В настоящее время существует множество процессов производства конструкций из композитных материалов, которые можно применять для производства и изготовления различных конструкций.Однако, учитывая эффективность промышленного производства и производственные затраты авиационной промышленности, особенно гражданских самолетов, необходимо срочно усовершенствовать процесс отверждения для сокращения времени и затрат.Быстрое прототипирование — это новый метод производства, основанный на принципах дискретного и многоуровневого формования, который представляет собой недорогую технологию быстрого прототипирования.Общие технологии включают компрессионное формование, жидкое формование и формование термопластичных композитных материалов.
1. Технология быстрого прототипирования пресс-формы
Технология быстрого прототипирования формования представляет собой процесс, при котором предварительно уложенные заготовки препрега помещаются в формовочную форму, а после закрытия формы заготовки уплотняются и затвердевают за счет нагрева и давления.Скорость формования высокая, размер изделия точный, а качество формования стабильное и однородное.В сочетании с технологией автоматизации это может обеспечить массовое производство, автоматизацию и недорогое производство структурных компонентов из углеродного волокна в области гражданской авиации.
Этапы формования:
① Получить высокопрочную металлическую форму, соответствующую размерам необходимых для производства деталей, затем установить форму в пресс и нагреть ее.
② Придайте требуемым композитным материалам форму формы.Предварительная формовка — важнейший этап, который помогает улучшить характеристики готовых деталей.
③ Вставьте предварительно отформованные детали в нагретую форму.Затем сожмите форму под очень высоким давлением, обычно от 800 до 2000 фунтов на квадратный дюйм (в зависимости от толщины детали и типа используемого материала).
④ После сброса давления извлеките деталь из формы и удалите заусенцы.
Преимущества формовки:
По разным причинам формовка является популярной технологией.Одна из причин его популярности заключается в том, что в нем используются современные композитные материалы.По сравнению с металлическими деталями эти материалы часто прочнее, легче и более устойчивы к коррозии, в результате чего создаются объекты с лучшими механическими свойствами.
Еще одним преимуществом литья является возможность изготовления очень сложных деталей.Хотя эта технология не может в полной мере достичь скорости производства литья пластмасс под давлением, она обеспечивает больше геометрических форм по сравнению с типичными ламинированными композитными материалами.По сравнению с литьем пластика под давлением, он также позволяет использовать более длинные волокна, что делает материал более прочным.Таким образом, формование можно рассматривать как нечто среднее между литьем пластмасс под давлением и производством ламинированных композитных материалов.
1.1 Процесс формирования SMC
SMC — это аббревиатура от листового металла, формирующего композиционные материалы, то есть листового металла, формирующего композиционные материалы.Основное сырье состоит из специальной пряжи SMC, ненасыщенной смолы, добавок с низкой усадкой, наполнителей и различных добавок.В начале 1960-х годов он впервые появился в Европе.Примерно в 1965 году США и Япония последовательно разработали эту технологию.В конце 1980-х годов Китай внедрил передовые производственные линии и процессы SMC из-за границы.SMC имеет такие преимущества, как превосходные электрические характеристики, коррозионная стойкость, малый вес, а также простая и гибкая инженерная конструкция.Его механические свойства сравнимы с некоторыми металлическими материалами, поэтому он широко используется в таких отраслях, как транспорт, строительство, электроника и электротехника.
1.2 Процесс формирования BMC
В 1961 году был запущен в производство листовой формовочный компаунд из ненасыщенной смолы (SMC), разработанный компанией Bayer AG в Германии.В 1960-х годах началось продвижение объемного формовочного компаунда (BMC), также известного в Европе как DMC (тестоформовочный компаунд), который на ранних стадиях (1950-е годы) не загущался;Согласно американскому определению, BMC — это утолщенный BMC.Приняв европейскую технологию, Япония добилась значительных успехов в применении и развитии BMC, и к 1980-м годам технология стала очень зрелой.До сих пор в качестве матрицы, используемой в BMC, использовалась ненасыщенная полиэфирная смола.
BMC относится к термореактивным пластикам.В зависимости от характеристик материала температура цилиндра термопластавтомата не должна быть слишком высокой, чтобы облегчить поток материала.Таким образом, в процессе литья под давлением BMC очень важно контролировать температуру цилиндра с материалом, и должна быть установлена система управления, обеспечивающая соответствие температуры, чтобы достичь оптимальной температуры от секции подачи до насадка.
1.3 Формование полициклопентадиена (ПДЦПД)
Формование из полициклопентадиена (ПДЦПД) в основном представляет собой чистую матрицу, а не армированный пластик.Принцип процесса формования PDCPD, появившийся в 1984 году, относится к той же категории, что и формование полиуретана (ПУ), и впервые был разработан в США и Японии.
Telene, дочерняя компания японской компании Zeon Corporation (расположенная в Бондю, Франция), добилась больших успехов в исследованиях и разработках PDCPD и ее коммерческой деятельности.
Сам процесс формования RIM легче автоматизировать и требует меньших трудозатрат по сравнению с такими процессами, как напыление FRP, RTM или SMC.Стоимость пресс-формы, используемой PDCPD RIM, намного ниже, чем у SMC.Например, в форме капота двигателя Kenworth W900L используется никелевая оболочка и литой алюминиевый сердечник из смолы низкой плотности с удельным весом всего 1,03, что не только снижает затраты, но и снижает вес.
1.4 Прямое онлайн-формование армированных волокном термопластичных композитных материалов (LFT-D)
Примерно в 1990 году LFT (прямые термопласты, армированные длинными волокнами) была представлена на рынке Европы и Америки.Компания CPI в США является первой в мире компанией, разработавшей оборудование для прямого формования композитных термопластов, армированных длинными волокнами, и соответствующую технологию (LFT-D, Direct In Line Mixing).Он вступил в коммерческую эксплуатацию в 1991 году и является мировым лидером в этой области.Немецкая компания Diffenbarcher исследует технологию LFT-D с 1989 года. В настоящее время существуют в основном LFT D, Tailored LFT (которая позволяет добиться локального армирования в зависимости от структурного напряжения) и Advanced Surface LFT-D (видимая поверхность, высокая поверхность). качество) технологии.С точки зрения производственной линии уровень прессов Diffenbarcher очень высок.Экструзионная система D-LFT немецкой компании Coperation занимает лидирующие позиции на международном уровне.
1.5 Технология производства безформового литья (ПКМ)
PCM (производство без шаблонов литья) разработан Центром лазерного быстрого прототипирования Университета Цинхуа.Технология быстрого прототипирования должна применяться к традиционным процессам литья смолы в песчаные формы.Во-первых, получите CAD-модель отливки из CAD-модели детали.STL-файл CAD-модели отливки накладывается на слои для получения информации о профиле поперечного сечения, которая затем используется для создания управляющей информации.В процессе формования первое сопло с помощью компьютера точно распыляет клей на каждый слой песка, а второе распыляет катализатор по той же траектории.Они подвергаются реакции связывания, слой за слоем затвердевая песок и образуя кучу.Песок в зоне совместного действия клея и катализатора затвердевает вместе, тогда как песок в других зонах остается в гранулированном состоянии.После отверждения одного слоя приклеивается следующий слой, и после склеивания всех слоев получается пространственный объект.Исходный песок по-прежнему остается сухим в тех местах, где клей не распыляется, что облегчает его удаление.Очистив середину от незастывшего сухого песка, можно получить литейную форму с определенной толщиной стенок.После нанесения или пропитки краски внутренней поверхности песчаной формы ее можно использовать для заливки металла.
Температура отверждения процесса PCM обычно составляет около 170 ℃.Фактическая холодная укладка и холодная зачистка, используемые в процессе ПКМ, отличаются от формования.Холодная укладка и холодная распалубка включают постепенную укладку препрега на форму в соответствии с требованиями структуры продукта, когда форма находится на холодном конце, а затем закрытие формы с помощью формовочного пресса после завершения укладки для обеспечения определенного давления.В это время форма нагревается с помощью устройства для измерения температуры формы. Обычный процесс заключается в повышении температуры от комнатной до 170 ℃, а скорость нагрева необходимо регулировать в зависимости от различных продуктов.Большинство из них сделаны из этого пластика.Когда температура формы достигает заданной температуры, выполняются изоляция и сохранение давления для отверждения продукта при высокой температуре.После завершения отверждения также необходимо использовать машину для охлаждения формы до нормальной температуры, а скорость нагрева также устанавливается на уровне 3-5 ℃/мин. Затем приступайте к открытию формы и извлечению детали.
2. Технология жидкостной формовки
Технология жидкостного формования (LCM) относится к серии технологий формования композитных материалов, которые сначала помещают сухие волокнистые заготовки в закрытую полость формы, а затем вводят жидкую смолу в полость формы после закрытия формы.Под давлением смола течет и пропитывает волокна.По сравнению с процессом формования банок методом горячего прессования LCM имеет множество преимуществ, например, подходит для изготовления деталей с высокой точностью размеров и сложным внешним видом;Низкая себестоимость и простота эксплуатации.
Особенно это касается процесса RTM высокого давления, разработанного в последние годы, HP-RTM (трансферное формование смолы под высоким давлением), сокращенно называемого процессом формования HP-RTM.Это относится к процессу формования, при котором используется давление высокого давления для смешивания и впрыскивания смолы в вакуумную герметичную форму, предварительно заложенную волокнистыми материалами и предварительно залитыми компонентами, а затем получение изделий из композитных материалов путем наполнения потоком смолы, пропитки, отверждения и извлечения из формы. .Ожидается, что за счет сокращения времени впрыска можно будет контролировать время изготовления компонентов авиационных конструкций в течение десятков минут, добиваясь высокого содержания волокна и высокопроизводительного изготовления деталей.
Процесс формования HP-RTM является одним из процессов формования композитных материалов, широко используемых во многих отраслях промышленности.Его преимущества заключаются в возможности достижения недорогого, короткого цикла, массового производства и высококачественной продукции (с хорошим качеством поверхности) по сравнению с традиционными процессами RTM.Он широко используется в различных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, судостроение, авиастроение, сельскохозяйственное машиностроение, железнодорожный транспорт, ветроэнергетика, производство спортивных товаров и т. д.
3. Технология формования термопластичных композиционных материалов.
В последние годы термопластичные композиционные материалы стали горячей точкой исследований в области производства композиционных материалов как внутри страны, так и за рубежом, благодаря их преимуществам: высокая ударопрочность, высокая ударная вязкость, высокая устойчивость к повреждениям и хорошая термостойкость.Сварка термопластичных композиционных материалов позволяет существенно сократить количество заклепочных и болтовых соединений в авиационных конструкциях, значительно повысить эффективность производства и снизить производственные затраты.По данным Airframe Collins Aerospace, первоклассного поставщика авиационных конструкций, свариваемые термопластические конструкции, формованные без горячего прессования, потенциально могут сократить производственный цикл на 80% по сравнению с металлическими и термореактивными композитными компонентами.
Использование наиболее подходящего количества материалов, выбор наиболее экономичного процесса, использование продуктов в соответствующих частях, достижение заранее определенных целей проектирования и достижение идеального соотношения производительности и стоимости продуктов всегда были направлением. усилий специалистов по композитным материалам.Я считаю, что в будущем будут разработаны новые процессы формования для удовлетворения потребностей проектирования производства.
Время публикации: 21 ноября 2023 г.
