Val av fästelement i kompositkomponenter

Terminologiska barriärer, exempel på val av fästelement

Hur bestämmer man effektivt den "korrekta" fästelementtypen för komponenter eller komponenter som involverar komposit- och plastmaterial?För att definiera vilka material och koncept som är tillämpliga på fästelementstyper är det nödvändigt att förstå de inblandade materialen, deras formningsprocess och de nödvändiga anslutnings- eller monteringsfunktionerna.

Ta den interna panelen på ett flygplan som ett exempel.Att helt enkelt beskriva det som ett "kompositmaterial för flyg- och rymdfart" förenklar de rika tillgängliga materialen och processerna.På liknande sätt saknar termen "flygfästelement" specificitet vad gäller de mest lämpliga materialen för fästelement och deras funktionalitet.Fästelement, såsom insticksbultar, nitbultar, ytbundna fästelement och svetsade fästelement, kan alla vara lämpliga för flygtillämpningar, men det finns betydande skillnader i material och funktioner som de kan dras åt med.

Problemet med att söka i fästelementvärlden är hur man klassificerar fästprodukter, vanligtvis använder termer som är specifikt relaterade till fästelement snarare än de material de är bäst lämpade för.Emellertid har kompositmaterialspecifika termer ofta begränsad relevans när du surfar på fästelementkategorier.Till exempel, utan en detaljerad förståelse för ytbindning eller ultraljudssvetsning i fästelementinstallation, hur vet du om ytbindning eller ultraljudssvetsfästelement är lämpliga fästalternativ för varmformade laminerade material?Om din värld handlar om polymermatrisegenskaper, fiberförstärkta strukturer och bearbetningsparametrar, hur söker du och väljer i en värld som diskuterar monteringsstrategier, skärpning av vägbeskrivningar, skärpning av vridmomentförväntningar och målförstörningar?

Att kontakta fästelementsleverantörer eller distributörer för råd och vägledning är vanligtvis ett effektivt och framgångsrikt första steg;Men genom att presentera applikationen på ett sätt som möjliggör enkel och snabb sökning av relevanta alternativ kan ytterligare förenkling uppnås.Här tar vi den termoplastiska flygplanets inre panel som ett exempel för att illustrera de viktiga aspekterna av detta tillvägagångssätt för att förbättra valet av fästelement.

Skärpningskrav
För det första är det till hjälp att definiera fastsättningskrav.Vill du skapa en fästpunkt för kompositmaterial eller plastkomponenter för att förbereda för efterföljande monteringsoperationer?Eller vill du fästa komponenten direkt på kompositmaterial eller plastkomponenter eller fixa den till dem?
För vårt exempel är kravet att skapa fästpunkter - särskilt tillhandahålla gängade anslutningspunkter på kompositpaneler.Därför kommer vi att övergå till teknik som tillhandahåller metoder för att installera och fästa anslutningspunkter, snarare än teknik som används för att direkt fixa samman komponenter.Det är relativt enkelt att klassificera fästtekniker med dessa termer, och termerna är relativt enkla, så alla kan kommunicera på samma språk.

Material koncept
Faktorerna relaterade till de inblandade materialen kan påverka användbarheten av fästelementstyper, men relevansen av dessa faktorer beror vanligtvis på vilken typ av fästelement som övervägs.För att bryta denna cykel och undvika alltför detaljerad dialog under den tidiga filtreringsprocessen, kan vi generellt definiera kompositmaterial och plastmaterial som:
Ingen förstärkt polymer.
Diskontinuerliga fiberförstärkta polymermaterial.
Kontinuerliga fiberförstärkta polymerlaminat.
Smörgåsmaterial.
Non-woven och fibermaterial.
I vårt exempel är flygplanets inre panelmaterial en kontinuerlig fiberförstärkt polymer i en laminerad struktur.Genom att definiera materiella begrepp på detta enkla sätt kan vi snabbt fokusera på en rad relaterade materiella överväganden:
Hur kommer fästelement att integreras i tillverkningsprocesskedjan?
Hur påverkar material montering eller montering?

Till exempel kan integrering av fästelement i kontinuerliga förstärkningsmaterial före eller under varmformning resultera i oönskad processkomplexitet, såsom skärning eller förskjutning av fibrer, vilket kan ha en oönskad inverkan på mekaniska egenskaper.Med andra ord kan kontinuerlig fiberförstärkning utgöra utmaningar för integrationen av sambearbetade fästelement, och människor kanske vill undvika sådana utmaningar.
Samtidigt kräver det bara en grundläggande förståelse för fästteknik för att avgöra om det ska användas samprocessinstallation eller efterprocessinstallation.Genom att förenkla material och fästterminologi är det möjligt att snabbt och enkelt se vilka som matchar och vilka som inte matchar.I vårt exempel bör valet av fästelement fokusera på efterbearbetningstekniker, såvida vi inte vill integrera fästelement i kontinuerliga fiberförstärkta material/tillverkningsprocesser.

Detaljerade krav
Vid denna tidpunkt, för att bestämma de relevanta fästteknikerna, måste vi definiera mer detaljer om fastsättningsstrategin, involverade material och formningsprocessen.För vårt exempel på kontinuerliga fiberförstärkta laminat kommer vi att definiera applikationen enligt följande:
Den allmänna tillämpningen är de interna sidopanelerna på flygplan.
Fäststrategin är att tillhandahålla en bult med dubbelt huvud på baksidan av panelen (ej synlig) för att ansluta polymerfönstrets område med en mutter.
Fästkravet är en blind, osynlig utvändig gängad anslutningspunkt - blind innebär montering/infästning från ena sidan av komponenten - som klarar en utdragningskraft på cirka 500 Newton.
Panel är ett kontinuerligt fiberarmerat termoplastiskt material, och installationen av fästelement måste utföras efter gjutningsprocessen för att undvika att skada den förstärkta strukturen.

Sortera faktorerna ytterligare och välj nedåt
När vi tittar på vårt exempel kan vi börja se att flera faktorer kan påverka vårt beslut om vilken typ av fästelement som ska användas.Frågan är vilken av dessa faktorer som är viktigast, speciellt om kostnaden för fästelementen inte är den enda avgörande faktorn?I vårt exempel kommer vi att begränsa urvalet till ytbundna fästelement eller ultraljudssvetsade fästelement.
Här kan även enkel applikationsinformation vara till hjälp.Att till exempel veta att vi använder termoplastmaterial hjälper oss att ställa relevanta prestandaförväntningar.Med tanke på tillgången på professionella lim och ytbehandlingstekniker kan vi förvänta oss att den mekaniska prestandan för båda teknologierna når en rimlig nivå.
Men eftersom vi vet att applikationen är inom flygindustrin, kan mekaniska sammankopplingar ge enklare prestandagarantier och certifieringsvägar.Lim tar tid att härda, medan ultraljudsinstallation kan laddas omedelbart, så vi bör överväga effekten av processtiden.Åtkomstbegränsningar kan också vara en nyckelfaktor.Även om innerpaneler ofta är lätta att installera för fästelement med automatiska limapplikatorer eller ultraljudsmaskiner, bör de noggrant inspekteras innan det slutliga valet.

Ta det slutliga beslutet
Det är omöjligt att fatta beslut enbart baserat på identifiering av anslutningsmetod och fast tid;Det slutliga beslutet kommer att bero på överväganden om utrustningsinvestering, mekanisk prestanda och hållbarhet, övergripande processtidspåverkan, åtkomstbegränsningar och godkännande- eller certifieringsstrategier.Dessutom kan konstruktion, tillverkning och montering involvera olika intressenter, så det slutliga beslutet kräver deras deltagande.För att fatta detta beslut krävs dessutom att man överväger hela värdeerbjudandet, inklusive produktivitet och total ägandekostnad (TCO – total cost of ownership).Genom att ta en helhetssyn på fästfrågor och ta hänsyn till alla relevanta faktorer under den inledande designfasen, tillverkningsprocessen och slutmonteringsoperationerna, kan produktivitet och TCO beräknas och påverkas positivt.Dessa är en av nyckelprinciperna i Bossards utbildningsportal för monteringsteknikexperter, som syftar till att hjälpa individer att skaffa sig kunskap om monteringsteknik.
I slutändan beror beslutet om vilken åtdragningsstrategi eller produkt som ska användas på flera faktorer - det finns ingen lösning som passar alla och det finns många olika val att överväga.Men, som vi har beskrivit ovan, kan till och med definiera ansökningsdetaljer på ett relativt enkelt sätt förenkla urvalsprocessen, lyfta fram relevanta beslutsfattande faktorer och identifiera områden som kan kräva input från intressenter.