Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλές διαδικασίες κατασκευής για δομές από σύνθετα υλικά, οι οποίες μπορούν να εφαρμοστούν στην παραγωγή και κατασκευή διαφορετικών κατασκευών.Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη την αποδοτικότητα της βιομηχανικής παραγωγής και το κόστος παραγωγής της αεροπορικής βιομηχανίας, ιδιαίτερα των πολιτικών αεροσκαφών, είναι επείγουσα η βελτίωση της διαδικασίας ωρίμανσης για τη μείωση του χρόνου και του κόστους.Το Rapid Prototyping είναι μια νέα μέθοδος κατασκευής που βασίζεται στις αρχές της διακριτής και στοιβαγμένης διαμόρφωσης, η οποία είναι μια χαμηλού κόστους τεχνολογία γρήγορης δημιουργίας πρωτοτύπων.Οι κοινές τεχνολογίες περιλαμβάνουν τη χύτευση με συμπίεση, τη διαμόρφωση υγρού και τη διαμόρφωση θερμοπλαστικού σύνθετου υλικού.
1. Τεχνολογία ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων συμπίεσης καλουπιών
Η τεχνολογία ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων χύτευσης είναι μια διαδικασία που τοποθετεί προστρωμένα τεμάχια προεμποτισμού στο καλούπι και αφού κλείσει το καλούπι, τα ακατέργαστα τεμάχια συμπιέζονται και στερεοποιούνται μέσω θέρμανσης και πίεσης.Η ταχύτητα χύτευσης είναι γρήγορη, το μέγεθος του προϊόντος είναι ακριβές και η ποιότητα χύτευσης είναι σταθερή και ομοιόμορφη.Σε συνδυασμό με την τεχνολογία αυτοματισμού, μπορεί να επιτύχει μαζική παραγωγή, αυτοματισμό και χαμηλού κόστους κατασκευή σύνθετων δομικών στοιχείων από ανθρακονήματα στον τομέα της πολιτικής αεροπορίας.
Βήματα χύτευσης:
① Προμηθευτείτε ένα μεταλλικό καλούπι υψηλής αντοχής που ταιριάζει με τις διαστάσεις των απαιτούμενων εξαρτημάτων για την παραγωγή και, στη συνέχεια, τοποθετήστε το καλούπι σε πρέσα και θερμαίνετε το.
② Προμορφώστε τα απαιτούμενα σύνθετα υλικά στο σχήμα του καλουπιού.Η προδιαμόρφωση είναι ένα κρίσιμο βήμα που βοηθά στη βελτίωση της απόδοσης των τελικών εξαρτημάτων.
③ Εισαγάγετε τα προσχηματισμένα μέρη στο θερμαινόμενο καλούπι.Στη συνέχεια, συμπιέστε το καλούπι σε πολύ υψηλή πίεση, που κυμαίνεται συνήθως από 800psi έως 2000psi (ανάλογα με το πάχος του εξαρτήματος και τον τύπο του υλικού που χρησιμοποιείται).
④ Αφού απελευθερώσετε την πίεση, αφαιρέστε το εξάρτημα από το καλούπι και αφαιρέστε τυχόν γρέζια.
Πλεονεκτήματα χύτευσης:
Για διάφορους λόγους, η χύτευση είναι μια δημοφιλής τεχνολογία.Μέρος του λόγου για τον οποίο είναι δημοφιλές είναι επειδή χρησιμοποιεί προηγμένα σύνθετα υλικά.Σε σύγκριση με τα μεταλλικά μέρη, αυτά τα υλικά είναι συχνά ισχυρότερα, ελαφρύτερα και πιο ανθεκτικά στη διάβρωση, με αποτέλεσμα αντικείμενα με καλύτερες μηχανικές ιδιότητες.
Ένα άλλο πλεονέκτημα του καλουπώματος είναι η ικανότητά του να κατασκευάζει πολύ περίπλοκα εξαρτήματα.Αν και αυτή η τεχνολογία δεν μπορεί να επιτύχει πλήρως την ταχύτητα παραγωγής της χύτευσης με έγχυση πλαστικού, παρέχει περισσότερα γεωμετρικά σχήματα σε σύγκριση με τα τυπικά ελασματοποιημένα σύνθετα υλικά.Σε σύγκριση με τη χύτευση με έγχυση πλαστικού, επιτρέπει επίσης μεγαλύτερες ίνες, καθιστώντας το υλικό ισχυρότερο.Επομένως, η χύτευση μπορεί να θεωρηθεί ως η μέση λύση μεταξύ της χύτευσης με έγχυση πλαστικού και της κατασκευής πολυστρωματικών σύνθετων υλικών.
1.1 Διαδικασία διαμόρφωσης SMC
Το SMC είναι η συντομογραφία των σύνθετων υλικών που σχηματίζουν λαμαρίνα, δηλαδή σύνθετα υλικά που σχηματίζουν λαμαρίνες.Οι κύριες πρώτες ύλες αποτελούνται από ειδικά νήματα SMC, ακόρεστη ρητίνη, πρόσθετα χαμηλής συρρίκνωσης, πληρωτικά και διάφορα πρόσθετα.Στις αρχές της δεκαετίας του 1960, εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην Ευρώπη.Γύρω στο 1965, οι Ηνωμένες Πολιτείες και η Ιαπωνία ανέπτυξαν διαδοχικά αυτή την τεχνολογία.Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, η Κίνα εισήγαγε προηγμένες γραμμές παραγωγής και διαδικασίες SMC από το εξωτερικό.Η SMC έχει πλεονεκτήματα όπως ανώτερη ηλεκτρική απόδοση, αντοχή στη διάβρωση, μικρό βάρος και απλό και ευέλικτο μηχανολογικό σχεδιασμό.Οι μηχανικές του ιδιότητες μπορεί να είναι συγκρίσιμες με ορισμένα μεταλλικά υλικά, επομένως χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες όπως οι μεταφορές, οι κατασκευές, τα ηλεκτρονικά και η ηλεκτρική μηχανική.
1.2 Διαδικασία σχηματισμού BMC
Το 1961, κυκλοφόρησε η ένωση χύτευσης φύλλων ακόρεστης ρητίνης (SMC) που αναπτύχθηκε από την Bayer AG στη Γερμανία.Στη δεκαετία του 1960, άρχισε να προωθείται το Bulk Molding Compound (BMC), γνωστό και ως DMC (Dough Molding Compound) στην Ευρώπη, το οποίο δεν είχε πήξει στα πρώτα του στάδια (δεκαετία του 1950).Σύμφωνα με τον αμερικανικό ορισμό, το BMC είναι ένα παχύρρευστο BMC.Μετά την αποδοχή της ευρωπαϊκής τεχνολογίας, η Ιαπωνία έχει σημειώσει σημαντικά επιτεύγματα στην εφαρμογή και την ανάπτυξη του BMC, και μέχρι τη δεκαετία του 1980, η τεχνολογία είχε γίνει πολύ ώριμη.Μέχρι στιγμής, η μήτρα που χρησιμοποιείται στο BMC ήταν ρητίνη ακόρεστου πολυεστέρα.
Το BMC ανήκει στα θερμοσκληρυνόμενα πλαστικά.Με βάση τα χαρακτηριστικά του υλικού, η θερμοκρασία του κυλίνδρου υλικού της μηχανής χύτευσης με έγχυση δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή για να διευκολύνει τη ροή του υλικού.Επομένως, στη διαδικασία χύτευσης με έγχυση του BMC, ο έλεγχος της θερμοκρασίας της κάννης υλικού είναι πολύ σημαντικός και πρέπει να υπάρχει ένα σύστημα ελέγχου για να διασφαλίζεται η καταλληλότητα της θερμοκρασίας, προκειμένου να επιτευχθεί η βέλτιστη θερμοκρασία από το τμήμα τροφοδοσίας στο στόμιο.
1.3 Χύτευση πολυκυκλοπενταδιενίου (PDCPD).
Η χύτευση πολυκυκλοπενταδιενίου (PDCPD) είναι ως επί το πλείστον καθαρή μήτρα και όχι ενισχυμένο πλαστικό.Η αρχή της διαδικασίας καλουπώματος PDCPD, η οποία εμφανίστηκε το 1984, ανήκει στην ίδια κατηγορία με τη χύτευση πολυουρεθάνης (PU) και αναπτύχθηκε για πρώτη φορά από τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Ιαπωνία.
Η Telene, θυγατρική της ιαπωνικής εταιρείας Zeon Corporation (με έδρα στο Bondues, Γαλλία), έχει επιτύχει μεγάλη επιτυχία στην έρευνα και ανάπτυξη του PDCPD και των εμπορικών δραστηριοτήτων του.
Η ίδια η διαδικασία χύτευσης RIM είναι ευκολότερο να αυτοματοποιηθεί και έχει χαμηλότερο κόστος εργασίας σε σύγκριση με διαδικασίες όπως ο ψεκασμός FRP, το RTM ή το SMC.Το κόστος καλουπιού που χρησιμοποιείται από την PDCPD RIM είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό της SMC.Για παράδειγμα, το καλούπι του καπό κινητήρα του Kenworth W900L χρησιμοποιεί κέλυφος νικελίου και πυρήνα από χυτό αλουμίνιο, με ρητίνη χαμηλής πυκνότητας με ειδικό βάρος μόνο 1,03, που όχι μόνο μειώνει το κόστος αλλά και μειώνει το βάρος.
1.4 Άμεση Διαδικτυακή Διαμόρφωση Θερμοπλαστικών Σύνθετων Υλικών Ενισχυμένων με Ινών (LFT-D)
Γύρω στο 1990, το LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) εισήχθη στην αγορά στην Ευρώπη και την Αμερική.Η CPI Company στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι η πρώτη εταιρεία στον κόσμο που ανέπτυξε απευθείας σε σειρά εξοπλισμό σύνθετης μακράς ίνας ενισχυμένης θερμοπλαστικής χύτευσης και αντίστοιχης τεχνολογίας (LFT-D, Direct In Line Mixing).Ξεκίνησε εμπορική λειτουργία το 1991 και είναι παγκόσμιος ηγέτης στον τομέα αυτό.Η Diffenbarcher, μια γερμανική εταιρεία, ερευνά την τεχνολογία LFT-D από το 1989. Επί του παρόντος, υπάρχουν κυρίως LFT D, Tailored LFT (που μπορούν να επιτύχουν τοπική ενίσχυση με βάση τη δομική καταπόνηση) και Advanced Surface LFT-D (ορατή επιφάνεια, υψηλή επιφάνεια ποιότητα) τεχνολογίες.Από την πλευρά της γραμμής παραγωγής, το επίπεδο της πρέσας της Diffenbarcher είναι πολύ υψηλό.Το σύστημα διέλασης D-LFT της γερμανικής εταιρείας Coperation βρίσκεται σε ηγετική θέση διεθνώς.
1.5 Mouldless Casting Manufacturing Technology (PCM)
Το PCM (Pattern less Casting Manufacturing) αναπτύχθηκε από το Laser Rapid Prototyping Center του Πανεπιστημίου Tsinghua.Η τεχνολογία ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων θα πρέπει να εφαρμοστεί στις παραδοσιακές διαδικασίες χύτευσης με άμμο ρητίνης.Αρχικά, αποκτήστε το μοντέλο CAD χύτευσης από το μοντέλο ανταλλακτικού CAD.Το αρχείο STL του μοντέλου CAD χύτευσης τοποθετείται σε επίπεδα για να ληφθούν πληροφορίες προφίλ διατομής, οι οποίες στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία πληροφοριών ελέγχου.Κατά τη διαδικασία χύτευσης, το πρώτο ακροφύσιο ψεκάζει με ακρίβεια την κόλλα σε κάθε στρώμα άμμου με έλεγχο υπολογιστή, ενώ το δεύτερο ακροφύσιο ψεκάζει τον καταλύτη κατά μήκος της ίδιας διαδρομής.Τα δύο υφίστανται μια αντίδραση συγκόλλησης, στερεοποιώντας την άμμο στρώμα προς στρώμα και σχηματίζοντας ένα σωρό.Η άμμος στην περιοχή όπου συνεργάζονται η κόλλα και ο καταλύτης στερεοποιείται μαζί, ενώ η άμμος σε άλλες περιοχές παραμένει σε κοκκώδη κατάσταση.Μετά τη σκλήρυνση μιας στρώσης, η επόμενη στρώση συγκολλάται και αφού συνδεθούν όλα τα στρώματα, προκύπτει μια χωρική οντότητα.Η αρχική άμμος εξακολουθεί να είναι ξηρή άμμος σε περιοχές όπου η κόλλα δεν ψεκάζεται, καθιστώντας ευκολότερη την αφαίρεσή της.Καθαρίζοντας τη μη σκληρυμένη ξηρή άμμο στη μέση, μπορεί να ληφθεί ένα καλούπι χύτευσης με συγκεκριμένο πάχος τοιχώματος.Μετά την εφαρμογή ή τον εμποτισμό του χρώματος στην εσωτερική επιφάνεια του καλουπιού άμμου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για έκχυση μετάλλου.
Το σημείο θερμοκρασίας σκλήρυνσης της διαδικασίας PCM είναι συνήθως περίπου 170 ℃.Η πραγματική κρύα τοποθέτηση και ψυχρή απογύμνωση που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία PCM είναι διαφορετική από τη χύτευση.Η κρύα τοποθέτηση και η κρύα απογύμνωση περιλαμβάνει τη σταδιακή τοποθέτηση του προεμποτίσματος στο καλούπι σύμφωνα με τις απαιτήσεις της δομής του προϊόντος όταν το καλούπι βρίσκεται στο κρύο άκρο, και στη συνέχεια το κλείσιμο του καλουπιού με την πρέσα διαμόρφωσης μετά την ολοκλήρωση της τοποθέτησης για παροχή ορισμένης πίεσης.Αυτή τη στιγμή, το καλούπι θερμαίνεται χρησιμοποιώντας μια μηχανή θερμοκρασίας καλουπιού, η συνήθης διαδικασία είναι να αυξηθεί η θερμοκρασία από τη θερμοκρασία δωματίου στους 170 ℃ και ο ρυθμός θέρμανσης πρέπει να ρυθμιστεί σύμφωνα με διαφορετικά προϊόντα.Τα περισσότερα από αυτά είναι κατασκευασμένα από αυτό το πλαστικό.Όταν η θερμοκρασία του καλουπιού φτάσει στην καθορισμένη θερμοκρασία, πραγματοποιείται μόνωση και διατήρηση της πίεσης για τη σκλήρυνση του προϊόντος σε υψηλή θερμοκρασία.Μετά την ολοκλήρωση της σκλήρυνσης, είναι επίσης απαραίτητο να χρησιμοποιήσετε μια μηχανή θερμοκρασίας καλουπιού για να ψύξετε τη θερμοκρασία του καλουπιού στην κανονική θερμοκρασία και ο ρυθμός θέρμανσης ρυθμίζεται επίσης σε 3-5 ℃/min. Στη συνέχεια προχωρήστε με το άνοιγμα του καλουπιού και την εξαγωγή μέρους.
2. Τεχνολογία υγρού σχηματισμού
Η τεχνολογία Liquid Forming Technology (LCM) αναφέρεται σε μια σειρά τεχνολογιών σχηματισμού σύνθετων υλικών που τοποθετούν πρώτα προμορφώματα ξηρών ινών σε μια κλειστή κοιλότητα καλουπιού και στη συνέχεια εγχέουν υγρή ρητίνη στην κοιλότητα καλουπιού μετά το κλείσιμο του καλουπιού.Υπό πίεση, η ρητίνη ρέει και μουλιάζει τις ίνες.Σε σύγκριση με τη διαδικασία διαμόρφωσης δοχείου θερμής συμπίεσης, το LCM έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως είναι κατάλληλο για την κατασκευή εξαρτημάτων με υψηλή ακρίβεια διαστάσεων και πολύπλοκη εμφάνιση.Χαμηλό κόστος κατασκευής και απλή λειτουργία.
Ειδικά η διαδικασία RTM υψηλής πίεσης που αναπτύχθηκε τα τελευταία χρόνια, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), που συντομογραφείται ως διαδικασία καλουπώματος HP-RTM.Αναφέρεται στη διαδικασία χύτευσης της χρήσης πίεσης υψηλής πίεσης για την ανάμειξη και την έγχυση ρητίνης σε ένα καλούπι σφραγισμένο υπό κενό προστρωμένο με υλικά ενισχυμένα με ίνες και προενσωματωμένα εξαρτήματα και στη συνέχεια λήψη προϊόντων σύνθετου υλικού μέσω πλήρωσης ροής ρητίνης, εμποτισμού, σκλήρυνσης και ξεκαλουπώματος .Με τη μείωση του χρόνου έγχυσης, αναμένεται να ελεγχθεί ο χρόνος κατασκευής των δομικών στοιχείων της αεροπορίας μέσα σε δεκάδες λεπτά, επιτυγχάνοντας υψηλή περιεκτικότητα σε ίνες και κατασκευή εξαρτημάτων υψηλής απόδοσης.
Η διαδικασία διαμόρφωσης HP-RTM είναι μία από τις διαδικασίες σχηματισμού σύνθετων υλικών που χρησιμοποιούνται ευρέως σε πολλές βιομηχανίες.Τα πλεονεκτήματά του βρίσκονται στη δυνατότητα επίτευξης χαμηλού κόστους, σύντομου κύκλου, μαζικής παραγωγής και υψηλής ποιότητας παραγωγής (με καλή ποιότητα επιφάνειας) σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διαδικασίες RTM.Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η ναυπηγική, η κατασκευή αεροσκαφών, τα γεωργικά μηχανήματα, οι σιδηροδρομικές μεταφορές, η παραγωγή αιολικής ενέργειας, τα αθλητικά είδη κ.λπ.
3. Τεχνολογία διαμόρφωσης σύνθετων θερμοπλαστικών υλικών
Τα τελευταία χρόνια, τα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά έχουν γίνει ένα hotspot έρευνας στον τομέα της κατασκευής σύνθετων υλικών τόσο εγχώρια όσο και διεθνώς, λόγω των πλεονεκτημάτων τους της υψηλής αντοχής στην κρούση, της υψηλής αντοχής, της υψηλής ανοχής στη φθορά και της καλής αντοχής στη θερμότητα.Η συγκόλληση με θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά μπορεί να μειώσει σημαντικά τον αριθμό των συνδέσεων με πριτσίνια και μπουλόνια στις κατασκευές αεροσκαφών, βελτιώνοντας σημαντικά την απόδοση παραγωγής και μειώνοντας το κόστος παραγωγής.Σύμφωνα με την Airframe Collins Aerospace, μια πρώτης τάξεως προμηθευτή κατασκευών αεροσκαφών, οι συγκολλούμενες θερμοπλαστικές κατασκευές με μη θερμοπίεση έχουν τη δυνατότητα να συντομεύσουν τον κύκλο κατασκευής κατά 80% σε σύγκριση με τα μεταλλικά και θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα εξαρτήματα.
Η χρήση της καταλληλότερης ποσότητας υλικών, η επιλογή της πιο οικονομικής διαδικασίας, η χρήση προϊόντων στα κατάλληλα μέρη, η επίτευξη προκαθορισμένων στόχων σχεδιασμού και η επίτευξη της ιδανικής σχέσης κόστους απόδοσης των προϊόντων ήταν πάντα η κατεύθυνση. των προσπαθειών για επαγγελματίες του σύνθετου υλικού.Πιστεύω ότι περισσότερες διαδικασίες χύτευσης θα αναπτυχθούν στο μέλλον για να καλύψουν τις ανάγκες σχεδιασμού παραγωγής.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-21-2023
