Na actualidade, existen moitos procesos de fabricación de estruturas de materiais compostos, que se poden aplicar á produción e fabricación de diferentes estruturas.Non obstante, tendo en conta a eficiencia da produción industrial e os custos de produción da industria da aviación, especialmente as aeronaves civís, é urxente mellorar o proceso de curado para reducir o tempo e os custos.Rapid Prototyping é un novo método de fabricación baseado nos principios de conformación discreta e apilada, que é unha tecnoloxía de prototipado rápido de baixo custo.As tecnoloxías comúns inclúen o moldeado por compresión, a conformación líquida e a formación de material composto termoplástico.
1. Tecnoloxía de prototipado rápido de prensado de moldes
A tecnoloxía de prototipado rápido de moldaxe é un proceso que coloca os espazos en branco preimpregnados no molde de moldeo e, despois de pechar o molde, os espazos en branco son compactados e solidificados mediante o quecemento e a presión.A velocidade de moldaxe é rápida, o tamaño do produto é preciso e a calidade de moldaxe é estable e uniforme.Combinado coa tecnoloxía de automatización, pode lograr a produción en masa, a automatización e a fabricación de baixo custo de compoñentes estruturais compostos de fibra de carbono no campo da aviación civil.
Pasos de moldeado:
① Obter un molde metálico de alta resistencia que coincida coas dimensións das pezas necesarias para a produción e, a continuación, instale o molde nunha prensa e quéntao.
② Preforma os materiais compostos necesarios na forma do molde.A preformación é un paso crucial que axuda a mellorar o rendemento das pezas acabadas.
③ Insira as pezas preformadas no molde quente.A continuación, comprime o molde a unha presión moi alta, que normalmente oscila entre 800 psi e 2000 psi (dependendo do grosor da peza e do tipo de material utilizado).
④ Despois de soltar a presión, retira a peza do molde e elimina as rebabas.
Vantaxes do moldeado:
Por varias razóns, o moldeado é unha tecnoloxía popular.Parte da razón pola que é popular é porque utiliza materiais compostos avanzados.En comparación coas pezas metálicas, estes materiais adoitan ser máis fortes, máis lixeiros e máis resistentes á corrosión, o que resulta en obxectos con mellores propiedades mecánicas.
Outra vantaxe do moldeado é a súa capacidade para fabricar pezas moi complexas.Aínda que esta tecnoloxía non pode alcanzar plenamente a velocidade de produción do moldeado por inxección de plástico, proporciona máis formas xeométricas en comparación cos materiais compostos laminados típicos.En comparación co moldeado por inxección de plástico, tamén permite fibras máis longas, facendo que o material sexa máis forte.Polo tanto, a moldaxe pódese ver como o punto medio entre o moldeado por inxección de plástico e a fabricación de material composto laminado.
1.1 Proceso de formación de SMC
SMC é a abreviatura de materiais compostos que forman chapas, é dicir, materiais compostos que forman chapas.As principais materias primas están compostas por fíos especiais SMC, resina insaturada, aditivos de baixa contracción, recheos e varios aditivos.A principios dos anos 60, apareceu por primeira vez en Europa.Ao redor de 1965, Estados Unidos e Xapón desenvolveron sucesivamente esta tecnoloxía.A finais da década de 1980, China introduciu liñas de produción avanzadas de SMC e procesos do estranxeiro.SMC ten vantaxes como un rendemento eléctrico superior, resistencia á corrosión, peso lixeiro e deseño de enxeñería sinxelo e flexible.As súas propiedades mecánicas poden ser comparables con certos materiais metálicos, polo que é amplamente utilizado en industrias como o transporte, a construción, a electrónica e a enxeñaría eléctrica.
1.2 Proceso de conformación de BMC
En 1961, lanzouse o composto de moldeo de follas de resina insaturada (SMC) desenvolvido por Bayer AG en Alemaña.Na década de 1960 comezou a promoverse o Bulk Molding Compound (BMC), tamén coñecido como DMC (Dough Molding Compound) en Europa, que non foi engrosado nas súas primeiras fases (década de 1950);Segundo a definición estadounidense, BMC é un BMC engrosado.Despois de aceptar a tecnoloxía europea, Xapón logrou logros significativos na aplicación e desenvolvemento de BMC e, na década de 1980, a tecnoloxía chegou a ser moi madura.Ata agora, a matriz utilizada en BMC foi a resina de poliéster insaturado.
BMC pertence aos plásticos termoestables.En función das características do material, a temperatura do barril de material da máquina de moldaxe por inxección non debe ser demasiado alta para facilitar o fluxo de material.Polo tanto, no proceso de moldaxe por inxección de BMC, é moi importante controlar a temperatura do barril de material, e debe existir un sistema de control para garantir a adecuación da temperatura, a fin de acadar a temperatura óptima desde a sección de alimentación ata o boquilla.
1.3 Moldeo de policiclopentadieno (PDCPD).
O moldeado de policiclopentadieno (PDCPD) é principalmente unha matriz pura en lugar de plástico reforzado.O principio do proceso de moldaxe PDCPD, que xurdiu en 1984, pertence á mesma categoría que o moldeado de poliuretano (PU) e foi desenvolvido por primeira vez polos Estados Unidos e Xapón.
Telene, unha subsidiaria da empresa xaponesa Zeon Corporation (situada en Bondues, Francia), acadou un gran éxito na investigación e desenvolvemento de PDCPD e nas súas operacións comerciais.
O propio proceso de moldaxe RIM é máis doado de automatizar e ten custos laborais máis baixos en comparación con procesos como a pulverización de FRP, RTM ou SMC.O custo do molde utilizado por PDCPD RIM é moito menor que o de SMC.Por exemplo, o molde do capó do motor de Kenworth W900L utiliza unha carcasa de níquel e un núcleo de aluminio fundido, cunha resina de baixa densidade cunha gravidade específica de só 1,03, o que non só reduce custos senón que tamén reduce o peso.
1.4 Formación directa en liña de materiais compostos termoplásticos reforzados con fibra (LFT-D)
Ao redor de 1990, introduciuse no mercado LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) en Europa e América.CPI Company nos Estados Unidos é a primeira empresa do mundo en desenvolver equipos de moldaxe de termoplásticos reforzados con fibra longa composta directa en liña e a tecnoloxía correspondente (LFT-D, Direct In Line Mixing).Entrou en funcionamento comercial en 1991 e é líder mundial neste campo.Diffenbarcher, unha empresa alemá, leva investigando a tecnoloxía LFT-D desde 1989. Actualmente, existen principalmente LFT D, Tailored LFT (que pode conseguir un reforzo local en función da tensión estrutural) e Advanced Surface LFT-D (superficie visible, superficie alta). calidade) tecnoloxías.Desde a perspectiva da liña de produción, o nivel da prensa de Diffenbarcher é moi alto.O sistema de extrusión D-LFT da empresa alemá Coperation está nunha posición de liderado internacional.
1.5 Tecnoloxía de fabricación de fundición sen molde (PCM)
PCM (Fabricación de fundición sen patrón) é desenvolvido polo Centro de Prototipado Rápido Láser da Universidade de Tsinghua.A tecnoloxía de prototipado rápido debería aplicarse aos procesos tradicionais de fundición en area de resina.En primeiro lugar, obtén o modelo CAD de fundición do modelo CAD da peza.O ficheiro STL do modelo CAD de fundición está en capas para obter información de perfil transversal, que despois se usa para xerar información de control.Durante o proceso de moldeo, a primeira boquilla pulveriza con precisión o adhesivo sobre cada capa de area por control informático, mentres que a segunda boquilla pulveriza o catalizador polo mesmo camiño.Os dous sofren unha reacción de unión, solidificando a area capa por capa e formando unha pila.A area na zona onde o adhesivo e o catalizador traballan xuntos solidifícase, mentres que a area doutras áreas permanece en estado granular.Despois de curar unha capa, únase a seguinte e, despois de unir todas as capas, obtense unha entidade espacial.A area orixinal segue sendo area seca nas zonas onde non se pulveriza o adhesivo, o que facilita a súa eliminación.Ao limpar a area seca sen curar no medio, pódese obter un molde de fundición cun certo grosor de parede.Despois de aplicar ou impregnar pintura na superficie interna do molde de area, pódese usar para verter metal.
O punto de temperatura de curado do proceso PCM adoita ser duns 170 ℃.A colocación e decapado en frío real utilizados no proceso PCM é diferente do moldeado.A colocación en frío e o decapado en frío consisten na colocación gradual do preimpregnado no molde de acordo cos requisitos da estrutura do produto cando o molde está no extremo frío e, a continuación, pecha o molde coa prensa de formación despois de completar a colocación para proporcionar unha certa presión.Neste momento, o molde quéntase cunha máquina de temperatura do molde, o proceso habitual é elevar a temperatura da temperatura ambiente a 170 ℃ e a taxa de quecemento debe axustarse segundo os diferentes produtos.A maioría deles están feitos deste plástico.Cando a temperatura do molde alcanza a temperatura establecida, lévase a cabo o illamento e a conservación da presión para curar o produto a alta temperatura.Despois de completar o curado, tamén é necesario usar unha máquina de temperatura do molde para arrefriar a temperatura do molde á temperatura normal, e a taxa de quecemento tamén se establece en 3-5 ℃/min. A continuación, proceda á apertura do molde e á extracción da peza.
2. Tecnoloxía de conformación de líquidos
A tecnoloxía de formación de líquidos (LCM) refírese a unha serie de tecnoloxías de formación de materiais compostos que primeiro colocan preformas de fibra seca nunha cavidade pechada do molde, despois inxectan resina líquida na cavidade do molde despois do peche do molde.A presión, a resina flúe e empapa as fibras.En comparación co proceso de formación de latas de prensado en quente, LCM ten moitas vantaxes, como ser axeitado para fabricar pezas con alta precisión dimensional e aparencia complexa;Baixo custo de fabricación e operación sinxela.
Especialmente o proceso RTM de alta presión desenvolvido nos últimos anos, HP-RTM (High Pressure Resin Transfer Molding), abreviado como proceso de moldaxe HP-RTM.Refírese ao proceso de moldeo de usar presión de alta presión para mesturar e inxectar resina nun molde selado ao baleiro pre-posto con materiais reforzados con fibra e compoñentes pre-incrustados, e despois obter produtos de materiais compostos mediante recheo, impregnación, curado e desmoldeo de resina. .Ao reducir o tempo de inxección, espérase controlar o tempo de fabricación dos compoñentes estruturais da aviación en decenas de minutos, logrando un alto contido de fibra e unha fabricación de pezas de alto rendemento.
O proceso de conformación HP-RTM é un dos procesos de formación de materiais compostos amplamente utilizados en múltiples industrias.As súas vantaxes residen na posibilidade de conseguir unha produción de baixo custo, ciclo curto, en masa e de alta calidade (con boa calidade superficial) en comparación cos procesos RTM tradicionais.É amplamente utilizado en varias industrias, como a fabricación de automóbiles, construción naval, fabricación de avións, maquinaria agrícola, transporte ferroviario, xeración de enerxía eólica, artigos deportivos, etc.
3. Tecnoloxía de formación de materiais compostos termoplásticos
Nos últimos anos, os materiais compostos termoplásticos convertéronse nun foco de investigación no campo da fabricación de materiais compostos tanto a nivel nacional como internacional, debido ás súas vantaxes de alta resistencia ao impacto, alta tenacidade, alta tolerancia ao dano e boa resistencia á calor.A soldadura con materiais compostos termoplásticos pode reducir significativamente o número de conexións de remaches e parafusos nas estruturas de avións, mellorando moito a eficiencia de produción e reducindo os custos de produción.Segundo Airframe Collins Aerospace, un provedor de primeira clase de estruturas de aeronaves, as estruturas termoplásticas soldables non prensadas en quente teñen o potencial de acurtar o ciclo de fabricación nun 80% en comparación cos compoñentes metálicos e compostos termoestables.
O uso da cantidade máis adecuada de materiais, a selección do proceso máis económico, o uso de produtos nas pezas adecuadas, a consecución de obxectivos de deseño predeterminados e a consecución da relación de custos de rendemento ideal dos produtos sempre foron a dirección. de esforzos para os profesionais de materiais compostos.Creo que no futuro desenvolveranse máis procesos de moldaxe para satisfacer as necesidades de deseño de produción.
Hora de publicación: 21-nov-2023
