Понастоящем има много производствени процеси за конструкции от композитни материали, които могат да бъдат приложени за производството и производството на различни структури.Въпреки това, като се има предвид ефективността на промишленото производство и производствените разходи на авиационната индустрия, особено на гражданските самолети, е спешно да се подобри процесът на втвърдяване, за да се намалят времето и разходите.Бързото прототипиране е нов метод на производство, базиран на принципите на дискретно и подредено формоване, което е евтина технология за бързо прототипиране.Общите технологии включват компресионно формоване, течно формоване и формоване на термопластични композитни материали.
1. Технология за бързо създаване на прототипи за пресоване на мухъл
Технологията за формоване на бързи прототипи е процес, който поставя предварително положени предварително импрегнирани заготовки във формовъчната форма и след като формата се затвори, заготовките се уплътняват и втвърдяват чрез нагряване и налягане.Скоростта на формоване е бърза, размерът на продукта е точен, а качеството на формоване е стабилно и равномерно.В комбинация с технологията за автоматизация, той може да постигне масово производство, автоматизация и евтино производство на структурни компоненти от въглеродни влакна в областта на гражданската авиация.
Стъпки на формоване:
① Вземете метална форма с висока якост, която съответства на размерите на необходимите части за производство, след което инсталирайте формата в преса и я загрейте.
② Представете необходимите композитни материали във формата на формата.Предварителното формиране е решаваща стъпка, която помага да се подобри работата на готовите части.
③ Поставете предварително оформените части в нагрятата форма.След това компресирайте формата при много високо налягане, обикновено вариращо от 800psi до 2000psi (в зависимост от дебелината на детайла и вида на използвания материал).
④ След отпускане на налягането извадете частта от матрицата и отстранете всички неравности.
Предимства на формоването:
Поради различни причини формоването е популярна технология.Част от причината, поради която е популярен, е, че използва съвременни композитни материали.В сравнение с металните части, тези материали често са по-здрави, по-леки и по-устойчиви на корозия, което води до предмети с по-добри механични свойства.
Друго предимство на формоването е способността му да произвежда много сложни части.Въпреки че тази технология не може напълно да постигне производствената скорост на шприцоването на пластмаса, тя осигурява повече геометрични форми в сравнение с типичните ламинирани композитни материали.В сравнение с пластмасовото шприцоване, то също така позволява по-дълги влакна, което прави материала по-здрав.Следователно формоването може да се разглежда като средата между шприцването на пластмаси и производството на ламинирани композитни материали.
1.1 Процес на формиране на SMC
SMC е съкращението за композитни материали за формоване на ламарина, т.е. композитни материали за формоване на ламарина.Основните суровини се състоят от SMC специална прежда, ненаситена смола, добавки с ниско свиване, пълнители и различни добавки.В началото на 60-те години се появява за първи път в Европа.Около 1965 г. САЩ и Япония последователно разработват тази технология.В края на 80-те години Китай въведе усъвършенствани производствени линии и процеси за SMC от чужбина.SMC има предимства като превъзходни електрически характеристики, устойчивост на корозия, леко тегло и прост и гъвкав инженерен дизайн.Неговите механични свойства могат да бъдат сравними с някои метални материали, така че той се използва широко в индустрии като транспорт, строителство, електроника и електротехника.
1.2 Процес на формиране на BMC
През 1961 г. е пусната на пазара ненаситената смола за формоване на листове (SMC), разработена от Bayer AG в Германия.През 60-те години на миналия век започна да се популяризира насипна смес за формоване (BMC), известна също като DMC (компаунд за формоване на тесто) в Европа, която не беше удебелена в ранните си етапи (1950 г.);Според американската дефиниция BMC е удебелен BMC.След като прие европейската технология, Япония постигна значителни постижения в прилагането и развитието на BMC и до 80-те години технологията стана много зряла.Досега матрицата, използвана в BMC, е ненаситена полиестерна смола.
BMC принадлежи към термореактивни пластмаси.Въз основа на характеристиките на материала, температурата на цевта на материала на машината за леене под налягане не трябва да бъде твърде висока, за да улесни потока на материала.Следователно, в процеса на леене под налягане на BMC, контролирането на температурата на цилиндъра за материал е много важно и трябва да има система за контрол, за да се осигури подходящата температура, за да се постигне оптимална температура от захранващата секция до дюза.
1.3 Полициклопентадиен (PDCPD) формоване
Отливката от полициклопентадиен (PDCPD) е предимно чиста матрица, а не подсилена пластмаса.Принципът на процеса на формоване PDCPD, който се появи през 1984 г., принадлежи към същата категория като формоването на полиуретан (PU) и е разработен за първи път от Съединените щати и Япония.
Telene, дъщерно дружество на японската компания Zeon Corporation (намираща се в Bondues, Франция), постигна голям успех в изследването и развитието на PDCPD и неговите търговски операции.
Самият процес на формоване на RIM е по-лесен за автоматизиране и има по-ниски разходи за труд в сравнение с процеси като FRP пръскане, RTM или SMC.Цената на формата, използвана от PDCPD RIM, е много по-ниска от тази на SMC.Например, калъпът на капака на двигателя на Kenworth W900L използва никелова обвивка и сърцевина от лят алуминий, със смола с ниска плътност и специфично тегло само 1,03, което не само намалява разходите, но и намалява теглото.
1.4 Директно онлайн формоване на подсилени с влакна термопластични композитни материали (LFT-D)
Около 1990 г. LFT (директно подсилени с дълги влакна термопласти) беше представен на пазара в Европа и Америка.CPI Company в Съединените щати е първата компания в света, която разработва оборудване за формоване на композитни термопластични усилени дълги влакна и съответната технология (LFT-D, директно линейно смесване).Влиза в търговска експлоатация през 1991 г. и е световен лидер в тази област.Diffenbarcher, немска компания, проучва LFT-D технологията от 1989 г. В момента има основно LFT D, Tailored LFT (което може да постигне локално укрепване въз основа на структурно напрежение) и Advanced Surface LFT-D (видима повърхност, висока повърхност качествени) технологии.От гледна точка на производствената линия, нивото на пресата на Diffenbarcher е много високо.Системата за екструдиране D-LFT на компанията German Cooperation е на водеща позиция в международен план.
1.5 Технология за производство на безформови отливки (PCM)
PCM (Patternless Casting Manufacturing) е разработен от Лазерния център за бързо прототипиране на университета Цинхуа.Технологията за бързо създаване на прототипи трябва да се прилага към традиционните процеси за леене на смола в пясък.Първо вземете CAD модела на отливката от CAD модела на частта.STL файлът на CAD модела за отливане е наслоен, за да се получи информация за профила на напречното сечение, която след това се използва за генериране на контролна информация.По време на процеса на формоване първата дюза напръсква точно лепилото върху всеки слой пясък чрез компютърно управление, докато втората дюза пръска катализатора по същия път.Двете преминават през реакция на свързване, втвърдявайки пясъка слой по слой и образувайки купчина.Пясъкът в зоната, където лепилото и катализаторът работят заедно, се втвърдява заедно, докато пясъкът в други зони остава в гранулирано състояние.След втвърдяване на един слой, следващият слой се залепва и след като всички слоеве са залепени, се получава пространствена единица.Оригиналният пясък все още е сух пясък в зоните, където лепилото не е пръскано, което улеснява отстраняването му.Чрез почистване на невтвърдения сух пясък в средата може да се получи леярска форма с определена дебелина на стената.След нанасяне или импрегниране на боя върху вътрешната повърхност на пясъчната форма, тя може да се използва за изливане на метал.
Температурата на втвърдяване на PCM процеса обикновено е около 170 ℃.Действителното студено полагане и студено отстраняване, използвани в PCM процеса, е различно от формоването.Студеното полагане и студеното отстраняване включва постепенно полагане на препрега върху матрицата в съответствие с изискванията за структурата на продукта, когато матрицата е в студения край, и след това затваряне на матрицата с пресата за формоване след завършване на полагането, за да се осигури определено налягане.По това време формата се нагрява с помощта на машина за температура на матрицата. Обичайният процес е да се повиши температурата от стайна температура до 170 ℃ и скоростта на нагряване трябва да се регулира според различните продукти.Повечето от тях са направени от тази пластмаса.Когато температурата на формата достигне зададената температура, се извършва изолация и запазване на налягането, за да се втвърди продуктът при висока температура.След завършване на втвърдяването е необходимо също така да се използва машина за температура на матрицата, за да се охлади температурата на матрицата до нормална температура, а скоростта на нагряване също е зададена на 3-5 ℃/мин. След това продължете с отваряне на матрицата и извличане на частта.
2. Технология на течно формоване
Технологията за течно формоване (LCM) се отнася до серия от технологии за формоване на композитен материал, които първо поставят сухи заготовки от влакна в затворена кухина на формата, след което инжектират течна смола в кухината на матрицата след затваряне на формата.Под налягане смолата тече и накисва влакната.В сравнение с процеса на формоване на кутии с горещо пресоване, LCM има много предимства, като например, че е подходящ за производство на части с висока точност на размерите и сложен външен вид;Ниски производствени разходи и лесна работа.
Особено RTM процесът под високо налягане, разработен през последните години, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Moulding), съкратено като HP-RTM процес на формоване.Отнася се до процеса на формоване при използване на налягане под високо налягане за смесване и инжектиране на смола във вакуумно запечатана форма, предварително положена с подсилени с влакна материали и предварително вградени компоненти, и след това получаване на продукти от композитни материали чрез пълнене с поток от смола, импрегниране, втвърдяване и изваждане от формата .Чрез намаляване на времето за инжектиране се очаква да се контролира времето за производство на авиационни структурни компоненти в рамките на десетки минути, постигайки високо съдържание на влакна и високопроизводително производство на части.
Процесът на формоване HP-RTM е един от процесите на формоване на композитни материали, широко използвани в множество индустрии.Неговите предимства се крият във възможността за постигане на ниска цена, кратък цикъл, масово производство и висококачествено производство (с добро качество на повърхността) в сравнение с традиционните RTM процеси.Той се използва широко в различни индустрии като автомобилостроене, корабостроене, производство на самолети, селскостопански машини, железопътен транспорт, производство на вятърна енергия, спортни стоки и др.
3. Технология на формоване на термопластични композитни материали
През последните години термопластичните композитни материали се превърнаха в изследователска гореща точка в областта на производството на композитни материали както в страната, така и в международен план, поради предимствата си на висока устойчивост на удар, висока издръжливост, висока устойчивост на повреди и добра устойчивост на топлина.Заваряването с термопластични композитни материали може значително да намали броя на връзките с нитове и болтове в конструкциите на самолетите, значително подобрявайки ефективността на производството и намалявайки производствените разходи.Според Airframe Collins Aerospace, първокласен доставчик на конструкции за въздухоплавателни средства, заваряемите термопластични конструкции, които не са горещо пресовани, имат потенциала да съкратят производствения цикъл с 80% в сравнение с металните и термореактивните композитни компоненти.
Използването на най-подходящото количество материали, изборът на най-икономичния процес, използването на продукти в подходящите части, постигането на предварително определени цели на дизайна и постигането на идеалното съотношение цена-производителност на продуктите винаги са били посоката на усилията за практикуващите композитни материали.Вярвам, че в бъдеще ще бъдат разработени повече процеси на формоване, за да се отговори на нуждите на производствения дизайн.
Време на публикуване: 21 ноември 2023 г
