Magnum Venus产品:自动化解决方案

每个人都在谈论“一分钟”的循环时间,以提高复合材料在汽车行业的接受度。但通过开发更省时的材料和工艺来缩短生产周期,在航空航天领域的重要性丝毫不减。随着飞机建造率的不断上升,控制航空复合材料的成本也是至关重要的。为此,设计、材料和工艺正在发生变化。

一种名为Torreswing的新型飞机结构生产理念旨在绕过渐进式发展,通过在大型整体单体结构的自动化制造过程中消除常规工装和紧固件的使用,来实现对机身和机翼制造技术的颠覆性改变。由机械制造商开发毫托(西班牙纳瓦拉托雷斯·德埃洛兹),这种对制造业标准的彻底背离于2017年首次亮相。在2018年巴黎JEC世界博览会上,它获得了航空航天过程类的JEC创新奖,并在MTorres展台上展示了一个演示机身。

连续波有机会采访了MTorres集成装配集团的技术关键客户经理Luis Enrique de la Iglesia y Gotarredona,以及研发业务发展经理Iñigo Idareta,从而独家了解了这个过程是如何工作的。

未来的工厂

复合材料在商用和通用航空(GA)飞机上的应用在过去几十年里显著增加,航空航天制造中的自动化应用也在增加。最明显的例子是使用自动纤维放置(AFP)来制造波音787的机身桶,空客A350的机翼,波音777X的翼梁和机翼,以及最近FLEXMONT项目的空中客车垂直尾翼的机器人组装过程CFRP气动结构组装的未来).尽管如此,组装一架成品飞机仍然需要大量的手工劳动。

De la Iglesia y Gotarredona说:“Torreswing过程的基础是一个简单且易于自动化的概念。”他在JEC World展会上使用两个动画视频演示了Torreswing过程,展示了几乎消除所有手工劳动的生产步骤。

“一系列的‘基本部分’[图。1]都是先做的。”他解释说。“然后,这些基本部件就变成了制造单体机身的模具。”就飞机机身而言,这些基本部件包括多个与飞机尺寸相符的碳纤维复合框架或环,以及平板面板。完成的框架拼接在一起,粘合在一起,地板放置在环内,形成机身的“骨架”,通过纤维放置形成外壳。这一概念简化了制造,消除了金属紧固件,否则将连接机身部分,或附加蒙皮到弦/框架。机翼和尾翼也将采用类似的自动化工艺,但目前还没有关于机翼工艺的信息,该工艺仍在开发中。Idareta说:“目前的概念是使用干纤维和树脂浸渍,这是我们在风力叶片上的经验,”但他指出,“它可以根据客户的需要,适应预浸料或热塑性材料。”

在自动化工厂的场景中,一小群工业机器人和定位员以u型工作流程将零件从一个工位运送到另一个工位。De la Iglesia y Gotarredona说:“工厂和制造的概念提高了自动化水平,减少了所需任务的数量,现在MTorres集成机肯定是可行的。”

组装一些必需品

第一阶段从元素开始。在与地面铺层线平行的环形铺层线(见步骤1)中,机器人将根据客户的飞机机身形状和尺寸定制的金属可折叠环形芯轴转移到配备旋转主轴箱的滚动定位机器人上。定位器移动到下一站,在两个固定的MTorres AFP头之间安装在机械臂上,快速地将干燥的碳纤维胶带铺在芯轴表面,这是在外面(步骤2)。更多关于凹槽的用途,下面。该概念中提出的铺层有0°、90°和±45°铺层,但可以针对每种应用进行优化。MTorres已经开发了自己的干式碳纤维胶带,使用了专有来源的碳纤维,并添加了热激活热塑性粘合剂,该粘合剂的作用是在铺层过程中增加一些粘性,并使注入性能良好。

注意,在每个环的正面和背面,用纤维放置一块平板(步骤3),以创建地板面板的支撑。接下来,环准备树脂灌注,与技术人员袋铺设和增加树脂输送线。装袋后,机器人将装袋的环放置在一个自动转移夹具上,该夹具将环移动到注射站,由技术人员监督树脂注射和真空。

与此同时,在地板铺设线上,三个机械臂协同工作来生产平板地板。第一个机器人铺0°/90°层压板在一个平板模具上,这是附在一个移动地板或夹具进给线。移动的线将层压板带到第二站,在那里,一个装备了拾取和放置末端执行器的机械臂将泡沫核心放置在层压板上。在下一站,第三个机器人在核心上放置一个0°/90°的层压板。该公司表示,这些面板的厚度和厚度结构是根据应用程序的要求定制的。面板是最大的,在机身中部呈方形,但在较窄的机尾和机头区域则呈较小的锥形。

完成的,扁平的,有芯的面板是真空袋和树脂注入。此时,小型定位机器人会自动将袋装和注入的环和地板转移到烤箱中进行固化。

固化后,定位机器人将固化后的零件运送到下一站,在那里零件被拆袋,然后放置在一个工作单元中,在那里有一个带切割头的机械臂执行加工步骤。这包括在每个环上的平板上切割孔(这将支撑地板),以减轻重量并允许布线。地板的边缘也被修整。正如加工的结论,一个机器人从固化环内提取芯轴,并将它们带回环铺设线的起点。每个部件都要经过机器人无损检测(NDI),然后被送到最后一个工位,在那里,人工检查员检查每个部件并执行下一阶段之前的任何剩余任务。

灵活的“飞行芯棒”

完成的元素在“最后的主体连接”过程中组装,在第二个制造大厅。在桶装配站,完成的环被自动从转移夹具加载到对准工具上。两个机器人分别在对准工具的每一边,扫描环以记录它们的确切尺寸,以便确定它们之间的最佳匹配。然后,确定了间隙的位置,机器人根据不配合的程度,或多或少地涂上粘合剂,对齐工具将环拉在一起形成桶,并确保与粘合剂完全接触(步骤7)。

在下一站,通过定位机器人将粘接桶放置在另一个夹具上,两个扫描机器人扫描桶内的地板和地板支撑板以获得最佳配合。一个机器人使用末端执行器来拾取地板,第二个机器人使用更多的粘合剂将地板粘到支撑板上。在每个机身段粘合完成后,人工工人会在地板下面或机身内部安装布线、管道和其他系统。

这一过程在每个机身部分重复,从机头到机尾,形成一个环和地板的结构组装-本质上,一个全尺寸的芯轴为下一步的过程(步骤8-9)。“不需要大型金属工具。任何尺寸或形状的碳纤维元素都可以作为芯棒或工具,其余部分都是纤维覆盖在这些元素上。”而且,使用粘接段可以很容易地使用更大、更小和/或更多或更少的必要段来创建一个特定飞机所需的长度的机身。

环取代特约记者

在下一站,自动定位器将该结构放置在一个带有旋转车头和尾座固定装置的车站中,MTorres纤维放置头开始将干纤维放置在组装好的环上,形成机身蒙皮。第一层是放置在凹槽创造的戒指,如上所述(步骤10)。然后,机器人将“填充”材料放入凹槽中。Idareta解释说,填充材料可以是泡沫,它可以作为绝缘材料留在原处,或者是另一种类型的材料,可以在皮肤治愈后被去除,也许是一种可溶解的材料。

De la Iglesia y Gotarredona说,“这些凹槽本质上是作为弦乐在机身上,当用外壳过度缠绕形成帽子结构时。这是一个巨大的改变,今天的飞机结构有纵向纵梁和圆形框架,通常单独制造和安装在皮肤内部的手。而过度缠绕的槽形环则完全替代了这一切。”他补充说,根据MTorres的计算,在现有的复合材料飞机中,纵桁占材料的30%,但占成本的70%。

当过卷完成时——一个五层层压板(第11步),总厚度小于4毫米的皮肤/环结构,是用于演示(一个特定的飞机,可定制的)——后部放置,整个机身是袋装的,皮肤和oven-cured灌注树脂。固化后,机身被转移到一个加工单元,在那里一个机器人头切割窗户和门的开口。然后运到发货前的终点站(步骤12),在那里工人手动安装所需的电子设备和航空电子设备,并增加座位。

这就是未来吗?

Torreswing公司表示,该工艺旨在消除几乎所有的金属紧固件和铆钉,比现在的飞机大大减轻了重量。Idareta说,用于连接元素环的粘合剂的重量相当于传统飞机上使用的垫片材料。而且,随着机器人自动化程度的提高,循环时间和触摸劳动将会大大减少,从而使得工艺简单化,制造成本大大降低。他补充说,例如,特定零件模具的数量和尺寸,以及在该模具上生产零件所需的时间,将显著降低制造成本。其他优点包括取消了热压罐,有利于烘箱固化,并使用干纤维,降低材料成本。

虽然这是一个TRL 6项目,到目前为止只有一个演示-在JEC显示的机身,使用的设备类似于描述在步骤照片。但对于首次试用的客户来说,还有很多机会。“现在有很多关于新飞机的建议,我们看到了一个巨大的市场,我们相信这将证明这个工厂概念的合理性。”当然,Idareta承认,鉴于目前的监管环境需要多余的紧固件进行认证,保税结构的认证可能是一个挑战。“我们的观点,”他说,“是如何使飞机未来使用的工厂的未来。我们的设计是为了自动化,而不仅仅是为了制造。”他还指出,其他行业的一些复合材料制造商也对自动化工厂的概念表现出了兴趣后面创新的飞机设计,特别指出,“我们飞机设计师,我们是工厂自动化专家。”

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