CFRP 在精密球节中优于钢材

如CW 所述 关于可重构工具的专题文章，模块化夹具设计公司/组件供应商 Prodtex（瑞典哥德堡和英国布里斯托尔）不仅改变了大型复合结构的组装方式，而且还在使用复合材料自行构建夹具。在必须由人工抬起和安装和/或由机器人操作的夹具中，质量的减轻和刚度的提高转化为更少的人力/更小的机器人，提高了生产速度，从而降低了成本。为了实现这些目标，Prodtex 目前正致力于开发其首款全复合材料 Hexapod 定位机器人，使用 Corebon AB（瑞典马尔默）生产的基于碳纤维增强塑料 (CFRP) 的球关节。

“最初的想法是重新设计金属球接头，以减少反弹，”Corebon 首席执行官 Tobias Björnhov 回忆道。他解释说，该公司的球窝接头和轴承采用 CFRP 轴承座，背隙接近于零，这意味着零件之间没有间隙或间隙，“因此在您对其施加负载之前，关节是刚性的。”通常，“如果你改变轴承中的力的方向，它可能会移动，”他指出，但声称，“我们的结构不会移动，因为它们是预加载的并且非常坚硬。”

Corebon 开始使用 CFRP 加固金属球窝接头外壳，通过将 CFRP 外壳热压配合到金属球上（借助热膨胀系数的差异）来预加载。 “这些很好，”Björnhov 说，“但制作成本很高。”因此，Corebon 开发了一种全 CFRP 球窝接头外壳，取代了必须用单个 CFRP 成型件完美组装在球周围的多个精密加工金属零件。两部分组件的成型和预加载（球仍然是金属）使用专有技术在一个步骤中完成。

Corebon 还生产滑动轴承和其他运动副——即两个相互连接的物体，对其相对运动施加约束，例如气缸中的活塞、球关节和轴承——以及机器人零件，如顶部的 CFRP 圆顶对。 Björnhov 解释说，这个圆顶包括末端执行器的机械手，“你可以在那里连接电机/主轴，用于加工工具或铺带头等。”他指出，这些圆顶的未来迭代也可能用作组装的大而轻的“蜘蛛”固定装置中的节点，例如由 TETRAFIX AB（Kungälv，瑞典）和 Prodtex 的轻量级结构制造的那些。 “我们的第一个应用是在需要高精度的机器人中。通过减轻末端执行器的重量，我们提高了精度和速度。”减重多少？ “机器人手腕/工具架结构的重量从 27 公斤降低到 5.5 公斤，”Björnhov 说。

尽管 CFRP 圆顶采用来自 的 ROHACELL 聚甲基丙烯酰亚胺结构泡沫芯 赢创公司（德国达姆施塔特）的 Corebon 还通过最大限度地提高纤维含量来获得高比强度和刚度。 Björnhov 指出：“我们实现了非常高的纤维体积——高达 80%——接近理论最大值。”这不仅令人震惊，而且还具有耐人寻味的含义。 “纤维实际上是相互接触的，”他解释说，“因此我们不仅在平面内而且在 z 方向上都获得了高导热性和导电性。”

实现这一目标的制造工艺现已获得一系列专利，源于改进树脂传递模塑 (RTM) 和控制树脂注射和加热的努力。 “我们注入树脂，不仅用于 RTM 加工，还用于压缩成型和纤维缠绕，”Björnhov 指出。 “关键是我们从内部加热 他指出，因此我们从体积上控制热量，并补充说，“这不受任何特定类型的基质的限制。”

这里的关键是感应加热技术。但 Björnhov 解释说，Corebon 与其他基于感应加热的复合材料制造不同，“在我们使用的电感器和我们如何控制电磁场方面。”由此产生的即时和均匀的 3D 加热几乎可以应用于任何 CFRP 工艺，包括预浸料固化和拉挤成型。据报道，它的循环时间比传统复合材料工艺快 10 倍，将能源成本降低多达 95%，并使用比钢轻 20 倍的模具。 Corebon 正在授权该技术，并且已经与包括住友公司（日本东京）在内的日本公司建立了合作伙伴关系。

“现在我们正在研究其他应用，例如需要高精度和高刚度运动副的汽车悬架和飞机部件，”Björnhov 说。 Corebon 也正在为这些行业所需的工业规模做准备，有几个项目正在进行中以展示其大批量生产的能力