Molding in bevestigingsmiddelen tot CFRP-onderdelen

BRON:CW Op de JEC-show in Parijs dit jaar was een van de projectdisplays in de Automotive World-vitrine een ingegoten bevestigingsmiddel ontwikkeld door Böllhoff Otalu (La Ravoire, Frankrijk), de Franse dochteronderneming van de Duitse bevestigingsmiddelleverancier Böllhoff (Bielefeld). Yann Bernard is de productmanager voor de Böllhoff IMTEC HR, wat staat voor I n-M oude TEC hnologie H hoge mechanische R weerstand sluiting. Hij legt uit dat IMTEC HR is ontwikkeld met de innovatieafdelingen van OEM's in de auto-industrie. “We werden gevraagd om aan zware constructies te werken om een ​​hoog prestatieniveau te bereiken. We kunnen zeer sterke composiet onderdelen maken, maar het zwakke punt is de montage. Er was behoefte aan totale samenstellingen zoals stoelen, die aan een vloer bevestigd moesten worden.” Bernard merkt op dat dit in typische metalen constructies werd bereikt met een blindklinknagel of gelaste moer op de vloer. “Maar nu kunnen vloeren van composiet zijn. Dus, hoe bevestig je dit type composietstructuur?”

Het doel was een bevestigingsmiddel dat sterk genoeg was om een ​​composietonderdeel te bevestigen, maar ook om kostenconcurrerend te zijn en geschikt te zijn voor grootschalige productie. "Bevestiging aan metalen vloeren kan eenvoudig worden geïndustrialiseerd met behulp van volledig gerobotiseerde processen", zegt Bernard. “Dus het idee voor IMTEC HR was een geïndustrialiseerde oplossing voor composieten zonder handmatige handelingen.” IMTEC HR-bevestigingsmiddelen kunnen in de mal voor een composietvloerstructuur worden geplaatst en tijdens het gietproces worden geïntegreerd. Bernard noemt IMTEC HR als compatibel met thermohardende en thermoplastische gietprocessen, waaronder harstransfergieten (RTM), compressiegieten en spuitgieten/overmolding.

Voor spuitgieten wordt de bevestiger eerst robotisch op een op de mal bevestigde pen geplaatst. De pen lokaliseert het bevestigingsmiddel en beschermt de schroefdraad aan de binnenkant tegen een laag hars. Vervolgens wordt het composietmateriaal robotisch in de mal geplaatst. De mal is gesloten, het plastic is geïnjecteerd en het onderdeel is uit de vorm gehaald met geïntegreerde sluiting.

Voor persvormen is het proces in wezen hetzelfde, behalve dat de pen een plastic afschroefbare "dop" is en ook dient om het materiaal opzij te duwen voor het inbrengen van de bevestiger in de composiet, waardoor het boren van gaten overbodig wordt. Dit bespaart niet alleen tijd, het voorkomt ook dat de vezels worden gesneden. De pendop beschermt opnieuw de inwendige schroefdraad tijdens het gieten en wordt verwijderd nadat het onderdeel uit de mal is genomen.

“Er zijn geen extra handelingen als de vloer eenmaal is geproduceerd”, merkt Bernard op. “Wij geloven dat deze technologie helpt om composietvloeren of andere structurele onderdelen te maken met betaalbare productiekosten. Het bootst het gebruik van blindklinknagels met metalen vloeren na, omdat de bevestiger al aanwezig is in het gegoten composietdeel. U bevestigt nu de stoel met standaard methoden. Dit is gelijk aan het speelveld omdat onderdelen op een composietvloer hetzelfde kunnen worden bevestigd als op een metalen vloer.”

Om galvanische corrosie te weerstaan, is IMTEC HR verkrijgbaar in verzinkt staal en in roestvrij staal, de laatste voornamelijk gebruikt voor koolstofvezelversterkte kunststof (CFRP). Er zijn ook verschillende bevestigingsversies beschikbaar, waaronder bouten (tapeinden), moeren en afstandhouders. "We kunnen ook de grootte van de gaten en de afmetingen van de bevestiger aanpassen aan specifieke vereisten", zegt Bernard.

Speciale vorm voor energieabsorptie

Ik vroeg Bernard naar de vorm van deze bevestigingsmiddelen en legde uit dat ze leken op andere die ik had gezien, waaronder Big Head en Spida Fixings. Hij zei dat de vorm doet denken aan maar anders is, ontwikkeld om de geleidelijke afgifte van energie mogelijk te maken tijdens crashomstandigheden. "Het is sterk genoeg om hoge mechanische prestaties te leveren, maar kan tijdens crashtestomstandigheden energie absorberen om catastrofale brosse breuk te voorkomen", legt hij uit. “Het maakt elastische en vervolgens plastische vervorming mogelijk zonder te breken. Zonder dit gedrag zou de composietvloer bij de bevestiging vervormen en breken of zou de metalen bevestiging breken. Dit was een probleem bij het aanpassen van bevestigingsmiddelen voor composietstructuren.

Big Head (links) en Spida-bevestigingen (rechts) bevestigingsmiddelen voor composieten.
BRON:Big Head en Spida-bevestigingen.

Een ander aspect van de vorm zijn de bloembladen. "Deze zijn ontworpen om tijdens het gieten in het composietmateriaal te worden ingebed", zegt Bernard. "Je moet dit bevestigingsmiddel zo ontwerpen dat het in het onderdeel wordt ingebed en niet in de mal blijft." Hij merkt ook op dat de bevestigingsflens zich achter het samengestelde onderdeel bevindt en de dikte van de onderdeelsectie niet vermindert. "Dit is belangrijk om een ​​ingebed bevestigingsmiddel te verkrijgen met behoud van het onderdeelgedeelte, wat structurele eigenschappen geeft."

Böllhoff's IMTEC HR-bevestigingsmiddel ontwikkeld voor het vormproces wordt ingebed in het composietdeel zonder de sectiedikte te verminderen. BRON:Böllhoff.

Met Cetim is een speciale versie van IMTEC® HR ontwikkeld die compatibel is met de QSP-productielijn. Cetim is de Franse onderzoeksorganisatie die het Quilted Stratum Process (QSP) heeft ontwikkeld voor een sterk geautomatiseerde productie van composietonderdelen.

Volgens een artikel gepubliceerd door Cetim, vertoont het IMTEC HR-bevestigingsmiddel, waarvoor patent is aangevraagd, ontwikkeld voor QSP een toename van 30-75% in doortrekprestaties en 60-75% verbetering in overlappende afschuifprestaties in vergelijking met conventionele bevestigingsmiddelen.