Machine à bobiner la fibre de carbone

• Entraînement par friction

Le frottement entre le rouleau actif (rouleau de friction) et la surface de la bobine entraîne la rotation du mandrin, tandis que le guide-fil effectue un mouvement de va-et-vient à une fréquence définie. Ce système est ainsi adapté au bobinage à grande vitesse (vitesse linéaire ≥ 1 000 m/min) de mèches de gros diamètre (telles que 48K et 64K).

• Centre Drive

Le mandrin est entraîné par un moteur indépendant, et le mouvement alternatif du guide-fil est contrôlé par un système à came ou servo. Ce système garantit une grande précision d'enroulement (désalignement inter-couches ≤ 0,1 mm) et convient aux mèches fines (telles que 1K et 3K) et aux bobines de haute précision.

• Enroulement planétaire

Le mandrin effectue une rotation en décrivant un mouvement planétaire le long d'une trajectoire fixe, ce qui, combiné à l'oscillation du guide-fil, permet d'obtenir une structure de bobinage compacte et sans chevauchement. Ce procédé est particulièrement adapté au bobinage haute densité de fibres de carbone à haut module.

Scénarios d'application

• Aérospatiale : La fibre de carbone à haut module est transformée en paquets haute densité à l'aide d'enrouleurs planétaires pour être utilisée dans les composants structurels des aéronefs.

• Articles de sport : La fibre de carbone à gros brin est enroulée à l’aide d’enrouleurs à friction pour être utilisée dans des produits légers tels que les clubs de golf et les cadres de vélo.

• Nouvelles énergies : Les assemblages de fibres de carbone hautement conductrices produits par les bobineuses peuvent être utilisés comme matériaux d'électrode pour les batteries lithium-ion ou comme plaques pour les piles à combustible à hydrogène.

Une bobineuse collecte principalement les mèches de fibres de carbone grâce à un système de transmission mécanique et de contrôle de la tension. Après sa sortie du four de séchage ou d'autres équipements en amont, la mèche de fibres de carbone pénètre dans un guide. Ce guide, via une série de rouleaux de guidage de haute précision, achemine la mèche avec exactitude vers le mécanisme d'enroulement. Ce dernier est généralement entraîné par un moteur dont la vitesse peut être ajustée en fonction des exigences du processus de production afin de garantir un enroulement de la mèche sur le tambour à la vitesse linéaire appropriée. Le système de contrôle de la tension joue un rôle essentiel dans le processus d'enroulement. Un capteur de tension surveille la tension de la mèche en temps réel et transmet les informations au système de contrôle. En cas de fluctuation de la tension, le système de contrôle ajuste automatiquement la vitesse du moteur ou les paramètres des dispositifs de réglage de la tension (tels que le levier de tension et le frein magnétique à poudre) afin de maintenir la mèche dans la plage de tension définie. Ceci permet d'éviter les problèmes tels que le relâchement de la mèche, le chevauchement ou la rupture dus à une tension irrégulière.

(I) Système de guidage : guidage précis du câble de fibres

Le système de guidage est un composant essentiel de la bobineuse, garantissant l'entrée précise et le suivi de la trajectoire prédéterminée du câble de fibre de carbone dans le mécanisme d'enroulement. Ce système se compose principalement de plusieurs galets de guidage, généralement en céramique haute dureté et faible coefficient de frottement ou en métal chromé, afin de minimiser l'usure du câble lors du guidage. La disposition et l'angle des galets sont soigneusement étudiés pour guider le câble en fonction de l'agencement de la ligne de production de fibre de carbone et de sa trajectoire. Par exemple, sur certaines bobineuses de grande taille, le système de guidage intègre plusieurs rails de guidage réglables. Ces angles peuvent être ajustés électriquement ou manuellement pour répondre aux exigences de guidage du câble selon les spécifications et les procédés de production, assurant ainsi un positionnement précis et stable du câble à son entrée dans le mécanisme d'enroulement, et évitant toute déviation ou vibration.

(II) Mécanisme d'enroulement : Collecte du remorquage

Le mécanisme d'enroulement est l'élément central de la rebobineuse pour la collecte de mèches, et ses performances déterminent directement l'efficacité et la qualité du rebobinage. Ce mécanisme se compose généralement d'un arbre principal, d'un dispositif de serrage du tambour d'enroulement et d'un moteur d'entraînement. L'arbre principal est fabriqué en acier allié haute résistance, offrant une excellente rigidité et une grande précision de rotation, garantissant ainsi un fonctionnement stable du tambour d'enroulement même à grande vitesse. Le dispositif de serrage du tambour d'enroulement, de conception ingénieuse, permet une fixation rapide et sûre de ce dernier, tout en simplifiant son remplacement. Le moteur d'entraînement est généralement un servomoteur haute performance, caractérisé par une réponse rapide et un contrôle précis de la vitesse. Commandé par le servomoteur, le mécanisme d'enroulement peut bobiner des mèches de fibres de carbone de densités linéaires et d'exigences d'enroulement variables. Pendant le processus d'enroulement, la vitesse est automatiquement ajustée en fonction du nombre de couches et du diamètre de la mèche, assurant un enroulement serré et uniforme sur le tambour et évitant les bords lâches ou affaissés.

(III) Système de réglage de la tension : tension de remorquage stable

Le système de réglage de la tension est essentiel pour garantir une qualité constante du câble de fibre de carbone lors du bobinage. La tension du câble étant influencée par divers facteurs, tels que les fluctuations de la vitesse de bobinage, les variations du diamètre de bobinage et les vibrations mécaniques de l'équipement, un système de régulation de tension fiable est indispensable pour maintenir une tension stable. Un système de régulation de tension classique se compose principalement d'un capteur de tension, d'un dispositif de régulation et d'un système de contrôle. Le capteur de tension, souvent une jauge de contrainte de haute précision ou un capteur piézoélectrique, mesure avec précision la tension du câble en temps réel et convertit le signal en un signal électrique, transmis au système de contrôle. Ce dernier compare et analyse la valeur de tension prédéfinie avec la valeur réelle fournie par le capteur. En cas d'écart, le système de contrôle commande immédiatement le dispositif de régulation (par exemple, un frein à poudre magnétique ou un tendeur à bascule) afin de modifier la résistance ou la traction appliquée au câble et ainsi réguler sa tension. Par exemple, lorsque la tension du câble est trop élevée, le système de contrôle réduit le courant d'excitation du frein magnétique, diminuant ainsi son couple de freinage et, par conséquent, la tension du câble. Inversement, lorsque la tension du câble est trop faible, le système de contrôle augmente le courant d'excitation du frein magnétique, ce qui accroît le couple de freinage et, de ce fait, la tension du câble. Grâce à cette méthode de contrôle en boucle fermée, le système de réglage de la tension assure un contrôle stable et précis de la tension du câble, garantissant ainsi la stabilité de la qualité du câble de fibre de carbone pendant l'enroulement.

(I) Défis liés au bobinage à grande vitesse et haute précision : améliorer l’efficacité et la qualité de la production

Avec le développement rapide de l'industrie de la fibre de carbone, les exigences en matière de vitesse et de précision d'enroulement des bobineuses sont de plus en plus strictes. Lors d'un enroulement à grande vitesse, le câble est sujet à des problèmes tels que des vibrations, des déviations, voire des ruptures, ce qui impacte fortement l'efficacité de la production et la qualité des produits. Pour relever ce défi, des roulements et des composants de transmission de haute précision sont utilisés dans la conception mécanique afin de réduire les vibrations et le jeu mécanique pendant le fonctionnement. Par exemple, des vis à billes et des guides linéaires de haute précision garantissent la précision de mouvement du système de guidage et du mécanisme d'enroulement. De plus, des algorithmes de contrôle de mouvement et une technologie de capteurs sont intégrés au système de commande. Grâce à un algorithme de contrôle adaptatif, le système ajuste automatiquement la vitesse du moteur et les paramètres de tension en fonction de l'état du câble pendant l'enroulement, afin de répondre aux exigences d'un enroulement à grande vitesse. Enfin, des capteurs de position et de vitesse de haute précision surveillent en temps réel le mouvement du mécanisme d'enroulement et contrôlent le fonctionnement du moteur pour assurer un enroulement stable à haute vitesse, améliorant ainsi la précision d'enroulement et l'efficacité de la production.

(II) Le défi de l’adaptabilité aux câbles à spécifications multiples : répondre à des exigences de production diverses

Les produits en fibre de carbone trouvent de nombreuses applications, et différents scénarios requièrent des spécifications variables pour les mèches de fibre de carbone. Les bobineuses doivent présenter une excellente adaptabilité aux mèches aux spécifications multiples, permettant une commutation rapide et précise des paramètres de bobinage pour répondre aux divers besoins de production. Pour relever ce défi, le système de commande de la bobineuse est conçu avec des capacités de gestion intelligente des paramètres. Les opérateurs saisissent simplement les spécifications de mèche souhaitées (telles que la densité linéaire, la largeur et la longueur d'enroulement) dans le système de commande. Ce dernier calcule et ajuste automatiquement les paramètres de fonctionnement du système de guidage, du mécanisme d'enroulement et du système de réglage de la tension en fonction d'un modèle de processus prédéfini, permettant une adaptation rapide aux différentes spécifications de mèche. De plus, la conception modulaire de la structure de l'équipement permet un remplacement ou un réglage facile des composants clés (tels que les rouleaux de guidage et les pinces du tambour d'enroulement) afin de s'adapter aux propriétés physiques des différentes spécifications de mèche, renforçant ainsi l'adaptabilité de la bobineuse aux mèches aux spécifications multiples.

(3) Stabilité et fiabilité des équipements : assurer la continuité de la production

Dans le processus de production de fibres de carbone, la bobineuse, en tant qu'équipement de fin de ligne, doit sa stabilité et sa fiabilité à la continuité de l'ensemble de la production. Une panne de bobineuse interrompt non seulement la production, mais peut également entraîner le gaspillage de fibres de carbone produites lors des étapes précédentes, augmentant ainsi les coûts de production. Afin de garantir la stabilité et la fiabilité de l'équipement, des matériaux et des composants de haute qualité sont sélectionnés lors de la fabrication, et la précision d'usinage ainsi que la qualité d'assemblage sont rigoureusement contrôlées. Les composants clés (tels que les moteurs, les roulements et les capteurs) font l'objet d'inspections et de contrôles qualité rigoureux afin de garantir leur conformité aux spécifications. La maintenance courante de l'équipement est renforcée grâce à un plan de maintenance complet prévoyant des inspections, un nettoyage, une lubrification et un étalonnage réguliers. De plus, des fonctions de diagnostic des pannes et d'alerte précoce sont intégrées au système de contrôle. La surveillance en temps réel des paramètres de fonctionnement et de l'état de l'équipement permet de détecter rapidement les pannes potentielles et d'émettre des alertes précoces pour informer les opérateurs et leur permettre d'effectuer la maintenance et la résolution des problèmes, réduisant ainsi efficacement les taux de panne et assurant la continuité de la production.