複合コンポーネントのファスナーの選択

用語上の障壁、ファスナー選択経路の例

複合材料やプラスチック材料を含むコンポーネントまたはコンポーネントの「正しい」ファスナー タイプを効率的に判断するにはどうすればよいでしょうか?ファスナーの種類に適用できる材料と概念を定義するには、関連する材料、その形成プロセス、および必要な接続または組み立て機能を理解する必要があります。

航空機の内部パネルを例に挙げます。単に「航空宇宙用複合材料」と説明するだけでは、入手可能な豊富な材料とプロセスが単純化しすぎます。同様に、「航空用ファスナー」という用語には、ファスナーに最適な素材とその機能という点での具体性が欠けています。インサート スタッド、リベット スタッド、表面接着ファスナー、溶接ファスナーなどのファスナーはすべて航空宇宙用途に適していますが、締め付けられる材質や機能には大きな違いがあります。

ファスナーの世界での検索の問題は、ファスナー製品をどのように分類するかということです。通常、ファスナーに最適な素材ではなく、ファスナーに特に関連する用語が使用されます。ただし、ファスナー カテゴリを参照する場合、複合材料固有の用語の関連性は限定的であることがよくあります。たとえば、ファスナーの取り付けにおける表面接着または超音波溶接について詳しく理解していなければ、表面接着または超音波溶接ファスナーが熱成形積層材料に適した締結オプションであるかどうかをどのように判断すればよいでしょうか?あなたの世界がポリマーマトリックスの特性、繊維強化構造、および加工パラメータに関するものである場合、組み立て戦略、締め付け方向、締め付けトルクの期待値、および目標プリロードを議論する世界では、どのように検索して選択すればよいでしょうか?

通常、ファスナーのサプライヤーまたは販売業者に連絡してアドバイスや指導を求めることは、効果的で成功する最初のステップです。ただし、関連するオプションを簡単かつ迅速に検索できるようにアプリケーションを表示することで、さらに簡素化を実現できます。ここでは、熱可塑性航空機インナーパネルを例として取り上げ、ファスナーの選択を改善するためのこのアプローチの重要な側面を説明します。

締め付け要件
まず、締結要件を定義することが役立ちます。後続の組み立て作業に備えて、複合材料またはプラスチック コンポーネントの締結点を作成したいですか?それとも、複合材料やプラスチック部品に直接固定したり、固定したりしたいですか？
この例の場合、要件は締結ポイントを作成すること、特に複合パネルにねじ接続ポイントを提供することです。したがって、コンポーネントを直接固定する技術ではなく、接続ポイントを取り付けて固定する方法を提供する技術にシフトしていきます。これらの用語を使用して締結技術を分類するのは比較的簡単で、用語も比較的単純なので、誰もが同じ言語でコミュニケーションできます。

素材コンセプト
関連する材料に関連する要因は、ファスナーのタイプの適用性に影響を与える可能性がありますが、これらの要因の関連性は通常、考慮されているファスナーのタイプによって異なります。このサイクルを断ち切り、初期の濾過プロセスでの過度に詳細な対話を避けるために、複合材料とプラスチック材料を一般に次のように定義できます。
強化ポリマーはありません。
不連続繊維強化ポリマー材料。
連続繊維強化ポリマーラミネート。
サンドイッチ素材。
不織布および繊維素材。
この例では、航空機の内部パネルの材料は、積層構造の連続繊維強化ポリマーです。この簡単な方法でマテリアルの概念を定義することで、関連する一連のマテリアルの考慮事項にすぐに焦点を当てることができます。
ファスナーは製造プロセスチェーンにどのように組み込まれるのでしょうか?
材料は締結の統合または取り付けにどのような影響を与えますか?

たとえば、熱間成形前または熱間成形中にファスナーを連続強化材に組み込むと、繊維の切断や移動などの望ましくないプロセスの複雑さが生じ、機械的特性に望ましくない影響が生じる可能性があります。言い換えれば、連続繊維強化は、共加工されたファスナーの統合に課題を引き起こす可能性があり、人々はそのような課題を回避したいと考えるかもしれません。
同時に、共プロセス取り付けを使用するかポストプロセス取り付けを使用するかを決定するには、締結技術の基本的な理解だけが必要です。材料と締結用語を簡素化することで、一致するものと一致しないものを迅速かつ簡単に確認することができます。この例では、ファスナーを連続繊維強化材料/製造プロセスに統合する場合を除き、ファスナーの選択は後処理技術に重点を置く必要があります。

詳細な要件
この時点で、関連する締結技術を決定するには、締結戦略、関連する材料、および成形プロセスについてさらに詳細を定義する必要があります。連続繊維強化積層板の例では、アプリケーションを次のように定義します。
一般的な用途は航空機の内部サイドパネルです。
固定方法は、ポリマー窓領域をナットで接続するためにパネルの背面に両頭ボルト (見えません) を提供することです。
固定要件は、ブラインドで目に見えない外部ネジ接続ポイントです。ブラインドとは、コンポーネントの片側からの取り付け/固定を意味します。約 500 ニュートンの引き抜き力に耐えることができます。
パネルは連続繊維で強化された熱可塑性材料であり、強化構造への損傷を避けるために、留め具の取り付けは成形プロセスの後に実行する必要があります。

さらに要因を並べ替えて下方向に選択します
この例を見ると、どのタイプのファスナーを使用するかの決定に複数の要因が影響を与える可能性があることがわかります。問題は、特にファスナーのコストが唯一の決定要因ではない場合、これらの要因のうちどれが最も重要であるかということです。この例では、選択範囲を表面接着ファスナーまたは超音波溶接ファスナーに絞り込みます。
ここでは、簡単なアプリケーション情報でも役立ちます。たとえば、熱可塑性材料を使用していることを知っていると、関連するパフォーマンスの期待値を設定するのに役立ちます。専門的な接着剤と表面処理技術の利用可能性を考慮すると、両方の技術の機械的性能が妥当なレベルに達することが期待できます。
ただし、アプリケーションが航空宇宙分野であることがわかっているため、機械的インターロック接続により、より簡単なパフォーマンス保証と認証経路を提供できます。接着剤は硬化するのに時間がかかりますが、超音波取り付けはすぐにロードできるため、プロセス時間の影響を考慮する必要があります。アクセス制限も重要な要素となる可能性があります。多くの場合、内側パネルは自動接着剤塗布装置や超音波機械を使用して簡単にファスナーを取り付けることができますが、最終的な選択の前に慎重に検査する必要があります。

最終決定を下す
接続方法の識別と固定時間のみに基づいて決定を下すことは不可能です。最終的な決定は、設備投資、機械的性能と耐久性、全体的なプロセス時間への影響、アクセス制限、承認または認証戦略を考慮して決定されます。さらに、設計、製造、組立作業にはさまざまな関係者が関与する場合があるため、最終的な決定にはそれらの関係者の参加が必要です。さらに、この決定を下すには、生産性や総所有コスト (TCO - 総所有コスト) を含む、価値提案全体を考慮する必要があります。締結の問題を総合的に捉え、初期設計段階、製造プロセス、最終組立作業中に関連するすべての要素を考慮することで、生産性と TCO を計算し、プラスの影響を与えることができます。これらは、個人が組立技術の知識を習得できるようにすることを目的とした、Bossard 組立技術専門家教育ポータルの重要な原則の 1 つです。
最終的に、どの引き締め戦略または製品を使用するかの決定は、複数の要因に依存します。すべてに適合する唯一の解決策はなく、考慮すべきさまざまな選択肢が多数あります。ただし、上で概説したように、比較的単純な方法でアプリケーションの詳細を定義するだけでも、選択プロセスを簡素化し、関連する意思決定要素を強調し、利害関係者の入力が必要な可能性のある領域を特定できます。