V současné době existuje mnoho výrobních postupů pro kompozitní materiálové struktury, které lze aplikovat na výrobu a výrobu různých struktur.Avšak s ohledem na efektivitu průmyslové výroby a výrobní náklady leteckého průmyslu, zejména civilních letadel, je naléhavé zlepšit proces vytvrzování, aby se snížil čas a náklady.Rapid Prototyping je nová výrobní metoda založená na principech diskrétního a vrstveného tvarování, což je nízkonákladová technologie rychlého prototypování.Mezi běžné technologie patří lisování, tváření kapalinou a tváření termoplastických kompozitních materiálů.
1. Technologie rychlého prototypování lisováním do forem
Technologie rychlého prototypování lisování je proces, který umístí předem položené předimpregnované polotovary do formovací formy a po uzavření formy se polotovary zhutní a ztuhnou zahřátím a tlakem.Rychlost formování je vysoká, velikost produktu je přesná a kvalita formování je stabilní a rovnoměrná.V kombinaci s automatizační technologií může dosáhnout hromadné výroby, automatizace a nízkonákladové výroby kompozitních konstrukčních součástí z uhlíkových vláken v oblasti civilního letectví.
Kroky tvarování:
① Získejte vysokopevnostní kovovou formu, která odpovídá rozměrům požadovaných dílů pro výrobu, a poté nainstalujte formu do lisu a zahřejte ji.
② Předtvarujte požadované kompozitní materiály do tvaru formy.Předtvarování je zásadní krok, který pomáhá zlepšit výkon hotových dílů.
③ Vložte předtvarované díly do vyhřáté formy.Poté stlačit formu při velmi vysokém tlaku, typicky v rozmezí od 800 psi do 2000 psi (v závislosti na tloušťce součásti a typu použitého materiálu).
④ Po uvolnění tlaku vyjměte díl z formy a odstraňte všechny otřepy.
Výhody lisování:
Z různých důvodů je lisování oblíbenou technologií.Jedním z důvodů, proč je populární, je to, že používá pokročilé kompozitní materiály.Ve srovnání s kovovými částmi jsou tyto materiály často pevnější, lehčí a odolnější vůči korozi, výsledkem čehož jsou předměty s lepšími mechanickými vlastnostmi.
Další výhodou lisování je jeho schopnost vyrábět velmi složité díly.Přestože tato technologie nemůže plně dosáhnout výrobní rychlosti vstřikování plastů, poskytuje více geometrických tvarů ve srovnání s typickými laminovanými kompozitními materiály.Oproti vstřikování plastů umožňuje také delší vlákna, díky čemuž je materiál pevnější.Proto lze lisování považovat za střední cestu mezi vstřikováním plastů a výrobou laminovaných kompozitních materiálů.
1.1 Proces tváření SMC
SMC je zkratka pro kompozitní materiály tvořící plech, tedy kompozitní materiály tvořící plech.Hlavní suroviny jsou složeny ze speciální příze SMC, nenasycené pryskyřice, nízkosrážlivých přísad, plniv a různých přísad.Na začátku 60. let se poprvé objevil v Evropě.Kolem roku 1965 tuto technologii postupně vyvinuly Spojené státy a Japonsko.Koncem 80. let Čína představila pokročilé výrobní linky a procesy SMC ze zahraničí.SMC má výhody, jako je vynikající elektrický výkon, odolnost proti korozi, nízká hmotnost a jednoduchý a flexibilní konstrukční design.Jeho mechanické vlastnosti mohou být srovnatelné s některými kovovými materiály, takže je široce používán v průmyslových odvětvích, jako je doprava, stavebnictví, elektronika a elektrotechnika.
1.2 Proces tváření BMC
V roce 1961 byla uvedena na trh hmota pro formování desek z nenasycené pryskyřice (SMC) vyvinutá společností Bayer AG v Německu.V 60. letech se začala prosazovat Bulk Molding Compound (BMC), v Evropě také známá jako DMC (Dough Molding Compound), která nebyla ve svých raných fázích (50. léta 20. století) zahuštěna;Podle americké definice je BMC zahuštěný BMC.Poté, co Japonsko přijalo evropskou technologii, dosáhlo významných úspěchů v aplikaci a vývoji BMC a v 80. letech se tato technologie stala velmi vyspělou.Dosud byla matrice používaná v BMC nenasycená polyesterová pryskyřice.
BMC patří mezi termosetové plasty.Na základě materiálových charakteristik by teplota materiálu válce vstřikovacího stroje neměla být příliš vysoká, aby se usnadnil tok materiálu.Proto je v procesu vstřikování BMC velmi důležité řízení teploty materiálového barelu a musí být zaveden řídicí systém, který zajistí vhodnost teploty, aby se dosáhlo optimální teploty z přiváděcí části do tryska.
1.3 Lisování polycyklopentadienu (PDCPD).
Lisování polycyklopentadienu (PDCPD) je většinou čistá matrice spíše než vyztužený plast.Princip procesu lisování PDCPD, který se objevil v roce 1984, patří do stejné kategorie jako lisování polyuretanu (PU) a byl poprvé vyvinut ve Spojených státech a Japonsku.
Telene, dceřiná společnost japonské společnosti Zeon Corporation (se sídlem v Bondues, Francie), dosáhla velkého úspěchu ve výzkumu a vývoji PDCPD a svých komerčních operacích.
Samotný proces lisování RIM je snadněji automatizovatelný a má nižší mzdové náklady ve srovnání s procesy, jako je stříkání FRP, RTM nebo SMC.Náklady na formy používané u PDCPD RIM jsou mnohem nižší než u SMC.Například forma na kapotu motoru Kenworth W900L používá niklový plášť a lité hliníkové jádro s nízkou hustotou pryskyřice se specifickou hmotností pouze 1,03, což nejen snižuje náklady, ale také snižuje hmotnost.
1.4 Přímé online formování vláknem vyztužených termoplastických kompozitních materiálů (LFT-D)
Kolem roku 1990 byl na trh v Evropě a Americe uveden LFT (Long Fibre Reinforced Thermoplastics Direct).Společnost CPI Company ve Spojených státech je první společností na světě, která vyvinula přímé inline kompozitní termoplastické formovací zařízení vyztužené dlouhými vlákny a odpovídající technologii (LFT-D, Direct In Line Mixing).Do komerčního provozu vstoupila v roce 1991 a je světovým lídrem v této oblasti.Německá společnost Diffenbarcher se zabývá výzkumem technologie LFT-D již od roku 1989. V současnosti existují především LFT D, Tailored LFT (které mohou dosáhnout lokálního vyztužení na základě strukturálního napětí) a Advanced Surface LFT-D (viditelný povrch, vysoký povrch kvalita) technologie.Z pohledu výrobní linky je úroveň lisu Diffenbarcher velmi vysoká.Vytlačovací systém D-LFT německé společnosti Coperation je v mezinárodním měřítku na předním místě.
1.5 Technologie výroby bez forem (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) je vyvinuto Laser Rapid Prototyping Center univerzity Tsinghua.Technologie rychlého prototypování by měla být aplikována na tradiční procesy odlévání pryskyřice do písku.Nejprve získejte CAD model odlitku z CAD modelu součásti.Soubor STL modelu CAD odlévání je vrstvený, aby se získaly informace o profilu průřezu, které se pak použijí ke generování řídicích informací.Během lisovacího procesu první tryska přesně rozprašuje lepidlo na každou vrstvu písku pomocí počítačového řízení, zatímco druhá tryska rozprašuje katalyzátor po stejné dráze.Oba podléhají spojovací reakci, zpevňují písek vrstvu po vrstvě a tvoří hromadu.Písek v oblasti, kde lepidlo a katalyzátor spolupracují, ztuhne společně, zatímco písek v ostatních oblastech zůstane v zrnitém stavu.Po vytvrzení jedné vrstvy se naváže další vrstva a po nalepení všech vrstev se získá prostorová entita.Původní písek je stále suchý písek v místech, kde není lepidlo nastříkáno, což usnadňuje jeho odstranění.Vyčištěním nevytvrzeného suchého písku uprostřed lze získat licí formu s určitou tloušťkou stěny.Po nanesení nebo impregnaci barvy na vnitřní povrch pískové formy je možné ji použít k lití kovu.
Teplota vytvrzování procesu PCM je obvykle kolem 170 ℃.Skutečné pokládání za studena a odizolování za studena používané v procesu PCM se liší od lisování.Pokládání za studena a stahování za studena zahrnuje postupné pokládání prepregu na formu podle požadavků na strukturu výrobku, když je forma na studeném konci, a poté uzavření formy pomocí tvarovacího lisu po dokončení pokládání, aby se zajistil určitý tlak.V tomto okamžiku se forma zahřeje pomocí stroje na teplotu formy, Obvyklým procesem je zvýšení teploty z pokojové teploty na 170 ℃ a rychlost ohřevu je třeba upravit podle různých produktů.Většina z nich je vyrobena z tohoto plastu.Když teplota formy dosáhne nastavené teploty, provede se izolace a konzervace tlaku, aby se produkt vytvrdil při vysoké teplotě.Po dokončení vytvrzování je také nutné použít stroj na teplotu formy k ochlazení teploty formy na normální teplotu a rychlost ohřevu je také nastavena na 3-5 ℃/min, Poté pokračujte v otevírání formy a extrakci části.
2. Technologie tváření kapalinou
Liquid forming technology (LCM) označuje řadu technologií tváření kompozitních materiálů, které nejprve umístí předlisky ze suchých vláken do uzavřené dutiny formy a poté do dutiny formy po uzavření formy vstřikují tekutou pryskyřici.Pod tlakem pryskyřice stéká a nasakuje vlákna.Ve srovnání s procesem tváření plechovek lisováním za tepla má LCM mnoho výhod, jako je například vhodný pro výrobu dílů s vysokou rozměrovou přesností a komplexním vzhledem;Nízké výrobní náklady a jednoduchá obsluha.
Zejména vysokotlaký RTM proces vyvinutý v posledních letech, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), zkráceně HP-RTM formovací proces.Týká se procesu lisování za použití vysokotlakého tlaku k míchání a vstřikování pryskyřice do vakuově utěsněné formy předem vyložené materiály vyztuženými vlákny a předem zapuštěnými součástmi a poté získávání produktů z kompozitního materiálu plněním tokem pryskyřice, impregnací, vytvrzováním a vyjímáním z formy. .Očekává se, že snížením doby vstřikování bude řízena doba výroby leteckých konstrukčních součástí během desítek minut, čímž se dosáhne vysokého obsahu vláken a vysoce výkonné výroby dílů.
Proces tváření HP-RTM je jedním z procesů tváření kompozitních materiálů široce používaných v mnoha průmyslových odvětvích.Jeho výhody spočívají v možnosti dosažení nízkonákladové, krátkého cyklu, hromadné výroby a vysoce kvalitní výroby (s dobrou kvalitou povrchu) ve srovnání s tradičními RTM procesy.Je široce používán v různých průmyslových odvětvích, jako je výroba automobilů, stavba lodí, výroba letadel, zemědělské stroje, železniční doprava, výroba větrné energie, sportovní zboží atd.
3. Technologie tváření termoplastických kompozitních materiálů
V posledních letech se termoplastické kompozitní materiály staly středem výzkumu v oblasti výroby kompozitních materiálů jak v tuzemsku, tak i v zahraničí, díky jejich výhodám vysoké odolnosti proti nárazu, vysoké houževnatosti, vysoké toleranci poškození a dobré tepelné odolnosti.Svařování s termoplastickými kompozitními materiály může výrazně snížit počet nýtových a šroubových spojů v leteckých konstrukcích, výrazně zlepšit efektivitu výroby a snížit výrobní náklady.Podle společnosti Airframe Collins Aerospace, prvotřídního dodavatele leteckých konstrukcí, mají svařitelné termoplastické konstrukce nelisované za tepla z plechovek potenciál zkrátit výrobní cyklus o 80 % ve srovnání s kovovými a termosetovými kompozitními komponenty.
Použití nejvhodnějšího množství materiálů, výběr nejekonomičtějšího postupu, použití výrobků ve vhodných částech, dosažení předem stanovených cílů návrhu a dosažení ideálního poměru výkon/cena výrobků byly vždy směr úsilí pro odborníky na kompozitní materiály.Věřím, že v budoucnu bude vyvinuto více lisovacích procesů, aby vyhovovaly potřebám výroby.
Čas odeslání: 21. listopadu 2023
