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使自动点胶技术成为航空航天组装应用中更可行的选择

前沿科技 2019-11-13 16:02:27

胶粘剂在飞机上广泛使用。喷气发动机包含用于液压部件的结构粘合剂,螺纹锁固剂,保持剂和螺纹密封剂。在内部,环氧树脂,有机硅和聚氨酯泡沫用于安装地板照明,组装高架垃圾箱和座椅托盘,填充空隙并密封蜂窝板和碳纤维复合材料部件的边缘。在外部应用中,粘合剂用于将纵梁粘合到机翼蒙皮上并密封门,窗和机身组件。

然而,具有讽刺意味的是,航空航天组装商在自动分配胶粘剂和密封剂的过程中进展缓慢。

“在自动点胶方面,航空航天工业远远落后于汽车工业,”诺信密封胶设备公司密封胶和工业涂料系统全球营销经理詹妮弗·沃尔坎塞克(Jennifer Volcansek)说。“例如,即使现在,复合零件的边缘填充过程通常都是使用刮刀手动完成的,只是因为这是他们一直以来所做的。他们花在分配上的大量工时简直是疯了。

“如果想赶上积压的订单,航空制造商将需要使产量翻番。”

为什么在航空航天工业中没有更多地采用自动分配技术?过去,飞机部件所需的高公差和精加工质量可能会禁止将自动分配技术集成到装配线中。然而,在过去的几年中,机器人技术,计量混合技术,过程监控和焊珠控制技术的进步使自动分配技术成为航空航天组装应用中更可行的选择。

航空工业中欢迎任何形式的自动化。波音,空中客车公司和其他航空原始设备制造商通过多年的积压工作,一直在热心工作。并且,需求将增加。根据空中客车公司《2018-2037年全球市场预测》,未来20年,全球客机机队将翻一番以上,达到48,000架飞机。空中交通预计将以4.4%的年增长率增长,从而推动对37,390架新型客运和货机飞机的需求。在这些新飞机中,有26,540架飞机在增长,而10,850架飞机将取代较旧的,燃油效率较低的飞机。

吞吐量的增加并不是自动化分配过程的唯一潜在好处。例如,洛克希德·马丁公司的高级应用工程师迈克尔·斯托达德(Michael Stoddard)估计,通过使粘合剂和密封剂的分配自动化,航空航天原始设备制造商可以将劳动力成本减少40%以上。另外,自动化减少了工艺的可变性,并确保仅施加精确量的粘合剂来满足应用需求。结果,OEM可以降低材料成本并减轻飞机重量。

密封边缘

航空航天中自动分配的常见应用是密封蜂窝板和组件(如支架)的边缘,并制成碳纤维复合材料。

为了结构完整性,无论在何处切割蜂窝板,切割的边缘都必须填充材料。同样,模制碳纤维复合材料的切割或铣削边缘也必须密封,以防止组件吸收水分​​。

系统集成商JR Automation的业务开发经理David Macphail说:“这些是层压的碳纤维片。” 想象一下一叠松散的纸:边缘磨损了。因此,您可以分配环氧树脂来密封碳纤维的末端。”

填充的双组分环氧树脂通常用于此工作,尽管蜂窝板将比复合部件具有更大的填充空隙。

“这些环氧树脂是低密度材料,” Volcansek解释说。“如果水的比重为1,则这些材料的比重为0.6到0.9。”

为了减轻重量和密度,环氧树脂通常填充有玻璃或聚合物微球。这些材料的行为几乎像棉花糖一样。它们轻巧而蓬松。” ViscoTec-America Inc.北美地区航空系统开发经理Kyle Brown说道。

保持通风需要特殊的分配设备。例如,必须优化流体通道以防止球体压碎。

分配边缘密封材料的另一个棘手的方面是它们的混合比。“这些通常是高比率的材料,必须非常精确地混合,” Volcansek说。航空航天材料的混合比通常为10比1或更高。这使混合变得困难,因为您需要将非常少量的催化剂整合到基础材料或树脂中。”

诺信密封胶设备通过基于杆的正排量系统解决了该问题。用于树脂和催化剂的流体腔配有钢棒。在每个分配周期中,杆伸入每个腔室中,从而排走所需的确切材料量。

Volcansek补充说:“这些组件不易磨损,因此它们可以长时间使用,并且混合比保持稳定。” “对于航空航天材料,我们经常使用两个伺服电机来驱动杆—每侧一个。这样,您可以根据需要进行速度调整。例如,您可以比B部分更快地分配A部分。”

分配边缘密封材料的另一种选择是螺杆泵。该装置类似于在固定圆柱体内旋转的阿基米德螺杆。材料填充螺杆中的空隙,并通过圆柱体运输。随着螺杆速度的增加,流速也增加。

“这使我们的设备能够非常准确地移动高粘度,对剪切敏感的材料,” Brown说。

Dopag(US)Ltd.的计量混合设备使用“过程安全技术”来验证是否已分配了正确数量的A部分和B部分。

“假设您一次分配4升物料,并且混合比为3:1,” Dopag项目经理Jake Ripberger说。“您将需要3升A部分和1升B部分。我们的设备具有齿轮式容积计数器,可以跟踪每种物料的分配量。如果有错误,我们的机器将自行纠正。因此,如果体积计数器检测到A部分的量过多,它将自动调节A部分的泵并使其速度变慢,因此比率始终是一致的。”

自动清除功能是另一个有用的功能,可确保两部分粘合剂不会在分配设备内部固化。

无论使用哪种类型的泵计量物料,分配阀通常都需要定制尖端,以匹配被密封的组件。分配设备可以作为独立系统手动操作,也可以与机器人集成以实现全自动分配。

可以从5加仑的桶或55加仑的桶中分配物料。Ripberger说:“在典型的非航空航天应用中,我们每次喷射可分配20至30毫升。” “在航空航天复合材料应用中,我们可能一次分配2至4升。”

其他点胶应用

由于蜂窝板大部分为空气,因此无法使用螺纹紧固件连接架子,垃圾箱或托架等物品,除非蜂窝的一部分首先填充了轻质环氧树脂。

“这有点像灌封电子产品,” Volcansek说。“您不想捕获任何空气,并且想要调整点胶过程的速度以正确填充型腔。”

航空航天中的另一种常见自动化应用是将密封胶分配到相邻的零件上。Macphail说:“一种应用叫做面密封,在这种情况下,您有重叠的钣金件并且想要密封接缝线。” “另一个称为菲力密封,您要密封垂直部分和水平部分之间的连接线。

“这两者都可以用机器人和伺服驱动机构完成,后者将密封胶从药筒中抽出。我们使用激光引导视觉确保珠子留在接缝上。”

自动分配的另一个应用是用预混合的两组分粘合剂和密封剂填充标准化药筒的过程。

Macphail说:“当将两个部分结合在一起时,这种材料的使用寿命有限。” “因此,航空航天制造商将在现场填充子弹并将其存储在冰箱中。然后根据需要使用这些墨盒。它们通常与手动点胶枪一起使用。”

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