Trenutno obstaja veliko proizvodnih procesov za konstrukcije iz kompozitnih materialov, ki jih je mogoče uporabiti za proizvodnjo in izdelavo različnih struktur.Vendar pa je glede na učinkovitost industrijske proizvodnje in proizvodne stroške letalske industrije, zlasti civilnih letal, nujno izboljšati postopek utrjevanja, da bi zmanjšali čas in stroške.Hitra izdelava prototipov je nova proizvodna metoda, ki temelji na načelih diskretnega in zloženega oblikovanja, kar je nizkocenovna tehnologija hitre izdelave prototipov.Običajne tehnologije vključujejo stiskanje, tekoče oblikovanje in oblikovanje termoplastičnih kompozitnih materialov.
1. Tehnologija hitre izdelave prototipov s stiskanjem kalupov
Tehnologija hitre izdelave prototipov za oblikovanje je postopek, pri katerem se predhodno položeni prepreg surovci namestijo v kalup za modeliranje in ko se kalup zapre, se surovci stisnejo in strdijo s segrevanjem in pritiskom.Hitrost oblikovanja je hitra, velikost izdelka je točna, kakovost oblikovanja pa stabilna in enotna.V kombinaciji s tehnologijo avtomatizacije lahko doseže množično proizvodnjo, avtomatizacijo in poceni proizvodnjo strukturnih komponent iz ogljikovih vlaken na področju civilnega letalstva.
Koraki oblikovanja:
① Pridobite kovinski kalup visoke trdnosti, ki ustreza dimenzijam potrebnih delov za proizvodnjo, nato pa kalup namestite v stiskalnico in ga segrejte.
② Predoblikujte potrebne kompozitne materiale v obliko kalupa.Predoblikovanje je ključni korak, ki pomaga izboljšati delovanje končnih delov.
③ Predoblikovane dele vstavite v segret kalup.Nato stisnite kalup pri zelo visokem tlaku, ki se običajno giblje od 800 psi do 2000 psi (odvisno od debeline dela in vrste uporabljenega materiala).
④ Ko sprostite pritisk, odstranite del iz kalupa in odstranite vse robove.
Prednosti oblikovanja:
Iz različnih razlogov je oblikovanje priljubljena tehnologija.Del razloga, zakaj je priljubljen, je uporaba naprednih kompozitnih materialov.V primerjavi s kovinskimi deli so ti materiali pogosto močnejši, lažji in bolj odporni proti koroziji, zaradi česar imajo predmeti boljše mehanske lastnosti.
Druga prednost oblikovanja je njegova sposobnost izdelave zelo zapletenih delov.Čeprav ta tehnologija ne more v celoti doseči proizvodne hitrosti brizganja plastike, zagotavlja bolj geometrijske oblike v primerjavi s tipičnimi laminiranimi kompozitnimi materiali.V primerjavi z brizganjem plastike omogoča tudi daljša vlakna, zaradi česar je material močnejši.Zato lahko oblikovanje vidimo kot srednjo pot med brizganjem plastike in proizvodnjo laminiranih kompozitnih materialov.
1.1 Postopek oblikovanja SMC
SMC je okrajšava za sheet metal forming composite materials, torej kompozitni materiali za oblikovanje pločevine.Glavne surovine so sestavljene iz posebne preje SMC, nenasičene smole, dodatkov z nizkim krčenjem, polnil in različnih dodatkov.V zgodnjih šestdesetih letih prejšnjega stoletja se je prvič pojavil v Evropi.Okoli leta 1965 sta ZDA in Japonska zaporedoma razvili to tehnologijo.V poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja je Kitajska uvedla napredne proizvodne linije in procese SMC iz tujine.SMC ima prednosti, kot so vrhunska električna zmogljivost, odpornost proti koroziji, majhna teža ter preprosta in prilagodljiva inženirska zasnova.Njegove mehanske lastnosti so lahko primerljive z nekaterimi kovinskimi materiali, zato se pogosto uporablja v panogah, kot so transport, gradbeništvo, elektronika in elektrotehnika.
1.2 Postopek oblikovanja BMC
Leta 1961 je bila lansirana nenasičena zmes za oblikovanje plošč (SMC), ki jo je razvil Bayer AG v Nemčiji.V šestdesetih letih 20. stoletja se je začela promovirati mešanica za oblikovanje v razsutem stanju (BMC), v Evropi znana tudi kot DMC (dough molding compound), ki v zgodnjih fazah (1950) ni bila zgoščena;BMC je po ameriški definiciji odebeljena BMC.Po sprejetju evropske tehnologije je Japonska dosegla pomembne dosežke pri uporabi in razvoju BMC, do osemdesetih let prejšnjega stoletja pa je tehnologija postala zelo zrela.Doslej je bila matrica, uporabljena v BMC, nenasičena poliestrska smola.
BMC spada med termoreaktivne plastike.Glede na značilnosti materiala temperatura soda materiala stroja za brizganje ne sme biti previsoka, da bi olajšali pretok materiala.Zato je v procesu brizganja BMC nadzor temperature soda materiala zelo pomemben in vzpostavljen mora biti nadzorni sistem, ki zagotavlja primernost temperature, da se doseže optimalna temperatura od dovajalnega odseka do šoba.
1.3 Policiklopentadiensko (PDCPD) oblikovanje
Policiklopentadiensko (PDCPD) oblikovanje je večinoma čista matrica in ne ojačana plastika.Načelo postopka oblikovanja PDCPD, ki se je pojavilo leta 1984, spada v isto kategorijo kot oblikovanje poliuretana (PU) in so ga najprej razvile Združene države in Japonska.
Telene, hčerinska družba japonskega podjetja Zeon Corporation (s sedežem v Bonduesu v Franciji), je dosegla velik uspeh pri raziskavah in razvoju PDCPD ter njegovem komercialnem delovanju.
Sam postopek oblikovanja RIM je lažje avtomatizirati in ima nižje stroške dela v primerjavi s postopki, kot so brizganje FRP, RTM ali SMC.Stroški plesni, ki jih uporablja PDCPD RIM, so veliko nižji kot pri SMC.Na primer, model pokrova motorja Kenworth W900L uporablja lupino iz niklja in jedro iz litega aluminija s smolo nizke gostote s specifično težo samo 1,03, kar ne le zmanjša stroške, ampak tudi zmanjša težo.
1.4 Neposredno spletno oblikovanje termoplastičnih kompozitnih materialov, ojačanih z vlakni (LFT-D)
Okoli leta 1990 je bil LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) uveden na trg v Evropi in Ameriki.Podjetje CPI v Združenih državah Amerike je prvo podjetje na svetu, ki je razvilo neposredno linijsko opremo za oblikovanje kompozitnih termoplastov, ojačanih z dolgimi vlakni, in ustrezno tehnologijo (LFT-D, neposredno linijsko mešanje).Komercialno je začela delovati leta 1991 in je na tem področju vodilna v svetu.Diffenbarcher, nemško podjetje, raziskuje tehnologijo LFT-D od leta 1989. Trenutno so na voljo predvsem LFT D, prilagojeni LFT (ki lahko doseže lokalno ojačitev na podlagi strukturne napetosti) in napredni površinski LFT-D (vidna površina, visoka površina). kakovostne) tehnologije.Z vidika proizvodne linije je raven Diffenbarcherjeve stiskalnice zelo visoka.Ekstruzijski sistem D-LFT nemškega podjetja Cooperation je na vodilnem mednarodnem položaju.
1.5 Tehnologija izdelave ulitkov brez kalupov (PCM)
PCM (Patternless Casting Manufacturing) je razvil Laser Rapid Prototyping Center Univerze Tsinghua.Tehnologijo hitre izdelave prototipov je treba uporabiti za tradicionalne postopke litja s smolnim peskom.Najprej pridobite model CAD za ulivanje iz CAD modela dela.Datoteka STL modela CAD za ulivanje je razporejena po plasteh, da se pridobijo informacije o profilu preseka, ki se nato uporabijo za generiranje kontrolnih informacij.Med postopkom oblikovanja prva šoba z računalniškim nadzorom natančno razprši lepilo na vsako plast peska, druga šoba pa po isti poti razprši katalizator.Oba sta podvržena reakciji povezovanja, utrjuje pesek plast za plastjo in tvori kup.Pesek na območju, kjer lepilo in katalizator delujeta skupaj, se skupaj strdi, medtem ko pesek na drugih območjih ostane v zrnatem stanju.Po utrjevanju ene plasti se zlepi naslednja plast, po lepljenju vseh plasti pa dobimo prostorsko entiteto.Prvotni pesek je še vedno suh pesek na območjih, kjer lepilo ni razpršeno, zaradi česar ga je lažje odstraniti.S čiščenjem nestrjenega suhega peska v sredini lahko dobimo kalup z določeno debelino stene.Po nanosu ali impregnaciji barve na notranjo površino peščenega kalupa se lahko uporablja za vlivanje kovine.
Temperaturna točka strjevanja procesa PCM je običajno okoli 170 ℃.Dejansko hladno polaganje in hladno odstranjevanje, ki se uporabljata v procesu PCM, se razlikuje od oblikovanja.Hladno polaganje in hladno odstranjevanje vključuje postopno polaganje preprega na kalup v skladu z zahtevami strukture izdelka, ko je kalup na hladnem koncu, in nato zapiranje kalupa s stiskalnico za oblikovanje, ko je polaganje končano, da se zagotovi določen pritisk.V tem času se kalup segreje s strojem za temperaturo kalupa. Običajni postopek je dvig temperature s sobne temperature na 170 ℃, hitrost segrevanja pa je treba prilagoditi glede na različne izdelke.Večina jih je narejenih iz te plastike.Ko temperatura kalupa doseže nastavljeno temperaturo, se izvede izolacija in ohranitev tlaka, da se izdelek strdi pri visoki temperaturi.Po končanem utrjevanju je treba uporabiti tudi temperaturni stroj za kalup, da temperaturo kalupa ohladite na normalno temperaturo, hitrost segrevanja pa je prav tako nastavljena na 3–5 ℃/min. Nato nadaljujte z odpiranjem kalupa in ekstrakcijo dela.
2. Tehnologija tekočega oblikovanja
Tehnologija tekočega oblikovanja (LCM) se nanaša na niz tehnologij oblikovanja kompozitnih materialov, ki najprej namestijo predoblike suhih vlaken v zaprto votlino kalupa, nato pa vbrizgajo tekočo smolo v votlino kalupa po zaprtju kalupa.Pod pritiskom smola teče in prepoji vlakna.V primerjavi s postopkom oblikovanja pločevink z vročim stiskanjem ima LCM številne prednosti, na primer, da je primeren za izdelavo delov z visoko dimenzijsko natančnostjo in kompleksnim videzom;Nizki proizvodni stroški in enostavno upravljanje.
Zlasti visokotlačni RTM proces, razvit v zadnjih letih, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Moulding), skrajšano HP-RTM molding process.Nanaša se na postopek oblikovanja z uporabo visokotlačnega tlaka za mešanje in vbrizgavanje smole v vakuumsko zaprt kalup, predhodno položen z materiali, ojačenimi z vlakni, in vnaprej vdelanimi komponentami, nato pa pridobivanje izdelkov iz kompozitnih materialov s polnjenjem s pretokom smole, impregnacijo, strjevanjem in odstranjevanjem iz kalupa .Z zmanjšanjem časa vbrizgavanja se pričakuje nadzor nad proizvodnim časom letalskih strukturnih komponent v desetinah minut, s čimer se doseže visoka vsebnost vlaken in visoko zmogljiva proizvodnja delov.
Proces preoblikovanja HP-RTM je eden od postopkov preoblikovanja kompozitnih materialov, ki se pogosto uporablja v številnih panogah.Njegove prednosti so v možnosti doseganja nizkocenovne, kratke ciklične, masovne proizvodnje in visokokakovostne proizvodnje (z dobro kakovostjo površine) v primerjavi s tradicionalnimi RTM postopki.Široko se uporablja v različnih panogah, kot so avtomobilska proizvodnja, ladjedelništvo, proizvodnja letal, kmetijski stroji, železniški promet, proizvodnja vetrne energije, športna oprema itd.
3. Tehnologija oblikovanja termoplastičnih kompozitnih materialov
V zadnjih letih so termoplastični kompozitni materiali postali žarišče raziskav na področju proizvodnje kompozitnih materialov tako doma kot v tujini zaradi svojih prednosti visoke odpornosti na udarce, visoke žilavosti, visoke odpornosti proti poškodbam in dobre toplotne odpornosti.Varjenje s termoplastičnimi kompozitnimi materiali lahko bistveno zmanjša število zakovicnih in vijačnih povezav v konstrukcijah letal, kar močno izboljša učinkovitost proizvodnje in zmanjša proizvodne stroške.Po navedbah Airframe Collins Aerospace, prvorazrednega dobavitelja letalskih struktur, lahko varljive termoplastične strukture, ki niso vroče stiskane, lahko skrajšajo proizvodni cikel za 80 % v primerjavi s kovinskimi in duroplastnimi kompozitnimi komponentami.
Uporaba najprimernejše količine materialov, izbira najbolj ekonomičnega postopka, uporaba izdelkov v ustreznih delih, doseganje vnaprej določenih ciljev oblikovanja in doseganje idealnega razmerja med stroški in zmogljivostjo izdelkov so bile vedno usmeritve. prizadevanj za praktike kompozitnih materialov.Verjamem, da bo v prihodnosti razvitih več postopkov oblikovanja, da bi zadostili potrebam proizvodnega načrtovanja.
Čas objave: 21. novembra 2023
