドレルを動かすこと、およびマンドレルから部品を取り外すことが含まれる。解決策として、Globe Machine Manufacturing Co.は、トロリーに配置されたマンドレルに対応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を使用して、マンドレルをワインダーとエクストラクターの内外に移動できるように配置し、部品を樹脂で濡らしてオーブンで硬化させながら連続的に回転させます。
これらのマンドレルカートは、マンドレルを使用して、地上に取り付けられた2セットのコンベヤーアーム（1セットはコイラーにセットされ、もう1セットは統合抽出システムにセット）の助けを借りて、あるステーションから別のステーションに移動されます。各プロセスの残りの軸。カート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。
Roth2軸精密樹脂タンクアセンブリ。このシステムは、複合材料の2つのメインシャフト用に設計されており、専用の材料巻線車に輸送されます。
このマンドレル移送システムに加えて、Globe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抽出後、部品は正確な長さの切断機に移され、チューブの端を処理するための数値制御システムが続き、次にプレスフィッティングを使用して洗浄と接着剤の塗布が行われます。トルクテスト、品質保証、および製品追跡は、最終用途の顧客向けに梱包および出荷する前に完了します。
ACPTによると、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する機能です。この情報は、製品品質検査システムまたは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します。
Globeによって開発されたプロセス全体は、「半自動」と呼ばれます。これは、人間のオペレーターがボタンを押してプロセスシーケンスを開始し、カートをオーブンに手動で出し入れす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台のスピンドルと3台の独立した巻線車が含まれています。各巻線トロリーは、さまざまな複合材料の自動搬送用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。
新工場での最初の1年間の生産後、ACPTは、設備が労力と材料を節約し、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ました。同社は、将来の自動化プロジェクトで再びGlobeおよびRothと協力することを望んでいます。
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