Jelenleg számos gyártási eljárás létezik a kompozit anyagú szerkezetekre, amelyek különböző szerkezetek gyártására és gyártására alkalmazhatók.Figyelembe véve azonban az ipari termelés hatékonyságát és a repülési ipar, különösen a polgári repülőgépek gyártási költségeit, sürgősen javítani kell a keményedési folyamatot az idő és a költségek csökkentése érdekében.A Rapid Prototyping egy új gyártási módszer, amely a diszkrét és halmozott formázás elvén alapul, ami egy olcsó gyors prototípus-készítési technológia.Az általános technológiák közé tartozik a préselés, a folyékony alakítás és a hőre lágyuló kompozit anyagok alakítása.
1. Formapréselés gyors prototípusgyártási technológia
A fröccsöntés gyors prototípusgyártási technológiája egy olyan eljárás, amely során az előre lefektetett prepreg nyersdarabokat a formába helyezik, majd a forma zárása után a nyersdarabokat hevítés és nyomás hatására tömörítik és megszilárdítják.A fröccsöntési sebesség gyors, a termék mérete pontos, a formázás minősége pedig stabil és egyenletes.Az automatizálási technológiával kombinálva a polgári repülés területén szénszálas kompozit szerkezeti elemek tömeggyártását, automatizálását és alacsony költségű gyártását tudja megvalósítani.
A formázás lépései:
① Szerezzen be egy nagy szilárdságú fémformát, amely megfelel a gyártáshoz szükséges alkatrészek méreteinek, majd helyezze be a formát egy présbe és melegítse fel.
② Előformázza a szükséges kompozit anyagokat a forma formájára.Az előformázás döntő lépés, amely segít javítani a kész alkatrészek teljesítményét.
③ Helyezze be az előformázott részeket a felmelegített formába.Ezután nyomja össze a formát nagyon nagy nyomáson, jellemzően 800 psi és 2000 psi között (az alkatrész vastagságától és a felhasznált anyag típusától függően).
④ A nyomás felengedése után távolítsa el az alkatrészt a formából, és távolítsa el a sorját.
A fröccsöntés előnyei:
Különféle okok miatt a fröccsöntés népszerű technológia.Egyrészt azért népszerű, mert fejlett kompozit anyagokat használ.A fém alkatrészekhez képest ezek az anyagok gyakran erősebbek, könnyebbek és korrózióállóbbak, ami jobb mechanikai tulajdonságú tárgyakat eredményez.
A fröccsöntés másik előnye, hogy nagyon összetett alkatrészeket lehet gyártani.Bár ez a technológia nem tudja teljes mértékben elérni a műanyag fröccsöntés gyártási sebességét, a tipikus laminált kompozit anyagokhoz képest több geometriai formát biztosít.A műanyag fröccsöntéshez képest hosszabb szálakat is lehetővé tesz, így erősebb az anyag.Ezért a fröccsöntés középútnak tekinthető a műanyag fröccsöntés és a laminált kompozit anyagok gyártása között.
1.1 SMC formázási folyamat
Az SMC a lemezalakító kompozit anyagok, azaz a lemezalakító kompozit anyagok rövidítése.A fő nyersanyagok SMC speciális fonalból, telítetlen gyantából, alacsony zsugorodású adalékokból, töltőanyagokból és különféle adalékanyagokból állnak.Az 1960-as évek elején jelent meg először Európában.1965 körül az Egyesült Államok és Japán egymás után fejlesztette ki ezt a technológiát.Az 1980-as évek végén Kína fejlett SMC gyártósorokat és eljárásokat vezetett be külföldről.Az SMC-nek olyan előnyei vannak, mint a kiváló elektromos teljesítmény, a korrózióállóság, a könnyű súly, valamint az egyszerű és rugalmas tervezés.Mechanikai tulajdonságai összemérhetők bizonyos fémanyagokéval, ezért széles körben alkalmazzák olyan iparágakban, mint a közlekedés, az építőipar, az elektronika és az elektrotechnika.
1.2 BMC formálási folyamat
1961-ben piacra dobták a németországi Bayer AG által kifejlesztett telítetlen gyanta lemezformázó keveréket (SMC).Az 1960-as években elkezdték népszerűsíteni a Bulk Molding Compoundot (BMC), más néven DMC-t (Dough Molding Compound) Európában, amelyet korai szakaszában (1950-es években) nem sűrítettek;Az amerikai definíció szerint a BMC egy vastagított BMC.Az európai technológia elfogadása után Japán jelentős eredményeket ért el a BMC alkalmazása és fejlesztése terén, és az 1980-as évekre a technológia nagyon kiforrotttá vált.Eddig a BMC-ben használt mátrix telítetlen poliészter gyanta volt.
A BMC a hőre keményedő műanyagok közé tartozik.Az anyagjellemzők alapján a fröccsöntő gép anyaghordójának hőmérséklete nem lehet túl magas az anyagáramlás megkönnyítése érdekében.Ezért a BMC fröccsöntési folyamatában nagyon fontos az anyaghordó hőmérsékletének szabályozása, és a hőmérséklet megfelelőségét biztosító szabályozó rendszernek kell lennie, hogy az adagoló szakasztól a tartályig optimális hőmérsékletet érjünk el. szórófej.
1.3 Policiklopentadién (PDCPD) öntés
A policiklopentadién (PDCPD) öntés többnyire tiszta mátrix, nem pedig megerősített műanyag.Az 1984-ben megjelent PDCPD fröccsöntési eljárás elve ugyanabba a kategóriába tartozik, mint a poliuretán (PU) fröccsöntés, és először az Egyesült Államokban és Japánban fejlesztették ki.
A Telene, a japán Zeon Corporation leányvállalata (a franciaországi Bondues városában található) nagy sikereket ért el a PDCPD kutatásában és fejlesztésében, valamint kereskedelmi tevékenységében.
Maga a RIM fröccsöntési folyamat könnyebben automatizálható, és alacsonyabbak a munkaerőköltségei az olyan eljárásokhoz képest, mint az FRP permetezés, az RTM vagy az SMC.A PDCPD RIM által használt formaköltség sokkal alacsonyabb, mint az SMC-é.Például a Kenworth W900L motorháztető formája nikkelhéjat és öntött alumínium magot használ, alacsony sűrűségű gyantával, amelynek fajsúlya mindössze 1,03, ami nemcsak a költségeket, hanem a súlyt is csökkenti.
1.4 Szállal megerősített hőre lágyuló kompozit anyagok (LFT-D) közvetlen online formázása
1990 körül az LFT-t (Long Fiber Reforced Thermoplastics Direct) vezették be a piacra Európában és Amerikában.Az egyesült államokbeli CPI Company a világ első olyan vállalata, amely közvetlen soros kompozit hosszúszál-erősítésű hőre lágyuló öntőberendezést és megfelelő technológiát (LFT-D, Direct In Line Mixing) fejlesztett ki.1991-ben kezdett kereskedelmi forgalomba, és ezen a területen világelső.A Diffenbarcher német cég 1989 óta kutatja az LFT-D technológiát. Jelenleg elsősorban az LFT D, a Tailored LFT (amely a szerkezeti feszültség alapján helyi megerősítést érhet el) és az Advanced Surface LFT-D (látható felület, magas felület) létezik. minőségi) technológiák.A gyártósor szempontjából a Diffenbarcher préseinek színvonala nagyon magas.A German Cooperation cég D-LFT extrudáló rendszere nemzetközi szinten vezető pozícióban van.
1.5 Forma nélküli öntvénygyártási technológia (PCM)
A PCM-et (Pattern less Casting Manufacturing) a Tsinghua Egyetem Laser Rapid Prototyping Centere fejlesztette ki.A gyors prototípuskészítési technológiát a hagyományos gyanta-homoköntési eljárásokban kell alkalmazni.Először szerezze be az öntvény CAD modelljét az alkatrész-CAD modellből.Az öntési CAD-modell STL-fájlja rétegezve van, hogy keresztmetszeti profilinformációkat kapjon, amelyeket aztán a vezérlési információk generálására használnak.Az öntési folyamat során az első fúvóka számítógépes vezérléssel pontosan szórja a ragasztót minden homokrétegre, míg a második fúvóka ugyanazon az úton permetezi a katalizátort.A kettő kötési reakción megy keresztül, a homok rétegről rétegre megszilárdul, és halmot képez.A homok azon a területen, ahol a ragasztó és a katalizátor együtt dolgozik, együtt megszilárdul, míg a többi területen a homok szemcsés állapotban marad.Az egyik réteg kikeményítése után a következő réteget összeragasztjuk, majd az összes réteg összeragasztása után térbeli entitást kapunk.Az eredeti homok még mindig száraz homok azokon a területeken, ahol a ragasztó nincs szórva, így könnyebben eltávolítható.A középen meg nem kötött száraz homok kitisztításával egy bizonyos falvastagságú öntőforma nyerhető.A homokforma belső felületének festék felvitele vagy impregnálása után használható fémöntésre.
A PCM eljárás kikeményedési hőmérséklete általában 170 ℃ körül van.A PCM-eljárásban használt tényleges hidegfektetés és hideglehúzás eltér a formázástól.A hideg fektetés és a hideg lehúzás magában foglalja a prepreg fokozatos ráfektetését a formára a termék szerkezeti követelményeinek megfelelően, amikor a forma a hideg végén van, majd a fektetés befejezése után a formát az alakítópréssel lezárják, hogy bizonyos nyomást biztosítsanak.Ekkor a formát öntőforma-hőmérsékletű géppel melegítik fel. A szokásos eljárás a hőmérséklet szobahőmérsékletről 170 ℃-ra történő emelése, és a fűtési sebességet a különböző termékeknek megfelelően kell beállítani.Legtöbbjük ebből a műanyagból készült.Amikor a formahőmérséklet eléri a beállított hőmérsékletet, szigetelést és nyomásállóságot végeznek, hogy a terméket magas hőmérsékleten kikeményítsék.A kikeményedés befejezése után formahőmérsékletű gépet is kell használni a formahőmérséklet normál hőmérsékletre hűtésére, és a fűtési sebességet is 3-5 ℃/perc-re kell beállítani, majd folytassa a formanyitást és az alkatrész-kivonást.
2. Folyadékképzési technológia
A folyékony formázási technológia (LCM) egy sor kompozit anyagformázó technológiát jelent, amelyek először a száraz szálelőformákat helyezik egy zárt formaüregbe, majd a forma bezárása után folyékony gyantát fecskendeznek be a formaüregbe.Nyomás alatt a gyanta folyik és átitatja a szálakat.A melegsajtolású dobozformázó eljáráshoz képest az LCM számos előnnyel rendelkezik, például alkalmas nagy méretpontosságú és összetett megjelenésű alkatrészek gyártására;Alacsony gyártási költség és egyszerű kezelés.
Különösen az elmúlt években kifejlesztett nagynyomású RTM eljárás, a HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), rövidítve HP-RTM fröccsöntési eljárás.Arra a fröccsöntési folyamatra vonatkozik, amikor a gyantát nagynyomású nyomással keverik össze és fecskendezik be egy szálerősítésű anyagokkal és előre beágyazott alkatrészekkel előre lerakott vákuumzárású formába, majd kompozit anyagból állítanak elő termékeket gyantaáramú töltéssel, impregnálással, térhálósítással és a formából való szétszedéssel. .A befecskendezési idő csökkentésével várhatóan több tíz percen belül szabályozza a repülőgép szerkezeti elemeinek gyártási idejét, magas rosttartalmat és nagy teljesítményű alkatrészgyártást érve el.
A HP-RTM formázási eljárás a több iparágban széles körben használt kompozit anyagformázó eljárások egyike.Előnye abban rejlik, hogy a hagyományos RTM-eljárásokhoz képest alacsony költségű, rövid ciklusú, tömeggyártást és jó minőségű gyártást (jó felületi minőséggel) lehet elérni.Széles körben használják különféle iparágakban, mint például az autógyártás, a hajógyártás, a repülőgépgyártás, a mezőgazdasági gépek, a vasúti szállítás, a szélenergia-termelés, a sportszerek stb.
3. Hőre lágyuló kompozit anyagalakítási technológia
Az elmúlt években a hőre lágyuló kompozit anyagok a kompozit anyaggyártás területén hazai és nemzetközi kutatási központtá váltak, köszönhetően a nagy ütésállóság, a nagy szívósság, a nagy sérüléstűrés és a jó hőállóság előnyeinek köszönhetően.A hőre lágyuló kompozit anyagokkal történő hegesztés jelentősen csökkentheti a szegecs- és csavarkötések számát a repülőgép-szerkezetekben, nagymértékben javítva a termelés hatékonyságát és csökkentve a gyártási költségeket.Az Airframe Collins Aerospace, a repülőgép-szerkezetek első osztályú szállítója szerint a nem melegen sajtolt, hegeszthető, hőre lágyuló műanyag szerkezetek 80%-kal lerövidíthetik a gyártási ciklust a fém és hőre keményedő kompozit alkatrészekhez képest.
Mindig is a legmegfelelőbb anyagmennyiség felhasználása, a leggazdaságosabb eljárás kiválasztása, a termékek megfelelő alkatrészekben történő felhasználása, előre meghatározott tervezési célok elérése, a termékek ideális teljesítmény-költségarányának elérése volt az irány. a kompozit anyagokkal foglalkozó szakemberek számára.Úgy gondolom, hogy a jövőben több fröccsöntési eljárást fognak kifejleszteni a gyártástervezési igények kielégítésére.
Feladás időpontja: 2023. november 21
