Actualment, hi ha molts processos de fabricació d'estructures de material compost, que es poden aplicar a la producció i fabricació de diferents estructures.Tanmateix, tenint en compte l'eficiència de la producció industrial i els costos de producció de la indústria de l'aviació, especialment els avions civils, és urgent millorar el procés de curació per reduir temps i costos.Rapid Prototyping és un nou mètode de fabricació basat en els principis de conformació discreta i apilada, que és una tecnologia de prototipat ràpid de baix cost.Les tecnologies comunes inclouen l'emmotllament per compressió, la formació de líquids i la formació de materials compostos termoplàstics.
1. Tecnologia de prototipat ràpid de premsat de motlles
La tecnologia de prototipat ràpid d'emmotllament és un procés que col·loca els blancs preimpregnats preestablerts al motlle d'emmotllament i, després de tancar el motlle, els blancs es compacten i solidifiquen mitjançant l'escalfament i la pressió.La velocitat d'emmotllament és ràpida, la mida del producte és precisa i la qualitat d'emmotllament és estable i uniforme.Combinat amb la tecnologia d'automatització, pot aconseguir la producció massiva, l'automatització i la fabricació a baix cost de components estructurals compostos de fibra de carboni en el camp de l'aviació civil.
Passos d'emmotllament:
① Obteniu un motlle metàl·lic d'alta resistència que coincideixi amb les dimensions de les peces necessàries per a la producció i, a continuació, instal·leu el motlle en una premsa i escalfeu-lo.
② Preformeu els materials compostos necessaris en la forma del motlle.El preformat és un pas crucial que ajuda a millorar el rendiment de les peces acabades.
③ Inseriu les peces preformades al motlle escalfat.A continuació, comprimiu el motlle a una pressió molt alta, que normalment oscil·la entre 800 psi i 2000 psi (depenent del gruix de la peça i del tipus de material utilitzat).
④ Després d'alliberar la pressió, traieu la peça del motlle i traieu les rebaves.
Avantatges de l'emmotllament:
Per diverses raons, l'emmotllament és una tecnologia popular.Part del motiu pel qual és popular és perquè utilitza materials compostos avançats.En comparació amb les peces metàl·liques, aquests materials solen ser més forts, més lleugers i més resistents a la corrosió, donant lloc a objectes amb millors propietats mecàniques.
Un altre avantatge de l'emmotllament és la seva capacitat per fabricar peces molt complexes.Tot i que aquesta tecnologia no pot assolir completament la velocitat de producció de l'emmotllament per injecció de plàstic, proporciona més formes geomètriques en comparació amb els materials compostos laminats típics.En comparació amb l'emmotllament per injecció de plàstic, també permet fibres més llargues, fent que el material sigui més fort.Per tant, l'emmotllament es pot veure com el punt mitjà entre l'emmotllament per injecció de plàstic i la fabricació de materials compostos laminats.
1.1 Procés de conformació de SMC
SMC és l'abreviatura de materials compostos que formen xapa, és a dir, materials compostos que formen xapa.Les matèries primeres principals es componen de fil especial SMC, resina insaturada, additius de baixa contracció, farcits i diversos additius.A principis dels anys 60, va aparèixer per primera vegada a Europa.Al voltant de 1965, els Estats Units i el Japó van desenvolupar successivament aquesta tecnologia.A finals de la dècada de 1980, la Xina va introduir línies de producció i processos avançats de SMC des de l'estranger.SMC té avantatges com ara un rendiment elèctric superior, resistència a la corrosió, pes lleuger i disseny d'enginyeria senzill i flexible.Les seves propietats mecàniques poden ser comparables a determinats materials metàl·lics, de manera que s'utilitza àmpliament en indústries com el transport, la construcció, l'electrònica i l'enginyeria elèctrica.
1.2 Procés de conformació de BMC
El 1961, es va llançar el compost de modelat de làmines de resina insaturada (SMC) desenvolupat per Bayer AG a Alemanya.A la dècada de 1960 es va començar a promocionar Bulk Moulding Compound (BMC), també conegut com a DMC (Dough Moulding Compound) a Europa, que no es va espessir en les seves primeres etapes (dècada dels 50);Segons la definició nord-americana, BMC és un BMC engrossit.Després d'acceptar la tecnologia europea, el Japó ha aconseguit èxits significatius en l'aplicació i el desenvolupament de BMC, i a la dècada de 1980, la tecnologia havia esdevingut molt madura.Fins ara, la matriu utilitzada a BMC ha estat la resina de polièster insaturada.
BMC pertany als plàstics termoestables.Segons les característiques del material, la temperatura del barril de material de la màquina d'emmotllament per injecció no hauria de ser massa alta per facilitar el flux del material.Per tant, en el procés d'emmotllament per injecció de BMC, el control de la temperatura del barril de material és molt important, i s'ha d'establir un sistema de control per garantir l'adequació de la temperatura, per tal d'aconseguir la temperatura òptima des de la secció d'alimentació fins al broquet.
1.3 Emmotllament de policiclopentadiè (PDCPD).
L'emmotllament de policiclopentadiè (PDCPD) és principalment una matriu pura en lloc de plàstic reforçat.El principi del procés d'emmotllament PDCPD, que va sorgir el 1984, pertany a la mateixa categoria que l'emmotllament de poliuretà (PU) i va ser desenvolupat per primera vegada pels Estats Units i el Japó.
Telene, filial de l'empresa japonesa Zeon Corporation (ubicada a Bondues, França), ha aconseguit un gran èxit en la recerca i desenvolupament de PDCPD i les seves operacions comercials.
El procés d'emmotllament RIM en si és més fàcil d'automatitzar i té costos laborals més baixos en comparació amb processos com ara la polvorització de FRP, RTM o SMC.El cost del motlle utilitzat per PDCPD RIM és molt inferior al de SMC.Per exemple, el motlle del capó del motor de Kenworth W900L utilitza una carcassa de níquel i un nucli d'alumini fos, amb una resina de baixa densitat amb una gravetat específica de només 1,03, que no només redueix costos sinó que també redueix el pes.
1.4 Formació directa en línia de materials compostos termoplàstics reforçats amb fibra (LFT-D)
Al voltant de 1990, LFT (Long Fiber Reinforced Thermoplastics Direct) es va introduir al mercat a Europa i Amèrica.CPI Company als Estats Units és la primera empresa del món a desenvolupar equips d'emmotllament de termoplàstics reforçats amb fibra llarga composta directa en línia i la tecnologia corresponent (LFT-D, Direct In Line Mixing).Va entrar en funcionament comercial l'any 1991 i és líder mundial en aquest camp.Diffenbarcher, una empresa alemanya, investiga la tecnologia LFT-D des de 1989. Actualment, hi ha principalment LFT D, Tailored LFT (que pot aconseguir un reforç local basat en l'esforç estructural) i Advanced Surface LFT-D (superfície visible, superfície alta). qualitat) tecnologies.Des de la perspectiva de la línia de producció, el nivell de premsa de Diffenbarcher és molt alt.El sistema d'extrusió D-LFT de l'empresa alemanya Cooperation ocupa una posició de lideratge internacional.
1.5 Tecnologia de fabricació de fosa sense motlle (PCM)
El PCM (Patternless Casting Manufacturing) està desenvolupat pel Centre de prototipatge ràpid làser de la Universitat de Tsinghua.La tecnologia de prototipatge ràpid s'ha d'aplicar als processos tradicionals de fosa de sorra de resina.En primer lloc, obteniu el model CAD de fosa del model CAD de la peça.El fitxer STL del model CAD de fosa està en capes per obtenir informació de perfil transversal, que després s'utilitza per generar informació de control.Durant el procés d'emmotllament, el primer broquet ruixa l'adhesiu amb precisió sobre cada capa de sorra mitjançant control informàtic, mentre que el segon broquet ruixa el catalitzador pel mateix camí.Els dos experimenten una reacció d'unió, solidificant la sorra capa per capa i formant una pila.La sorra de la zona on l'adhesiu i el catalitzador treballen junts es solidifica, mentre que la sorra d'altres zones roman en estat granular.Després de curar una capa, s'uneix la següent capa i, després d'unir totes les capes, s'obté una entitat espacial.La sorra original encara és sorra seca a les zones on l'adhesiu no està ruixat, per la qual cosa és més fàcil d'eliminar.Netejant la sorra seca no curada al mig, es pot obtenir un motlle de fosa amb un cert gruix de paret.Després d'aplicar o impregnar pintura a la superfície interior del motlle de sorra, es pot utilitzar per abocar metall.
El punt de temperatura de curat del procés PCM sol ser d'uns 170 ℃.La col·locació en fred real i el desmuntatge en fred utilitzats en el procés PCM són diferents de l'emmotllament.La col·locació en fred i el desmuntatge en fred consisteixen a col·locar gradualment el preimpregnat al motlle d'acord amb els requisits de l'estructura del producte quan el motlle està a l'extrem fred i, a continuació, tancar el motlle amb la premsa de formació un cop finalitzada la col·locació per proporcionar una certa pressió.En aquest moment, el motlle s'escalfa amb una màquina de temperatura del motlle, el procés habitual és augmentar la temperatura de la temperatura ambient a 170 ℃ i la velocitat d'escalfament s'ha d'ajustar segons els diferents productes.La majoria d'ells estan fets d'aquest plàstic.Quan la temperatura del motlle arriba a la temperatura establerta, es realitza l'aïllament i la preservació de la pressió per curar el producte a alta temperatura.Un cop finalitzat el curat, també és necessari utilitzar una màquina de temperatura del motlle per refredar la temperatura del motlle a la temperatura normal, i la velocitat d'escalfament també s'estableix a 3-5 ℃/min, a continuació, procediu a l'obertura del motlle i a l'extracció de peces.
2. Tecnologia de conformació de líquids
La tecnologia de formació de líquids (LCM) es refereix a una sèrie de tecnologies de formació de materials compostos que primer col·loquen preformes de fibra seca en una cavitat tancada del motlle i després injecten resina líquida a la cavitat del motlle després del tancament del motlle.Sota pressió, la resina flueix i remulla les fibres.En comparació amb el procés de formació de llaunes de premsat en calent, LCM té molts avantatges, com ara ser adequat per a la fabricació de peces amb alta precisió dimensional i aspecte complex;Baix cost de fabricació i funcionament senzill.
Especialment el procés RTM d'alta pressió desenvolupat en els darrers anys, HP-RTM (emmotllament de transferència de resina d'alta pressió), abreujat com a procés d'emmotllament HP-RTM.Es refereix al procés d'emmotllament d'utilitzar pressió d'alta pressió per barrejar i injectar resina en un motlle segellat al buit prèviament col·locat amb materials reforçats amb fibra i components preincrustats, i després obtenir productes de materials compostos mitjançant l'ompliment de flux de resina, impregnació, curat i desemmotllament. .En reduir el temps d'injecció, s'espera controlar el temps de fabricació dels components estructurals d'aviació en desenes de minuts, aconseguint un alt contingut de fibra i la fabricació de peces d'alt rendiment.
El procés de conformació HP-RTM és un dels processos de formació de materials compostos àmpliament utilitzats en múltiples indústries.Els seus avantatges rau en la possibilitat d'aconseguir una producció de baix cost, cicle curt, producció en sèrie i una producció d'alta qualitat (amb una bona qualitat superficial) en comparació amb els processos RTM tradicionals.S'utilitza àmpliament en diverses indústries com ara la fabricació d'automòbils, construcció naval, fabricació d'avions, maquinària agrícola, transport ferroviari, generació d'energia eòlica, articles esportius, etc.
3. Tecnologia de conformació de materials compostos termoplàstics
En els últims anys, els materials compostos termoplàstics s'han convertit en un punt d'investigació en el camp de la fabricació de materials compostos tant a nivell nacional com internacional, a causa dels seus avantatges d'alta resistència a l'impacte, alta tenacitat, alta tolerància a danys i bona resistència a la calor.La soldadura amb materials compostos termoplàstics pot reduir significativament el nombre de connexions de reblons i cargols a les estructures d'avions, millorant considerablement l'eficiència de producció i reduint els costos de producció.Segons Airframe Collins Aerospace, un proveïdor de primer nivell d'estructures d'aeronaus, les estructures termoplàstiques soldables no premsades en calent tenen el potencial d'escurçar el cicle de fabricació en un 80% en comparació amb els components metàl·lics i compostos termoestables.
L'ús de la quantitat més adequada de materials, la selecció del procés més econòmic, l'ús de productes en les peces adequades, l'assoliment d'objectius de disseny predeterminats i l'assoliment de la relació de cost de rendiment ideal dels productes sempre han estat la direcció. d'esforços per als professionals de materials compostos.Crec que es desenvoluparan més processos d'emmotllament en el futur per satisfer les necessitats de disseny de producció.
Hora de publicació: 21-nov-2023
