För närvarande finns det många tillverkningsprocesser för kompositmaterialstrukturer, som kan tillämpas på produktion och tillverkning av olika strukturer.Med tanke på den industriella produktionseffektiviteten och produktionskostnaderna för flygindustrin, särskilt civila flygplan, är det dock angeläget att förbättra härdningsprocessen för att minska tid och kostnader.Rapid Prototyping är en ny tillverkningsmetod baserad på principerna för diskret och staplad formning, vilket är en snabb prototypteknik till låg kostnad.Vanliga tekniker inkluderar formpressning, vätskeformning och formning av termoplastiskt kompositmaterial.
1. Formpressande snabb prototypteknik
Den snabba prototyptekniken för gjutning är en process som placerar förlagda prepreg-ämnen i gjutformen, och efter att gjutformen är stängd komprimeras ämnena och stelnar genom uppvärmning och tryck.Formningshastigheten är snabb, produktstorleken är korrekt och formningskvaliteten är stabil och enhetlig.I kombination med automationsteknik kan den uppnå massproduktion, automation och lågkostnadstillverkning av kolfiberkompositstrukturkomponenter inom civil luftfart.
Formningssteg:
① Skaffa en höghållfast metallform som matchar måtten på de nödvändiga delarna för tillverkningen och installera sedan formen i en press och värm upp den.
② Förforma de nödvändiga kompositmaterialen i formen på formen.Förformning är ett avgörande steg som hjälper till att förbättra prestandan hos färdiga delar.
③ Sätt in de förformade delarna i den uppvärmda formen.Komprimera sedan formen vid ett mycket högt tryck, vanligtvis från 800psi till 2000psi (beroende på tjockleken på delen och vilken typ av material som används).
④ När du har släppt trycket, ta bort delen från formen och ta bort eventuella grader.
Fördelar med gjutning:
Av olika anledningar är gjutning en populär teknik.En del av anledningen till att den är populär är att den använder avancerade kompositmaterial.Jämfört med metalldelar är dessa material ofta starkare, lättare och mer korrosionsbeständiga, vilket resulterar i föremål med bättre mekaniska egenskaper.
En annan fördel med gjutning är dess förmåga att tillverka mycket komplexa delar.Även om denna teknik inte helt kan uppnå produktionshastigheten för formsprutning av plast ger den mer geometriska former jämfört med typiska laminerade kompositmaterial.Jämfört med formsprutning av plast tillåter det även längre fibrer, vilket gör materialet starkare.Därför kan gjutning ses som mellanvägen mellan formsprutning av plast och tillverkning av laminerat kompositmaterial.
1.1 SMC-formningsprocess
SMC är förkortningen för plåtbildande kompositmaterial, det vill säga plåtbildande kompositmaterial.De huvudsakliga råvarorna är sammansatta av SMC specialgarn, omättat harts, lågkrympande tillsatser, fyllmedel och olika tillsatser.I början av 1960-talet dök den upp för första gången i Europa.Runt 1965 utvecklade USA och Japan successivt denna teknik.I slutet av 1980-talet introducerade Kina avancerade SMC-produktionslinjer och processer från utlandet.SMC har fördelar som överlägsen elektrisk prestanda, korrosionsbeständighet, låg vikt och enkel och flexibel teknisk design.Dess mekaniska egenskaper kan vara jämförbara med vissa metallmaterial, så det används i stor utsträckning inom industrier som transport, konstruktion, elektronik och elektroteknik.
1.2 BMC-formningsprocess
1961 lanserades den omättade plastformningsmassan (SMC) utvecklad av Bayer AG i Tyskland.På 1960-talet började Bulk Molding Compound (BMC) marknadsföras, även känd som DMC (Dough Moulding Compound) i Europa, som inte förtjockades i sina tidiga skeden (1950-talet);Enligt den amerikanska definitionen är BMC en förtjockad BMC.Efter att ha accepterat europeisk teknik har Japan gjort betydande framsteg i tillämpningen och utvecklingen av BMC, och på 1980-talet hade tekniken blivit mycket mogen.Hittills har matrisen som används i BMC varit omättad polyesterharts.
BMC tillhör termosettingplast.Baserat på materialegenskaper bör temperaturen på materialcylindern i formsprutningsmaskinen inte vara för hög för att underlätta materialflödet.Därför, i formsprutningsprocessen av BMC, är det mycket viktigt att kontrollera materialtrummans temperatur, och ett kontrollsystem måste finnas på plats för att säkerställa lämpligheten av temperaturen, för att uppnå den optimala temperaturen från matningssektionen till matningssektionen. munstycke.
1.3 Polycyklopentadien (PDCPD) formning
Polycyklopentadien (PDCPD) gjutning är för det mesta en ren matris snarare än förstärkt plast.PDCPD-formningsprocessprincipen, som kom fram 1984, tillhör samma kategori som polyuretan (PU) formning, och utvecklades först av USA och Japan.
Telene, ett dotterbolag till det japanska företaget Zeon Corporation (beläget i Bondues, Frankrike), har nått stora framgångar inom forskning och utveckling av PDCPD och dess kommersiella verksamhet.
Själva RIM-gjutningsprocessen är lättare att automatisera och har lägre arbetskostnader jämfört med processer som FRP-sprutning, RTM eller SMC.Formkostnaden som används av PDCPD RIM är mycket lägre än för SMC.Till exempel använder motorhuvformen på Kenworth W900L ett nickelskal och gjuten aluminiumkärna, med en lågdensitetsharts med en specifik vikt på endast 1,03, vilket inte bara minskar kostnaderna utan också minskar vikten.
1.4 Direkt onlineformning av fiberförstärkta termoplastiska kompositmaterial (LFT-D)
Omkring 1990 introducerades LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) på marknaden i Europa och Amerika.CPI Company i USA är världens första företag som utvecklar direkt i linje komposit långfiberarmerad termoplastisk formningsutrustning och motsvarande teknologi (LFT-D, Direct In Line Mixing).Det började kommersiell verksamhet 1991 och är en global ledare inom detta område.Diffenbarcher, ett tyskt företag, har forskat på LFT-D-teknik sedan 1989. För närvarande finns det främst LFT D, Tailored LFT (som kan uppnå lokal förstärkning baserad på strukturell påkänning) och Advanced Surface LFT-D (synlig yta, hög yta kvalitet) teknik.Ur produktionslinjens perspektiv är nivån på Diffenbarchers press mycket hög.D-LFT extruderingssystem från tyska Coperation företaget har en ledande position internationellt.
1.5 Formlös gjutningsteknik (PCM)
PCM (Pattern less Casting Manufacturing) är utvecklad av Laser Rapid Prototyping Center vid Tsinghua University.Den snabba prototyptekniken bör tillämpas på traditionella hartssandgjutningsprocesser.Först skaffa gjutnings-CAD-modellen från del-CAD-modellen.STL-filen för den gjutna CAD-modellen är skiktad för att erhålla tvärsnittsprofilinformation, som sedan används för att generera kontrollinformation.Under gjutningsprocessen sprutar det första munstycket limmet noggrant på varje lager av sand genom datorstyrning, medan det andra munstycket sprutar katalysatorn längs samma bana.De två genomgår en bindningsreaktion, stelnar sanden lager för lager och bildar en hög.Sanden i området där limmet och katalysatorn samverkar stelnar tillsammans, medan sanden i andra områden förblir i ett granulärt tillstånd.Efter härdning av ett lager binds nästa lager, och efter att alla lager är sammanfogade erhålls en rumslig enhet.Den ursprungliga sanden är fortfarande torr sand i områden där limmet inte sprayas, vilket gör det lättare att ta bort.Genom att rensa ut den ohärdade torra sanden i mitten kan en gjutform med en viss väggtjocklek erhållas.Efter applicering eller impregnering av färg på den inre ytan av sandformen kan den användas för att hälla metall.
Härdningstemperaturpunkten för PCM-processen är vanligtvis runt 170 ℃.Den faktiska kallläggningen och kallborttagningen som används i PCM-processen skiljer sig från formning.Kallläggning och kall strippning innebär att man gradvis lägger prepreg på formen enligt produktstrukturkraven när formen är i den kalla änden, och sedan stängs formen med formpressen efter att läggningen är klar för att ge ett visst tryck.Vid denna tidpunkt värms formen upp med en formtemperaturmaskin. Den vanliga processen är att höja temperaturen från rumstemperatur till 170 ℃, och uppvärmningshastigheten måste justeras enligt olika produkter.De flesta av dem är gjorda av denna plast.När formtemperaturen når den inställda temperaturen utförs isolering och tryckkonservering för att härda produkten vid hög temperatur.Efter att härdningen är klar är det också nödvändigt att använda en formtemperaturmaskin för att kyla formtemperaturen till normal temperatur, och uppvärmningshastigheten är också inställd på 3-5 ℃/min. Fortsätt sedan med formöppning och delextraktion.
2. Liquid Forming Technology
Liquid forming technology (LCM) hänvisar till en serie kompositmaterialformningsteknologier som först placerar torra fiberförformar i ett slutet formhålrum och sedan injicerar flytande harts i formhålrummet efter att formen stängts.Under tryck flyter hartset och blötlägger fibrerna.Jämfört med varmpressningsburkformningsprocessen har LCM många fördelar, som att vara lämplig för tillverkning av delar med hög dimensionell noggrannhet och komplext utseende;Låg tillverkningskostnad och enkel drift.
Speciellt högtrycks RTM-processen som utvecklats under de senaste åren, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Moulding), förkortad som HP-RTM-formningsprocess.Det hänvisar till formningsprocessen för att använda högtryckstryck för att blanda och injicera harts i en vakuumförseglad form förlagd med fiberförstärkta material och förinbäddade komponenter, och sedan erhålla kompositmaterialprodukter genom hartsflödesfyllning, impregnering, härdning och urformning .Genom att minska insprutningstiden förväntas det kontrollera tillverkningstiden för flygstrukturkomponenter inom tiotals minuter, vilket uppnår hög fiberhalt och högpresterande tillverkning av delar.
HP-RTM-formningsprocessen är en av de kompositmaterialformningsprocesser som ofta används i flera industrier.Dess fördelar ligger i möjligheten att uppnå låg kostnad, kort cykel, massproduktion och högkvalitativ produktion (med god ytkvalitet) jämfört med traditionella RTM-processer.Det används ofta i olika branscher som biltillverkning, skeppsbyggnad, flygplanstillverkning, jordbruksmaskiner, järnvägstransporter, vindkraftsproduktion, sportartiklar etc.
3. Formningsteknik för termoplastiskt kompositmaterial
På senare år har termoplastiska kompositmaterial blivit en forskningshotspot inom området för kompositmaterialtillverkning både nationellt och internationellt, på grund av deras fördelar med hög slaghållfasthet, hög seghet, hög skadetolerans och god värmebeständighet.Svetsning med termoplastiska kompositmaterial kan avsevärt minska antalet nit- och bultanslutningar i flygplanskonstruktioner, vilket avsevärt förbättrar produktionseffektiviteten och minskar produktionskostnaderna.Enligt Airframe Collins Aerospace, en förstklassig leverantör av flygplanskonstruktioner, har icke varmpressade burkformade svetsbara termoplastiska strukturer potentialen att förkorta tillverkningscykeln med 80 % jämfört med metall- och värmehärdande kompositkomponenter.
Användningen av den mest lämpliga mängden material, valet av den mest ekonomiska processen, användningen av produkter i lämpliga delar, uppnåendet av förutbestämda designmål och uppnåendet av det ideala prestandakostnadsförhållandet för produkter har alltid varit riktningen av insatser för utövare av kompositmaterial.Jag tror att fler formningsprocesser kommer att utvecklas i framtiden för att möta produktionsdesignbehov.
Posttid: 2023-nov-21
