Pedal Rem Kompos Revolusioner: Produksi Ringan, Kuat, dan Hemat Biaya di Boge Rubber & Plastics
Tier 1 Boge Rubber & Plastics Group (Damme, Jerman) memproduksi apa yang dikatakannya sebagai pedal rem kompos all-composite yang paling ringan, paling hemat biaya dan paling kuat di dunia, dan yang pertama dalam produksi komersial. Seperti yang detailkan dalam Januari FOD (lihat "Thermoplastic composite structure replaces metals on safety-critical brake pedals") supplier saat ini memproduksi sepuluh ratus ribu pedal rem per tahun untuk empat platform kendaraan yang diproduksi oleh pabrikan mobil Jerman dan sistem dapat menghasilkan hingga 1 juta pedal tahunan. Ini signifikan karena pedal tersebut struktur, diperlukan untuk memenuhi persyaratan performa yang sama yang ketat seperti baja dan aluminium yang ada, dan desainnya menampilkan tiga jenis kompos termoplastik reinforced serat kaca yang berbeda.
Tiga material meningkatkan efisiensi serat
Untuk menjaga pedal ringan, tipis, hemat biaya dan mampu memenuhi spesifikasi OEM yang menantang, Boge menggunakan organosheet serat kaca kontinyu sebagai struktur cangkang untuk memuat beban utama bagian, yang dapat mencapai 3.000 newton. Lembar organosheet disuplai sudah dipotong sesuai ukuran, dengan dua atau tiga lapis yang sepenuhnya dikonsolidasikan oleh suplai Lanxess Deutschland GmbH (Cologne, Jerman). Untuk memperkuat jalur beban utama pada lembar organosheet, Boge menambahkan strip pita serat kaca unidirectional (UD) (disuplai oleh Celanese Corp., Irving, Texas, AS) dalam orientasi dan layup berdasarkan hasil simulasi elemen hingga. Untuk melakukan ini, Boge menggunakan software yang telah dimodifikasi dan kartu material yang telah dikembangkan perusahaan dengan suplainya berdasarkan kurva stres/strain yang diukur untuk setiap material di bawah kondisi suhu dan kelembaban yang ditentukan oleh pelanggan OEM. Untuk menambahkan geometri fungsional, Boge menggunakan compound serat kaca chop overmolded (dari beberapa suplai) untuk memberikan tulang pangsit struktural dan fitur pemasangan.
Semua material memiliki matriks poliamida 6 (PA6) yang telah dicat hitam, polimer tahan lama yang banyak digunakan di industri otomotif. Jika spesifikasi OEM memerlukan, Boge juga memiliki opsi untuk menggunakan matriks PA6/6 yang lebih tahan panas dan kurang higroskopis dalam compound overmolding, karena kedua polimer cukup mirip untuk melekat satu sama lain. Dengan menggunakan tiga jenis kompos yang berbeda dengan penguat serat kaca dalam tiga bentuk berbeda, Boge dapat menempatkan serat tepat di tempat yang dibutuhkan untuk memenuhi persyaratan performa sambil menghindari over-engineering. Efek berlanjut dari pendekatan kompos hibrid ini adalah mengurangi penggunaan material, ketebalan dinding nominal, waktu siklus dan biaya bagian keseluruhan.
Langkah proses dan kriteria peralatan
Bekerja sama dengan pengembang otomatisasi/baris perakitan M.A.i. GmbH & Co. KG (Kronach, Jerman), Boge telah mengembangkan proses produksi tiga langkah yang cepat, efisien dan menghasilkan bagian yang terverifikasi kualitasnya dengan biaya terjangkau. Dalam merancang proses dan peralatan, tim memiliki sejumlah persyaratan. Pertama, untuk menjaga biaya bagian rendah, perusahaan perlu menjaga waktu siklus efektif total sekitar 1 menit. Mencapai ini akan membutuhkan otomatisasi untuk memastikan material bergerak dengan lancar melalui sel manufaktur.
Kedua, sementara lembar organosheet disuplai sudah ditumpuk, sepenuhnya dikonsolidasikan dan sudah dipotong sesuai ukuran (kontur), persyaratan berbagai desain pedal berarti tim membutuhkan fleksibilitas untuk memotong, mengarahkan dan menempatkan strip pita dengan panjang yang berbeda di lokasi dan arah yang berbeda untuk memperkuat jalur beban utama cangkang organosheet. Lagi, untuk menjaga biaya rendah, proses penataan pita khusus dirancang untuk menawarkan tingkat fleksibilitas dan kontrol yang tinggi, serta kecepatan.
Pada awal proses, sel manufaktur menyimpan dua tumpukan lembar organosheet yang sudah dipotong dalam kaset dan empat creel pita UD pada satu waktu. Pertama, robot mengambil lembar kontur organosheet dan memindahkannya ke permukaan kerja. Pada saat yang sama, pita UD diumpankan dan dipotong sesuai panjang yang diperlukan. Strip kemudian ditempatkan pada belt vakum yang memegangnya tetap saat konveyor maju. Selanjutnya, robot dengan unit pick-and-place berputar (end effector) mengambil satu strip sekaligus dari belt vakum dan kamera memeriksa setiap strip untuk kualitas, dimensi dan posisi. Setelah empat bagian diambil, robot bergerak ke ruang kerja dan mulai menempatkan satu strip sekaligus pada lembar organosheet di lokasi dan posisi yang ditentukan oleh koreksi posisi berbasis gambar. Saat setiap strip diposisikan, dicegah dari pergeseran oleh banyak spotting las yang dibuat oleh laser. Sementara itu, lebih banyak strip pita sedang dipotong dan ditempatkan pada belt vakum dan proses berulang hingga semua pita yang diperlukan untuk desain pedal rem tertentu ditumpuk dan ditack di posisi yang benar pada lembar organosheet.
Sistem yang menghasilkan lembar serat yang disesuaikan ini 100% dikontrol numerik, dengan setiap aspek operasi sepenuhnya dapat diprogram untuk fleksibilitas maksimum. Di setiap langkah, kamera atau sensor lain, yang terhubung ke sistem kontrol kualitas (QC) online sistem, mendeteksi semua tepi dan posisi strip pita dan cangkang organosheet dan membandingkan data geometri untuk material ini dengan parameter yang diketahui untuk memastikan setiap material ditempatkan di tempat yang perlu.
Untuk menjaga kecepatan produksi tinggi, lembar serat yang disesuaikan kemudian dipindahkan ke oven inframerah untuk memanaskan kedua material tepat sebelum draping/preforming/konsolidasi pita pada lembar organosheet. Paket antioksidan khusus dalam sistem resin pita dan organosheet mencegah kerusakan termal. Selanjutnya, lembar panas dengan cepat dipindahkan ke ruang draping/preforming di mana tekanan tinggi digunakan untuk membentuk lembar menjadi bentuk saluran U sambil memastikan permukaan berkualitas tinggi. Sistem QC lagi memantau konsolidasi dan kualitas preforming melalui waktu, suhu dan tekanan.
Terakhir, perform yang masih hangat dan sudah di-drape dialirkan ke cetakan injeksi di mana overmolded dengan compound PA/serat kaca pendek untuk membuat geometri tambahan seperti struktur rib kompleks di bawah. Setelah demolding, pemotongan otomatis cepat dan inspeksi visual dilakukan. Tidak perlu cat atau finishing permukaan lain. Ukuran pedal akhir sekitar 350 x 90 x 60 milimeter. Sebelum meninggalkan sel manufaktur, kode QR unik ditempel pada setiap pedal untuk menghubungkannya kembali ke data manufaktur dan material untuk pedal tersebut dalam sistem kualitas. Setelah perakitan, uji fungsional pedal dalam braketnya dan inspeksi robatik akhir dilakukan. Asumsi unit lolos, kode QR lagi ditempel pada rangkaian pedal rem yang selesai untuk memberikan pelacakan lengkap setiap pedal dan komponen tambahan sebelum pengiriman ke OEM.
Karena pedal rem adalah bagian yang vital untuk keselamatan dan harus memenuhi persyaratan performa OEM yang menuntut serta persyaratan kualitas, Boge dan mitra telah membangun banyak mekanisme fail-safe ke dalam sistem QC yang mematuhi Industry 4.0 untuk dengan cepat dan akurat memverifikasi bahwa spesifikasi terpenuhi di setiap langkah dalam proses. Data QC disimpan dan setiap pedal menerima nomor identifikasi unik dalam bentuk kode QR untuk menjamin pelacakan 100 persen material, pergantian, dan kondisi proses yang terlibat dalam produksi bagian tersebut.
Pedal rem all-composite yang diproduksi Boge sekitar setengah berat pedal logam. Mereka juga meningkatkan haptik berkendara untuk konsumen, dapat didaur ulang 100 persen pada akhir masa pakai dan memenuhi atau melebihi persyaratan kekuatan bagi baja yang ada.
