Praegu on komposiitmaterjalist struktuuride jaoks palju tootmisprotsesse, mida saab rakendada erinevate konstruktsioonide tootmisel ja valmistamisel.Arvestades aga lennundustööstuse, eriti tsiviillennukite tööstusliku tootmise efektiivsust ja tootmiskulusid, on aja ja kulude vähendamiseks kiireloomuline parandada kõvenemisprotsessi.Rapid Prototyping on uus tootmismeetod, mis põhineb diskreetse ja virnastatud vormimise põhimõtetel, mis on odav kiirprototüüpide valmistamise tehnoloogia.Levinud tehnoloogiad hõlmavad survevalu, vedelvormimist ja termoplastse komposiitmaterjali vormimist.
1. Vormpressimise kiirprototüüpide tehnoloogia
Vormimise kiirprototüüpimise tehnoloogia on protsess, mille käigus asetatakse eelnevalt monteeritud eeltöödeldud toorikud vormimisvormi ning pärast vormi sulgemist toorikud tihendatakse ja tahkutakse kuumutamise ja rõhu abil.Vormimiskiirus on kiire, toote suurus on täpne ja vormimise kvaliteet on stabiilne ja ühtlane.Koos automatiseerimistehnoloogiaga on võimalik saavutada süsinikkiust komposiitkonstruktsioonikomponentide masstootmine, automatiseerimine ja odav tootmine tsiviillennunduses.
Vormimise etapid:
① Hankige ülitugev metallvorm, mis vastab tootmiseks vajalike osade mõõtmetele, ja seejärel paigaldage vorm pressi ja soojendage seda.
② Valmistage vajalikud komposiitmaterjalid vormi kujuliseks.Eelvormimine on ülioluline samm, mis aitab parandada valmisosade jõudlust.
③ Sisestage eelvormitud osad kuumutatud vormi.Seejärel suruge vorm kokku väga kõrge rõhuga, tavaliselt vahemikus 800 psi kuni 2000 psi (olenevalt detaili paksusest ja kasutatud materjali tüübist).
④ Pärast rõhu vabastamist eemaldage osa vormist ja eemaldage kõik pursked.
Vormimise eelised:
Erinevatel põhjustel on vormimine populaarne tehnoloogia.Üks põhjus, miks see on populaarne, on see, et see kasutab täiustatud komposiitmaterjale.Võrreldes metallosadega on need materjalid sageli tugevamad, kergemad ja korrosioonikindlamad, mille tulemuseks on paremad mehaanilised omadused.
Teine vormimise eelis on võime valmistada väga keerulisi osi.Kuigi see tehnoloogia ei suuda täielikult saavutada plastist survevalu tootmiskiirust, annab see tavaliste lamineeritud komposiitmaterjalidega võrreldes rohkem geomeetrilisi kujundeid.Võrreldes plastist survevaluga võimaldab see kasutada ka pikemaid kiude, muutes materjali tugevamaks.Seetõttu võib vormimist vaadelda kui keskteed plasti survevalu ja lamineeritud komposiitmaterjalide valmistamise vahel.
1.1 SMC moodustamise protsess
SMC on lehtmetalli moodustavate komposiitmaterjalide, st lehtmetalli moodustavate komposiitmaterjalide lühend.Peamised toorained koosnevad SMC spetsiaalsest lõngast, küllastumata vaigust, vähese kokkutõmbumisega lisanditest, täiteainetest ja erinevatest lisanditest.1960. aastate alguses ilmus see esmakordselt Euroopas.1965. aasta paiku arendasid USA ja Jaapan seda tehnoloogiat järjest välja.1980. aastate lõpus tutvustas Hiina täiustatud SMC tootmisliine ja protsesse välismaalt.SMC-l on eelised, nagu suurepärane elektriline jõudlus, korrosioonikindlus, kerge kaal ning lihtne ja paindlik tehniline disain.Selle mehaanilised omadused võivad olla võrreldavad teatud metallmaterjalidega, seetõttu kasutatakse seda laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu transport, ehitus, elektroonika ja elektrotehnika.
1.2 BMC vormimisprotsess
1961. aastal toodi turule Saksamaal Bayer AG poolt välja töötatud küllastumata vaigu lehtvormimise segu (SMC).1960. aastatel hakati propageerima Bulk Molding Compoundi (BMC), Euroopas tuntud ka kui DMC (Dough Molding Compound), mida ei paksendatud algstaadiumis (1950. aastad);Ameerika definitsiooni järgi on BMC paksendatud BMC.Pärast Euroopa tehnoloogia vastuvõtmist on Jaapan saavutanud olulisi saavutusi BMC rakendamisel ja arendamisel ning 1980. aastateks oli tehnoloogia muutunud väga küpseks.Siiani on BMC-s kasutatud maatriksiks olnud küllastumata polüestervaik.
BMC kuulub termoreaktiivsete plastide hulka.Materjali omadustest lähtuvalt ei tohiks survevalumasina materjalitünni temperatuur materjali voolu hõlbustamiseks olla liiga kõrge.Seetõttu on BMC survevaluprotsessis materjali tünni temperatuuri reguleerimine väga oluline ja temperatuuri sobivuse tagamiseks peab olema paigas juhtimissüsteem, et saavutada optimaalne temperatuur etteandeosast otsik.
1.3 Polütsüklopentadieeni (PDCPD) vormimine
Polütsüklopentadieeni (PDCPD) vormimine on enamasti puhas maatriks, mitte tugevdatud plastik.PDCPD vormimisprotsessi põhimõte, mis tekkis 1984. aastal, kuulub polüuretaani (PU) vormimisega samasse kategooriasse ning selle arendasid esmakordselt välja USA ja Jaapan.
Jaapani ettevõtte Zeon Corporation tütarettevõte Telene (asub Prantsusmaal Bonduesis) on saavutanud suurt edu PDCPD uurimis- ja arendustegevuses ning selle äritegevuses.
RIM-vormimisprotsessi ennast on lihtsam automatiseerida ja selle tööjõukulud on madalamad võrreldes protsessidega, nagu FRP-pihustamine, RTM või SMC.PDCPD RIM-i kasutatava hallituse maksumus on palju madalam kui SMC-l.Näiteks Kenworth W900L mootorikapoti vorm kasutab niklist kesta ja valatud alumiiniumist südamikku madala tihedusega vaiguga, mille erikaal on vaid 1,03, mis mitte ainult ei vähenda kulusid, vaid vähendab ka kaalu.
1.4 Fiber-tugevdatud termoplastiliste komposiitmaterjalide (LFT-D) otsene vormimine võrgus
1990. aasta paiku toodi Euroopas ja Ameerikas turule LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct).Ameerika Ühendriikides asuv CPI Company on maailma esimene ettevõte, mis arendab otsejoones komposiitmaterjalist pikakiuga tugevdatud termoplasti vormimisseadmeid ja vastavat tehnoloogiat (LFT-D, Direct In Line Mixing).See alustas äritegevust 1991. aastal ja on selles valdkonnas ülemaailmne liider.Saksa ettevõte Diffenbarcher on LFT-D tehnoloogiat uurinud alates 1989. aastast. Praegu on peamiselt LFT D, Tailored LFT (millega saab konstruktsiooni pingetel põhineda lokaalset tugevdust) ja Advanced Surface LFT-D (nähtav pind, kõrge pind). kvaliteet) tehnoloogiad.Tootmisliini vaatenurgast on Diffenbarcheri ajakirjanduse tase väga kõrge.Ettevõtte German Cooperation ekstrusioonisüsteem D-LFT on rahvusvaheliselt liidripositsioonil.
1.5 Vormita valamise tootmistehnoloogia (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) on välja töötatud Tsinghua Ülikooli Laser Rapid Prototyping Centeri poolt.Kiirprototüüpide valmistamise tehnoloogiat tuleks rakendada traditsioonilistes vaigu liivavalu protsessides.Esiteks hankige osa CAD mudelist valu CAD-mudel.Valamis-CAD-mudeli STL-fail on kihiline, et saada ristlõike profiiliteavet, mida seejärel kasutatakse juhtteabe genereerimiseks.Vormimisprotsessi käigus pihustab esimene otsik liimi igale liivakihile arvutijuhtimise teel täpselt, teine otsik aga pihustab katalüsaatorit mööda sama rada.Need kaks läbivad sidumisreaktsiooni, kivistades liiva kiht-kihilt ja moodustades kuhja.Liim selles piirkonnas, kus liim ja katalüsaator koos töötavad, tahkub koos, samas kui teistes piirkondades jääb liiv granuleeritud olekusse.Pärast ühe kihi kõvenemist seotakse järgmine kiht ja pärast kõigi kihtide ühendamist saadakse ruumiline üksus.Algne liiv on endiselt kuiv liiv kohtades, kus liimi ei pritsita, mis muudab selle eemaldamise lihtsamaks.Keskelt kõvastumata kuiva liiva välja puhastades saab kindla seinapaksusega valuvormi.Pärast liivvormi sisepinnale värvi kandmist või immutamist saab seda kasutada metalli valamisel.
PCM-protsessi kõvenemistemperatuur on tavaliselt umbes 170 ℃.PCM-protsessis kasutatav tegelik külmladumine ja külm eemaldamine erineb vormimisest.Külmladumine ja külmeemaldamine hõlmavad prepregi järkjärgulist paigaldamist vormile vastavalt toote struktuuri nõuetele, kui vorm on külmas otsas, ja seejärel vormi sulgemist vormimispressiga pärast ladumise lõppu, et tagada teatud surve.Sel ajal soojendatakse vormi vormitemperatuuri masinaga, tavaline protsess on temperatuuri tõstmine toatemperatuurilt 170 ℃ ja kuumutuskiirust tuleb kohandada vastavalt erinevatele toodetele.Enamik neist on valmistatud sellest plastist.Kui vormi temperatuur jõuab seatud temperatuurini, isoleeritakse ja säilitatakse surve, et toode kõvastuda kõrgel temperatuuril.Pärast kõvenemise lõppu on vaja kasutada ka vormitemperatuuri masinat, et jahutada vormi temperatuur normaalsele temperatuurile, samuti seatakse kuumutuskiirus 3-5 ℃/min, seejärel jätkake vormi avamise ja osade ekstraheerimisega.
2. Vedeliku vormimise tehnoloogia
Vedelvormimistehnoloogia (LCM) viitab komposiitmaterjalide vormimistehnoloogiate seeriale, mille käigus asetatakse esmalt kuivad kiudtoorikud suletud vormiõõnsusse ja seejärel süstitakse pärast vormi sulgemist vormiõõnsusse vedel vaiku.Surve all vaik voolab ja leotab kiud.Võrreldes kuumpressimispurkide vormimisprotsessiga on LCM-il palju eeliseid, näiteks sobib suure mõõtmete täpsuse ja keeruka välimusega osade valmistamiseks;Madalad tootmiskulud ja lihtne töö.
Eriti viimastel aastatel välja töötatud kõrgsurve RTM-protsess, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), lühendatult HP-RTM vormimisprotsess.See viitab vormimisprotsessile, mille käigus vaigu segamiseks ja süstimiseks kasutatakse kõrgsurvesurvet, et segada ja süstida vaakumkinnitatud vormi, mis on eelnevalt paigaldatud kiudtugevdatud materjalide ja eelnevalt põimitud komponentidega, ning seejärel saada komposiitmaterjalist tooted vaiguvooluga täitmise, immutamise, kõvendamise ja vormist lahtivõtmise teel. .Sissepritseaega vähendades loodetakse kontrollida lennunduse konstruktsioonikomponentide tootmisaega kümnete minutitega, saavutades suure kiusisalduse ja suure jõudlusega osade valmistamise.
HP-RTM vormimisprotsess on üks komposiitmaterjalide vormimisprotsesse, mida kasutatakse laialdaselt mitmes tööstuses.Selle eelised seisnevad võimaluses saavutada madalate kuludega, lühikese tsükliga, masstootmist ja kvaliteetset tootmist (hea pinnakvaliteediga) võrreldes traditsiooniliste RTM-protsessidega.Seda kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes, nagu autotööstus, laevaehitus, lennukite tootmine, põllumajandusmasinad, raudteetransport, tuuleenergia tootmine, spordikaubad jne.
3. Termoplastse komposiitmaterjali moodustamise tehnoloogia
Viimastel aastatel on termoplastilised komposiitmaterjalid muutunud komposiitmaterjalide tootmise uurimispunktiks nii riigisiseselt kui ka rahvusvaheliselt, kuna nende eelised on kõrge löögikindlus, kõrge sitkus, kõrge kahjustuste taluvus ja hea kuumakindlus.Termoplastsete komposiitmaterjalidega keevitamine võib oluliselt vähendada neetide ja poltide ühenduste arvu õhusõiduki konstruktsioonides, parandades oluliselt tootmise efektiivsust ja vähendades tootmiskulusid.Lennukikonstruktsioonide esmaklassilise tarnija Airframe Collins Aerospace andmetel võivad kuumpressimata purgist keevitatavad termoplastsed struktuurid lühendada tootmistsüklit 80% võrreldes metallist ja termoreaktiivsetest komposiitkomponentidest.
Sobivama hulga materjalide kasutamine, kõige ökonoomsema protsessi valik, toodete kasutamine sobivates osades, etteantud disainieesmärkide saavutamine ja toodete ideaalse jõudluse kulusuhte saavutamine on alati olnud suund. komposiitmaterjalide praktikute jaoks.Usun, et tulevikus arendatakse rohkem vormimisprotsesse, mis vastavad tootmisdisaini vajadustele.
Postitusaeg: 21.11.2023
