În prezent, există multe procese de fabricație pentru structurile din material compozit, care pot fi aplicate la producția și fabricarea diferitelor structuri.Cu toate acestea, având în vedere eficiența producției industriale și costurile de producție ale industriei aviației, în special a aeronavelor civile, este urgentă îmbunătățirea procesului de întărire pentru a reduce timpul și costurile.Rapid Prototyping este o nouă metodă de producție bazată pe principiile modelării discrete și stivuite, care este o tehnologie de prototipare rapidă cu costuri reduse.Tehnologiile comune includ turnarea prin compresie, formarea lichidelor și formarea materialului compozit termoplastic.
1. Tehnologia de prototipare rapidă de presare a matriței
Tehnologia de prototipare rapidă a turnării este un proces care plasează semifabricate preimpregnate în matrița de turnare, iar după ce matrița este închisă, semifabricatele sunt compactate și solidificate prin încălzire și presiune.Viteza de turnare este rapidă, dimensiunea produsului este precisă, iar calitatea turnării este stabilă și uniformă.Combinat cu tehnologia de automatizare, poate realiza producția de masă, automatizarea și fabricarea la costuri reduse a componentelor structurale compozite din fibră de carbon în domeniul aviației civile.
Etape de turnare:
① Obțineți o matriță metalică de înaltă rezistență, care se potrivește cu dimensiunile pieselor necesare pentru producție, apoi instalați matrița într-o presă și încălziți-o.
② Preformați materialele compozite necesare în forma matriței.Preformarea este un pas crucial care ajută la îmbunătățirea performanței pieselor finite.
③ Introduceți piesele preformate în matrița încălzită.Apoi comprimați matrița la o presiune foarte mare, de obicei variind de la 800 psi la 2000 psi (în funcție de grosimea piesei și de tipul de material utilizat).
④ După eliberarea presiunii, scoateți piesa din matriță și îndepărtați eventualele bavuri.
Avantajele turnării:
Din diverse motive, turnarea este o tehnologie populară.O parte din motivul pentru care este popular este că folosește materiale compozite avansate.În comparație cu piesele metalice, aceste materiale sunt adesea mai puternice, mai ușoare și mai rezistente la coroziune, rezultând obiecte cu proprietăți mecanice mai bune.
Un alt avantaj al turnării este capacitatea sa de a fabrica piese foarte complexe.Deși această tehnologie nu poate atinge pe deplin viteza de producție a turnării prin injecție a plasticului, ea oferă mai multe forme geometrice în comparație cu materialele compozite laminate tipice.În comparație cu turnarea prin injecție de plastic, permite, de asemenea, fibre mai lungi, făcând materialul mai puternic.Prin urmare, turnarea poate fi văzută ca mijlocul dintre turnarea prin injecție de plastic și fabricarea materialului compozit laminat.
1.1 Procesul de formare SMC
SMC este abrevierea pentru materiale compozite care formează tablă, adică materiale compozite care formează tablă.Principalele materii prime sunt compuse din fire speciale SMC, rășină nesaturată, aditivi cu contracție scăzută, materiale de umplutură și diverși aditivi.La începutul anilor 1960, a apărut pentru prima dată în Europa.În jurul anului 1965, Statele Unite și Japonia au dezvoltat succesiv această tehnologie.La sfârșitul anilor 1980, China a introdus linii și procese avansate de producție SMC din străinătate.SMC are avantaje precum performanță electrică superioară, rezistență la coroziune, greutate redusă și design ingineresc simplu și flexibil.Proprietățile sale mecanice pot fi comparabile cu anumite materiale metalice, așa că este utilizat pe scară largă în industrii precum transportul, construcțiile, electronica și inginerie electrică.
1.2 Procesul de formare BMC
În 1961, a fost lansat compusul de turnare a foilor de rășină nesaturată (SMC) dezvoltat de Bayer AG în Germania.În anii 1960, a început să fie promovat Bulk Molding Compound (BMC), cunoscut și sub denumirea de DMC (Dough Molding Compound) în Europa, care nu a fost îngroșat în fazele sale incipiente (anii 1950);Conform definiției americane, BMC este un BMC îngroșat.După ce a acceptat tehnologia europeană, Japonia a făcut realizări semnificative în aplicarea și dezvoltarea BMC, iar până în anii 1980, tehnologia devenise foarte matură.Până acum, matricea folosită în BMC a fost rășină poliesterică nesaturată.
BMC aparține materialelor plastice termorigide.Pe baza caracteristicilor materialului, temperatura cilindrului de material al mașinii de turnat prin injecție nu trebuie să fie prea mare pentru a facilita fluxul de material.Prin urmare, în procesul de turnare prin injecție al BMC, controlul temperaturii cilindrului de material este foarte important și trebuie să existe un sistem de control pentru a asigura adecvarea temperaturii, pentru a atinge temperatura optimă de la secțiunea de alimentare la duză.
1.3 Turnare cu policiclopentadienă (PDCPD).
Turnarea cu policiclopentadienă (PDCPD) este mai degrabă o matrice pură decât plastic armat.Principiul procesului de turnare PDCPD, care a apărut în 1984, aparține aceleiași categorii cu turnarea poliuretanului (PU) și a fost dezvoltat pentru prima dată de Statele Unite și Japonia.
Telene, o subsidiară a companiei japoneze Zeon Corporation (cu sediul în Bondues, Franța), a obținut un mare succes în cercetarea și dezvoltarea PDCPD și operațiunile sale comerciale.
Procesul de turnare RIM în sine este mai ușor de automatizat și are costuri mai mici cu forța de muncă în comparație cu procese precum pulverizarea FRP, RTM sau SMC.Costul matriței utilizat de PDCPD RIM este mult mai mic decât cel al SMC.De exemplu, matrița capotei motorului Kenworth W900L folosește o carcasă de nichel și un miez din aluminiu turnat, cu o rășină de densitate scăzută cu o greutate specifică de numai 1,03, ceea ce nu numai că reduce costurile, ci și greutatea.
1.4 Formarea directă online a materialelor compozite termoplastice armate cu fibre (LFT-D)
În jurul anului 1990, LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) a fost introdus pe piață în Europa și America.Compania CPI din Statele Unite este prima companie din lume care a dezvoltat echipamente de turnare a materialelor termoplastice armate cu fibre lungi din compozit direct în linie și tehnologia corespunzătoare (LFT-D, Direct In Line Mixing).A intrat in exploatare comerciala in 1991 si este lider global in acest domeniu.Diffenbarcher, o companie germană, cercetează tehnologia LFT-D din 1989. În prezent, există în principal LFT D, Tailored LFT (care poate realiza armături locale pe baza tensiunilor structurale) și Advanced Surface LFT-D (suprafață vizibilă, suprafață înaltă). calitate) tehnologii.Din perspectiva liniei de producție, nivelul presei lui Diffenbarcher este foarte ridicat.Sistemul de extrudare D-LFT al companiei germane Cooperation se află într-o poziție de lider la nivel internațional.
1.5 Tehnologia de fabricație a turnării fără mucegai (PCM)
PCM (Patternless Casting Manufacturing) este dezvoltat de Centrul de Prototipare Rapidă Laser al Universității Tsinghua.Tehnologia de prototipare rapidă ar trebui aplicată proceselor tradiționale de turnare cu nisip de rășină.În primul rând, obțineți modelul CAD de turnare din modelul CAD al piesei.Fișierul STL al modelului CAD de turnare este stratificat pentru a obține informații de profil în secțiune transversală, care sunt apoi utilizate pentru a genera informații de control.În timpul procesului de turnare, prima duză pulverizează cu precizie adezivul pe fiecare strat de nisip prin control computerizat, în timp ce a doua duză pulverizează catalizatorul pe aceeași cale.Cei doi suferă o reacție de lipire, solidificând stratul cu strat de nisip și formând o grămadă.Nisipul din zona în care adezivul și catalizatorul lucrează împreună este solidificat împreună, în timp ce nisipul din alte zone rămâne în stare granulară.După întărirea unui strat, următorul strat este lipit, iar după ce toate straturile sunt lipite, se obține o entitate spațială.Nisipul original este încă nisip uscat în zonele în care adezivul nu este pulverizat, făcându-l mai ușor de îndepărtat.Prin curățarea nisipului uscat neîntărit din mijloc, se poate obține o matriță de turnare cu o anumită grosime a peretelui.După aplicarea sau impregnarea vopselei pe suprafața interioară a matriței de nisip, aceasta poate fi folosită pentru turnarea metalului.
Temperatura de întărire a procesului PCM este de obicei în jur de 170 ℃.Așezarea la rece și decaparea la rece reale utilizate în procesul PCM sunt diferite de turnare.Așezarea la rece și decaparea la rece implică așezarea treptată a preimpregnatului pe matriță, în conformitate cu cerințele structurii produsului, atunci când matrița este la capătul rece, și apoi închiderea matriței cu presa de formare după finalizarea așezării pentru a asigura o anumită presiune.În acest moment, matrița este încălzită folosind o mașină de temperatură a matriței, procesul obișnuit este de a crește temperatura de la temperatura camerei la 170 ℃, iar rata de încălzire trebuie ajustată în funcție de diferite produse.Cele mai multe dintre ele sunt făcute din acest plastic.Când temperatura matriței atinge temperatura setată, se efectuează izolarea și conservarea presiunii pentru a întări produsul la temperatură ridicată.După terminarea întăririi, este, de asemenea, necesar să utilizați o mașină de temperatură a matriței pentru a răci temperatura matriței la temperatura normală, iar viteza de încălzire este, de asemenea, setată la 3-5 ℃/min, apoi continuați cu deschiderea matriței și extracția părții.
2. Tehnologia de formare a lichidelor
Tehnologia de formare lichidă (LCM) se referă la o serie de tehnologii de formare a materialelor compozite care plasează mai întâi preformele din fibre uscate într-o cavitate închisă a matriței, apoi injectează rășină lichidă în cavitatea matriței după închiderea matriței.Sub presiune, rășina curge și înmoaie fibrele.În comparație cu procesul de formare a cutiei de presare la cald, LCM are multe avantaje, cum ar fi faptul că este potrivit pentru fabricarea pieselor cu precizie dimensională ridicată și aspect complex;Costuri reduse de producție și operare simplă.
În special procesul RTM de înaltă presiune dezvoltat în ultimii ani, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), abreviat ca proces de turnare HP-RTM.Se referă la procesul de turnare de utilizare a presiunii de înaltă presiune pentru a amesteca și injecta rășina într-o matriță sigilată în vid, pre-așezată cu materiale armate cu fibre și componente preîncorporate, și apoi obținerea de produse din materiale compozite prin umplere, impregnare, întărire și demulare cu rășină. .Prin reducerea timpului de injectare, se așteaptă să se controleze timpul de fabricație al componentelor structurale de aviație în decurs de zeci de minute, obținând un conținut ridicat de fibre și producție de piese de înaltă performanță.
Procesul de formare HP-RTM este unul dintre procesele de formare a materialelor compozite utilizate pe scară largă în mai multe industrii.Avantajele sale constau în posibilitatea de a realiza o producție de masă cu costuri reduse, ciclu scurt și de înaltă calitate (cu o calitate bună a suprafeței) în comparație cu procesele RTM tradiționale.Este utilizat pe scară largă în diverse industrii, cum ar fi producția de automobile, construcțiile navale, producția de avioane, mașini agricole, transportul feroviar, generarea de energie eoliană, articole sportive etc.
3. Tehnologia de formare a materialelor compozite termoplastice
În ultimii ani, materialele compozite termoplastice au devenit un punct fierbinte de cercetare în domeniul producției de materiale compozite atât pe plan intern, cât și internațional, datorită avantajelor lor de rezistență ridicată la impact, duritate ridicată, toleranță ridicată la deteriorare și rezistență bună la căldură.Sudarea cu materiale compozite termoplastice poate reduce semnificativ numărul de conexiuni cu nituri și șuruburi în structurile aeronavelor, îmbunătățind considerabil eficiența producției și reducând costurile de producție.Potrivit Airframe Collins Aerospace, un furnizor de primă clasă de structuri de aeronave, structurile termoplastice sudabile formate în cutii nepresate la cald au potențialul de a scurta ciclul de fabricație cu 80% în comparație cu componentele metalice și compozite termorigide.
Utilizarea celei mai potrivite cantități de materiale, selectarea celui mai economic proces, utilizarea produselor în părțile corespunzătoare, atingerea obiectivelor de proiectare predeterminate și atingerea raportului ideal de cost al performanței produselor au fost întotdeauna direcția. de eforturi pentru practicienii materialelor compozite.Cred că mai multe procese de turnare vor fi dezvoltate în viitor pentru a satisface nevoile de proiectare a producției.
Ora postării: 21-nov-2023
