Benteler-Sigley ha desarrollado un resorte plano compuesto ligero que ahorra espacio para la plataforma global de varios modelos de SPA de Volvo, que permite la producción completamente automatizada de HP-RTM.
El nuevo SUV crossover XC90 de Volvo es el primer modelo producido en la nueva 'arquitectura de plataforma de vehículo extensible (' SPA ') de Volvo, que finalmente incluirá el S60, S90, V60, V90, que aún no se han lanzado. Varios modelos, como el XC60. Benteler-Sigley utiliza una línea HP-RTM totalmente automatizada para producir resortes de panel de fibra de vidrio / PU para todos estos modelos en la plataforma SPA. Para 2018, la salida será Hasta 500,000 piezas por año (foto de Volvo)
Como empresa conjunta entre el proveedor automotriz de primer nivel Bentler Automotive Industry GmbH (Paderborn, Alemania) y el proveedor de soluciones de fibra SGL Group (Wiesbaden, Alemania), se fundó Bentler en 2008. - Sigri (Rie im Innkreis, Austria) produce una amplia gama de componentes compuestos automotrices reforzados con fibra, que incluyen flancos y columnas, puertas, spoilers y asientos, pero el logro más notable es, con mucho, el de la producción en masa. Experiencia en resortes laminados compuestos. Desde la adquisición de la unidad comercial de automoción de Fischer Composites Technology (Ried im Innkreis, Austria) y la construcción de una segunda fábrica de componentes compuestos cerca de Ort im Innkreis en Austria en 2012, la compañía ha innovado. La manera de obtener una capacidad de producción de compuestos automotrices sin precedentes.
En 2013, Bentler-SGL reemplazó el típico material de matriz de resina epoxi en ese momento y presentó una fibra de vidrio a la camioneta Mercedes-Benz Sprinter de Daimler AG (Stuttgart, Alemania). / Muelles de eje delantero de poliuretano, en comparación con las piezas de acero, el peso de 15 kg a 6 kg, pérdida de peso del 65%.
Utilizando el proceso de resina de poliuretano (PU) LOCTITE MAX 2 de curado rápido LOCTITE MAX 2 y el proceso de moldeo por transferencia de resina a alta presión (HP-RTM), Benteler-SGL ha logrado 100,000 por año ~ Producción de 150.000 piezas.
Con el aumento en la producción de resortes de eje trasero de fibra de vidrio / PU para el nuevo crossover SUV XC90 en Volvo (Gothenberg, Suecia), la compañía se prepara para elevar este umbral nuevamente. El XC90 se encuentra en la arquitectura de plataforma de vehículos escalable de Volvo ( Conocido como el primer modelo 'SPA') producido en esta nueva plataforma global. Como parte de esto, los resortes planos también estarán disponibles en S60, S90, V60, V90 y XC60, así como en cualquier otro automóvil más grande que se pueda desarrollar. Obtener aplicado en.
"Este es el proyecto de componentes compuestos de mayor volumen en la industria automotriz, y alcanzará las 500,000 partes por año para 2018." El Dr. Robert Ernst-Siebert, Director General de Benteler-Sigley, dijo: "Además de la cooperación de nuestra parte Además de la amplia experiencia de nuestros socios, Benteler y SGL, hemos establecido sólidas alianzas con nuestros clientes y proveedores de resina, y hemos integrado nuestros procesos de preformado y HP-R existentes en una línea de producción totalmente automatizada. Importante, hemos desarrollado un proceso que actualmente no está disponible en el mercado ".
La cooperación de Benteler-Sigley y Volvo en el diseño de resortes de placa SPA proviene de una amplia experiencia. "Tenemos la capacidad de producir resortes de furgoneta Sprinter, y otros componentes del sistema de suspensión están disponibles a través de Bentler Automotive Group. La capacidad de producción, todo lo cual se puede integrar en el proyecto de primavera de hoja de Volvo ", explicó Ernst-Siebert.
El diseño de cada resorte de lámina está determinado por su función y sus requisitos. Frank Fetscher, director de desarrollo de negocios para aplicaciones de chasis de FRP en Bentler Automotive Group, explica que este diseño determina el rendimiento y el costo del resorte de lámina. Diseñado para Volvo El resorte de lámina utiliza hasta 60 capas de tela unidireccional de fibra de vidrio para cumplir con los requisitos de rendimiento, durabilidad y costo, así como también con limitaciones de espacio de montaje muy compactas. Aunque los resortes de lámina compuesta y los resortes de hoja de metal anteriores son generalmente del mismo tamaño. Lo mismo, pero el resorte helicoidal y el puntal de suspensión se eliminan, de modo que el eje se extiende menos al área del tronco, aumentando así el espacio de inventario.
"Según las propiedades del material, existen algunas restricciones en el diseño". Explicó que, desde la versión de lujo del XC90 hasta el compacto X60, el diseño de un resorte debe cumplir con los requisitos de rendimiento e inventario de todos los modelos. Es decir, la longitud y el ancho son de 1200 mm y 60 mm. Sin embargo, el peso del SUV puede variar mucho en comparación con un automóvil pequeño. Por lo tanto, tres formas de curvatura están diseñadas para proporcionar un resorte de lámina adecuado para cada peso de automóvil. Para los principales indicadores de elevación y rigidez de diferentes modelos, por un lado, los bujes superior e interno se pueden mover hacia afuera, y por otro lado, al usar diferentes almohadillas al final del resorte, se puede hacer el ajuste para cada modelo. La necesidad de proporcionar capacidad adicional para ajustar el rendimiento del resorte al tiempo que garantiza que el proceso de producción sea lo más simple posible. Por lo tanto, Benteler-Sigley puede administrar una gran cantidad de aplicaciones complejas ". Volvo y nosotros hemos desarrollado esta capacidad para hacer resortes. "El factor de rigidez se adapta a diferentes modelos", dijo Fetscher.
Según la solicitud de Volvo, se verificaron el diseño y el proceso de producción final. "Apoyamos sus ideas sobre cómo verificar". Fetscher dijo, además, incluye ingeniería asistida por computadora (CAE) y pruebas físicas. Los requisitos se incluyen en nuestro programa de fatiga CAE y en las pruebas de fatiga mecánica ". Señaló que esto incluye la prueba dinámica de carga de fatiga a partir de los datos de carga en carretera, así como las pruebas de carga estática, todo lo cual se realiza en diferentes condiciones ambientales. Dijo que todos los componentes del chasis de Benteler Automotive Industry Co., Ltd. y Benteler-Sigrid, como la barra estabilizadora o el brazo de control inferior, se han probado y utilizado de manera similar para la vida útil de los componentes. Una buena predicción.
En la planta de Ort im Innkreis, Austria, los resortes planos de Volvo se producen utilizando la resina de poliuretano LOCTITE MAX 2 mediante el proceso HP-RTM. Sin embargo, los objetivos de producción anual más altos deben alcanzar nuevos niveles de automatización. Todos los pasos de procesamiento están automatizados y no hay intervención manual ". Ernst-Siebert enfatizó repetidamente que" esta línea de desarrollo interno es la clave para la producción exitosa de piezas finales de alta calidad. "Por lo tanto, es perfectamente comprensible que Benteler - SGL no está preparado para revelar muchos detalles.
La primera parte de la línea incluye el corte y preformado automáticos de refuerzos unidireccionales, que también es un aspecto del sistema de control de producción. "Podemos controlar completamente esta línea, incluida la inspección automática", explica Ernst-Siebert. , "Hay diferentes pasos de garantía de calidad en toda la línea de producción, no solo de inspección visual, sino también de pruebas mecánicas automatizadas. Cada hoja de resorte será probada". Fetscher agrega que esta prueba verifica la rigidez del resorte y el 100% de las piezas. Funcionalidad, esta es la práctica estándar para este tipo de aplicación.
Ernst-Siebert insiste en que la clave para lograr un mecanizado estable y potente y para obtener piezas reproducibles es lo que él llama el control en línea de todos los parámetros del material. Fetscher ejemplifica: 'Una preforma que no es adecuada para la instalación, el sistema "Este desajuste se detecta entre los parámetros de prueba y los parámetros programados para que podamos conocer de inmediato el problema. Luego, eliminamos las partes no calificadas y hacemos correcciones para garantizar que esta parte de la línea se corrija". Dijo que el futuro Benteler-Sigley avanzará hacia una línea de producción autocontrolada. "Este es el primer paso que hemos tomado en esta dirección para obtener un sistema de producción Industrial 4.0 integrado".
El preformado es el siguiente paso en esta línea de producción automatizada. Primero, se utiliza un aglutinante en polvo a base de epoxi o poliuretano industrialmente avanzado para estabilizar el laminado de tela unidireccional, y el aglutinante se funde por calor y presión. La pieza moldeada se consolida. Luego, el robot transporta múltiples preformas en un resorte de hoja al troquel inferior de cavidades múltiples de la prensa HP-RTM. "Como parte de nuestro desarrollo interno patentado, tenemos Se desarrolló un accesorio especial para todas estas transferencias ", dijo Fetscher.
"Gracias por la ayuda de SGL, hemos realizado un gran trabajo de investigación y desarrollo para definir los mejores conceptos de materiales para esta aplicación especial de resortes de láminas, incluidos los tejidos y adhesivos". Ernst-Siebert señala: "Esto no es como Parece tan simple, solo unos pocos tejidos son perfectamente adecuados. Por ejemplo, SGL está hecho de materiales desarrollados para estos resortes de hojas. Su diseño especial no solo satisface los requisitos funcionales de los componentes, sino que también proporciona preformas estables. .
Después de colocar la preforma, se cierra el molde y comienza el vaciado de resina. Sin embargo, para lograr un alto nivel de automatización en el proceso HP-RTM, se requiere un desarrollo profundo. "La clave es optimizar el proceso". Ernst-Siebert afirma: "Usted debe estar en la resina. Tengo una comprensión profunda. Al trabajar con Henkel, hemos hecho esto. Al mismo tiempo, debemos tener una comprensión profunda de la tela. Al trabajar con SGL, también lo hemos hecho. Así que sabemos cómo ajustar los parámetros. Cumplir con los requisitos de tiempo de ciclo y lograr la producción '.
"Dos de los principales desafíos son las propiedades y los procesos mecánicos". Frank Kerstan, gerente de proyectos globales de la unidad de negocios de Tecnología Adhesiva de Henkel, dijo: "Los resortes de láminas deben ser muy resistentes y duraderos, capaces de soportar cientos de condiciones en diferentes condiciones. Miles de cargas dinámicas. Sin embargo, la producción de alto volumen requiere una fundición y curado muy rápidos. "Encontró que el poliuretano es ideal para esta aplicación. 'El poliuretano proporciona una alta resistencia similar al epoxi, y también tiene un alto Elongación y resistencia, ambas importantes para esta aplicación ", explicó Kerstan.
"Hay muchos proveedores de resinas que ofrecen resinas epoxi, resinas de viniléster y poliuretanos. Sin embargo, para nuestros proyectos especiales, Henkel puede cumplir los requisitos de tiempo de ciclo y estructura de costos con altos rendimientos industriales", dijo Fetscher.
Kerstan explicó que debido a que el contenido de fibra de vidrio en el producto final es del 55%, que es relativamente alto, el crisol se vierte muy rápidamente, pero no causa desalineación de la fibra, y es necesario garantizar que una parte de la siguiente sea confiable. La resina LOCTITE MAX 2 tiene una viscosidad de 200 ~ 300mPa o cps a temperatura ambiente, pero cae a 10 cps a 90 ° C, lo que permite una impregnación confiable y rápida de la fibra sin cambiar la fibra.
Benteler-Sigley ha utilizado una variedad de equipos en su planta de Ort im Innkreis, incluida una unidad Hennessy Streamline con un cabezal de mezcla personalizado y un dispositivo de medición de mezclas KraussMaffei. Una prensa HP-RTM Dieffenbacher y un dispositivo de medición diseñado a medida Cannon Afros para el proceso HP-RTM, con dos cabezales de mezcla FPL14 dedicados.
Para producir resortes de hoja de Volvo, los componentes principales de la resina de PU se desgasifican para evitar la formación de burbujas de aire en los componentes, que circulan en la camisa de calentamiento y pasan a través del tubo de calentamiento antes de ser dosificados en los dos cabezales de mezcla / inyección. Mantenga la temperatura. La presión en el cabezal de mezcla es de 120 ~ 140 bar. Cada cabezal de mezcla puede inyectar 11 kg de resina en 22 s.
El equipo típico de medición, mezcla y vaciado, a través del medidor de flujo másico para enviar datos al sistema de control para monitorear continuamente el flujo de cada componente. Si se detecta una desviación del valor especificado, el sistema ejecuta inmediatamente los parámetros de la bomba dosificadora correspondiente. Administración, recuperación en tiempo real del flujo requerido En un área de 90 m2, se instalan varios dispositivos de almacenamiento, acondicionamiento y bombeo de resina.
Al igual que el calentamiento de la resina es necesario para optimizar la impregnación del flujo y la preforma, el molde caliente también es muy importante para el curado del material compuesto. Aquí se utiliza una configuración de moldes de múltiples cavidades. Ernst-Siebert dijo que aunque El informe propone de 8 a 10 o incluso 12 cavidades, pero la cantidad de cavidades realmente utilizadas depende del rendimiento del proyecto. "Esto se puede cambiar de acuerdo con las necesidades del cliente y el diseño de los componentes". Añadió: "Para satisfacer Para el tiempo de ciclo requerido por el cliente, utilizamos un molde de múltiples cavidades, que se terminó en 10 minutos. "Aunque este tiempo no incluye la colocación de la preforma o la eliminación de las partes, ambas operaciones son automáticas. , su diseño cumple con los requisitos de producción de los componentes.
Para adaptarse a los tres diseños diferentes de curvatura del resorte, se han desarrollado tres moldes superiores diferentes. Para cada molde superior, se han desarrollado tres moldes inferiores para cambiar el grosor del resorte. Por lo tanto, finalmente se pueden usar nueve moldes inferiores diferentes. Se usa en la producción de acuerdo con el modelo de orden mixto. Además, hay opciones adicionales. Kerstan explicó que con la resina de poliuretano LOCTITE MAX, se puede agregar catalizador según el tamaño de la pieza para acortar aún más el tiempo de curado. También señaló que se puede usar el externo. O agente de liberación interno '. Si el uso de un agente de liberación externo o un agente de liberación interno depende del programa de la pieza y del tiempo de ciclo y de detención durante el procesamiento'. Sin embargo, advirtió que debido a que el resorte de la hoja se carga dinámicamente Las piezas, por lo que los agentes de desmoldeo internos pueden afectar el rendimiento de la pieza. "Los productos auxiliares que coinciden con la composición química de la resina, como los aglutinantes, catalizadores y agentes de desmoldeo internos, son muy importantes". Kerstan también señaló que la forma del molde es la más determinada. Factores clave para un buen método de liberación: 'Si hay un surco y un ángulo de liberación difícil, puede requerirse un agente de liberación externo'.
Se utilizaron dos nuevas prensas en la línea de producción totalmente automatizada de resortes de hoja de Volvo. "Para lograr la máxima producción, hemos establecido una segunda línea de producción automatizada." Ernst-Siebert dijo. Debido al alto grado de automatización, solo se requiere una pequeña cantidad. Los técnicos vienen a operar estas líneas de producción. "Actualmente implementamos dos turnos. Si es necesario, también podemos implementar tres turnos". Ernst-Siebert dijo: "Somos muy flexibles para satisfacer las necesidades de nuestros clientes. Si es necesario, podemos 7 por semana. Días, ejecute estas líneas de producción las 24 horas del día '.
Estas prensas de producción son comparables a una prensa de doble estación de 1600 t en el centro de I + D de Ried im Innkreis. Ernst-Siebert destaca el centro de tecnología y la planta de producción de Ort im Innkreis La importancia de la relación: "Tenemos una línea piloto automatizada en el centro de tecnología, que es adecuada para la producción de pequeños lotes, pero puede simular todo el proceso. Al igual que configuramos esta línea en la etapa de prototipo, intentamos muy cerca de "¿Cómo puedo hacer partes en la producción real?". Agregó que su equipo también recibió una simulación del concepto de Benter de la máquina, así como el análisis y simulación de materiales por parte de expertos de SGL. "Debido a esto, A través del desarrollo de HP-RTM, nuestra tecnología de proceso se ha mejorado aún más y el progreso ha sido rápido ".
"También aplicamos esto a los dispositivos de medición y al vaciado de resinas". Fetscher dijo: "Para poder identificar problemas y mejorar en las primeras etapas del desarrollo del proceso, la participación temprana de proveedores de resina como Henkel desempeñó un papel importante. '
Ernst-Siebert dijo: "Esto es importante porque el proceso es demasiado complicado. Es imposible ajustar un parámetro para realizar todas las mejoras necesarias. Debe ajustar varios parámetros a la vez".
Cuando las piezas están totalmente curadas, el robot las transfiere de la prensa HP-RTM a la unidad de fresado automatizada donde se recorta y perfora al final de cada resorte de lámina. Fetscher cree que dicha automatización es el estándar de la industria. Sin embargo, se señala que el accesorio de Benteler-Sigley es especial, y su proceso de recorte no tiene intervención manual.
Con el proyecto de muelles de placa trasera de Volvo avanzando según lo planeado para alcanzar la producción máxima en 2018, Benteler-Sigley ha centrado su atención. "Hemos descubierto otras oportunidades para los muelles de placa trasera y estamos trabajando arduamente. Desarrolle más aplicaciones con los fabricantes de equipos originales ". Fetscher dijo: 'La motivación y los motores del mercado siguen siendo los mismos, y las futuras estructuras de vehículos alternativos pueden aportar más potencial a esta aplicación'.
Kerstan está de acuerdo: "Otros fabricantes de automóviles han indicado que tienen la intención de adoptar este mismo concepto de muelles de lámina compuesta ligera, y también estoy convencido de que este eje de resorte de placa compacta es muy adecuado para la carrocería / chasis de los vehículos eléctricos. Concepto.
Además, Benteler-Sigley también utiliza su diseño de muelles de placas transversales y su experiencia en producción para la producción de muelles reforzados con fibra de vidrio longitudinal.
"Para mantener una funcionalidad igual o ligeramente mejorada, el uso de materiales compuestos en lugar de acero para hacer resortes de hojas ofrece enormes oportunidades para la reducción de peso a un costo razonable", explica Ernst-Siebert.
Henkel está apuntando a una serie de otras aplicaciones automotrices, incluidas partes de carrocería estructurales y piezas pulverizables externamente, como el proceso RTM de superficie para hacer el techo. La compañía también ha desarrollado una temperatura adecuada para la producción en masa de ruedas reforzadas con fibra de carbono. (Tg> 200 ° C) Sistema de resina epoxi.