K 2019:ENGEL organomelt进入新维度

超高效地生产拥有目标载荷分布的热塑性复合材料

作者:本刊编译 文章来源:PT塑料网 发布时间:2019-07-10
ENGEL将在K 2019中采用organomelt工艺生产一种反映车门模块最新创新的示范部件,该工艺首先对采用热塑性基体材料的纤维增强预浸料如有机板材和带材进行加热,然后将其放入模具中成型,接着采用热塑性塑料对其进行二次成型。

2019年10月16~23日,在K 2019展会中,ENGEL奥地利公司(展位:15C58)将展示热塑性轻量化复合材料大批量生产的新的重大进展。该注塑机制造商及系统解决方案提供商将在于德国杜塞尔多夫举行的这一展会中采用organomelt工艺生产一种反映车门模块最新创新的示范部件。ENGEL将展示的生产单元是世界上第一个采用红外线加热并成形3个不同厚度的有机板,以及在同一注塑加工阶段成型出高质量可见表面的系统。该系统将配备3台同时运行的ENGEL easix关节机器人,这是这项展出的另一首次亮相的特色。


该生产单元是世界上第一个采用红外辐射加热和成形3个不同厚度的有机板,以及在同一注塑加工阶段成型出高质量可见表面的系统(图片来自ENGEL

“热塑性复合材料在汽车行业的轻量化应用方面正变得日益重要。”ENGEL轻量化复合材料技术中心负责人Norbert Müller博士表示。这主要有两个原因:首先,一致的热塑性方法使得有效地整合纤维增强预浸料的成型和功能成为可能,由此可以降低单位成本;其次,单纯使用热塑性聚合物更便于制定回收策略。“在使用寿命结束时,让复合材料部件回归到材料循环中,这是电动汽车行业持续发展的首要任务之一。”Müller 表示,“热塑性塑料的解决方案现在正成为一种越来越频繁的方法,甚至在飞机制造中。”

ENGEL用organomelt工艺来响应可持续交通的发展需求。在organomelt工艺中,首先对采用热塑性基体材料的纤维增强预浸料如有机板材和带材进行加热,然后将其放入模具中成型,接着采用热塑性塑料对其进行二次成型。这项成熟工艺已被用于大批量生产中,能够完全自动化地生产诸如前端托架之类的产品。

随着这项工艺的进一步发展,ENGEL正在为生产“设计出拥有目标载荷分布的复合材料部件”而与其客户和合作伙伴展开合作。“未来,将为每个部件组合使用几种不同的预浸料,以根据相关部件的形状以及部件内部各区域的不同应力来订制轻量化的结构特征。”Müller解释道,“在K展展出的生产单元将清晰地展示这一巨大的潜力。”

将在K展演示的这一成型工艺是与汽车供应商博泽合作开发的,这是目前世界上独一无二的集成了红外加热炉的系统,能够以一种完全自动化的工艺同时加工3种不同形状、厚度在0.6~2.5mm的有机板材。由于在载荷分布的基础上有针对性地选用了有机板材,因此令单个部件区域的不同应力得到了处理——这是博泽通过各种模拟过程协助确保获得的结果,比如,在K展中生产的该示范部件,其在窗框的区域要比其在门内侧的区域更坚固。


基于在载荷分布的基础上有针对性地选用有机板材,使得作用在单个部件区域上的不同应力可以得到处理(图片来自博泽)

超紧凑地集成红外加热炉                        

加工有机板材的挑战之一是对预浸料的加热,对它们进行加热和冷却的时间取决于其厚度。快速加热材料而不使其受损,这一点非常重要,因为需要将加热的预浸料快速而直接地送入模具中。将在K展中展示的organomelt生产单元是基于一台duo 3660/800 注塑机,出于上述原因,它还含有两个集成的红外加热炉。一个立式红外加热炉直接位于锁模单元的上方,用于加热厚度只有0.6mm的有机板材。这样,薄的有机板材几乎不费时地到达模具中,确保了其尚未冷却而不至于变得不能成型。一个标准的位于动模板上方底座上的卧式红外加热炉将被用于加热两个较厚(1mm和2.5mm)的有机板材,这种安排缩短了加热炉与模具之间的距离,并节省了空间,因为加热炉不需要单独的地面空间。两个红外加热炉均由ENGEL自己开发和制造,它们与3台easix机器人被完全集成到注塑机的CC300控制单元中,能够通过机器显示屏而得到集中控制。

3个有机板材同时被加热,然后,3台easix机器人中的两台用于操作有机板材,它们在锁模单位上方彼此相邻的位置,当第一台机器人负责操作两个较厚的有机板时,第二台机器人小心地操作最薄的板材。在整个加热过程中,它在垂直辐射场的前方抓住有机板,以便在设定的加热时间结束后将其放入模具中。第三台机器人位于锁模单元旁边,其任务是取出成型好的部件,同时将3个有机板中的一个放入模具中以进行注塑成型。

这些有机板材由中国的原材料生产商金发提供,它们由玻璃纤维制成,采用聚丙烯作为基体材料。当模具(由Georg Kaufmann Formenbau制造)闭合时,有机板材即成型。紧接着,采用玻璃纤维增强聚丙烯在同一副模具中对其进行二次成型,从而在部件的背部成型出加强肋,并在可见的一面成型出皮革纹理的外观。“当直接对有机板进行二次成型时,我们可以获得出色的皮革纹理外观,这在以前采用有机板材时是不可能做到的。”Müller强调说,“在此方面,我们正在为今后采用organomelt工艺生产大型结构性的热塑性车门结构而奠定基础。”

复杂的工艺,易于管理

由ENGEL在其轻量化复合材料技术中心开发的该生产解决方案以其高效率和成本效益而与众不同,这是实现大批量生产应用的两个基本条件。“ENGEL丰富的自动化技术专业知识对此发挥了重要作用。”ENGEL自动化及复合材料系统业务部门副总裁Walter Aumayr表示。3台ENGEL easix关节机器人同时运行,在K展展出的organomelt生产单元将提供真正最先进的集成复合材料加工的实例。这种高度集成,令其成为ENGEL 将在展会中展出的最复杂的生产单元,它也将成为K 2019展出的最复杂的系统之一。

“我们包含的加工阶段越多以及一个生产单元包含的单个系统越多,整个过程就越复杂。”Aumayr承认,“所以,作为一家系统解决方案提供商,ENGEL确保了整个生产单元拥有一致的操作逻辑和联合的数据管理,使之更容易使用关节机器人。easix机器人能够由车间参与注塑成型的工人进行相对简单的操作。”

ENGEL系统的一个特殊方面是,红外加热炉也完全被集成到CC300控制单元中,从而确保了整个过程拥有统一的操作逻辑。此外,由于ENGEL系统解决方案中的成型机、机器人和周边设备都访问同样的数据库,因而减少了出错风险,提高了效率。由于不需要任何额外的硬件,因此easix关节机器人的运动能够与模具的运动同步,如抽芯或顶出。“因此,我们能够缩短循环时间并节省成本,尤其是在大型系统中。”Walter Aumayr表示。

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