التقنيات المركبة وترميم المضخات الصناعية. التقنيات الحديثة كثيفة العلم التقنيات المركبة

لقد كرست تاريخ المواد المركبة. ما زلت أشغل وقت فراغي حول هذا الموضوع وأريد اليوم أن أتحدث قليلاً عن شروط وتقنيات النماذج الأولية باستخدام مركبات البوليمر. إذا لم يكن لديك ما تفعله في أمسيات الشتاء الطويلة ، فيمكنك دائمًا صنع لوح تزلج أو غلاف دراجة نارية أو حافظة هاتف ذكي من نسيج ألياف الكربون. بالطبع ، يمكن أن تصبح العملية أكثر تكلفة من شراء منتج نهائي ، لكن من المثير للاهتمام أن تصنع شيئًا بيديك.

تحت القطع - نظرة عامة على طرق تصنيع المنتجات من المواد المركبة. سأكون ممتنًا إذا أضفتني في التعليقات حتى تكون النتيجة منشورًا أكثر اكتمالاً.

يتم إنشاء مادة مركبة من مكونين على الأقل مع وجود حدود واضحة بينهما. هناك مواد مركبة ذات طبقات - على سبيل المثال ، الخشب الرقائقي. في جميع المركبات الأخرى ، يمكن تقسيم المكونات إلى مصفوفة ، أو رابط ، وعناصر تقوية - مواد مالئة. عادة ما يتم تقسيم المواد المركبة وفقًا لنوع حشو التعزيز أو مادة المصفوفة. يمكنك قراءة المزيد حول استخدام المواد المركبة في المنشور "تاريخ المواد المركبة" ، وهذا المنشور يدور حول طرق صنع المنتجات من المواد المركبة.

صب اليد

في حالة تصنيع العناصر الفردية ، فإن الطريقة الأكثر شيوعًا هي قولبة اليد. يتم وضع طبقة هلامية على المصفوفة المحضرة - وهي مادة للحصول على تشطيب جيد للجزء الخارجي من المادة المقواة ، مما يسمح لك أيضًا باختيار لون المنتج. ثم يتم وضع مادة مالئة في المصفوفة - على سبيل المثال ، الألياف الزجاجية - وتشرب بمادة رابطة. نزيل فقاعات الهواء ، وننتظر حتى يبرد كل شيء ، ونصقله بملف - نقطعه ، ونثقبه ، وما إلى ذلك.

تستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع لإنشاء أجزاء جسم للسيارات والدراجات النارية والدراجات البخارية. أي للضبط في الحالات التي لا يقتصر فيها على لصق فيلم "تحت الكربون".

رش

لا يتطلب الرش قطع مادة الزجاج ، ولكنه يتطلب بدلاً من ذلك استخدام معدات خاصة. غالبًا ما تستخدم هذه الطريقة للعمل مع الأجسام الكبيرة ، مثل هياكل القوارب والمركبات وما إلى ذلك. بنفس الطريقة كما في حالة التشكيل اليدوي ، يتم تطبيق طبقة الجل أولاً ، ثم مادة الزجاج.

RTM (الحقن)

باستخدام طريقة حقن راتنجات البوليستر في قالب مغلق ، يتم استخدام أداة من مصفوفة وقالب متبادل - ثقب. يتم وضع مادة الزجاج بين القالب والشكل المتبادل ، ثم يُسكب مادة صلبة - راتينج بوليستر - في النموذج تحت الضغط. وبالطبع ، فإن الانتهاء من ملف بعد المعالجة هو الذوق.

ضخ فراغ

تتطلب طريقة التسريب بالفراغ كيسًا يتم فيه إنشاء فراغ باستخدام مضخة. تحتوي العبوة نفسها على مادة تقوية ، يتم ملء مسامها بعد ضخ الهواء بمادة سائلة.

مثال على ذلك هو صنع لوح تزلج.

لف

تتيح طريقة لف المركبات إمكانية صنع أسطوانات خفيفة للغاية للغاز المضغوط ، حيث يتم استخدام بطانة PET التي تضخ حتى 2-5 أجواء ، وكذلك الأنابيب المركبة المستخدمة في صناعة النفط والصناعات الكيماوية والمرافق العامة. من الاسم ، من السهل أن نفهم أن الألياف الزجاجية تلتف حول جسم متحرك أو ثابت.

في الفيديو - عملية لف الألياف الزجاجية على بالون.

بولتروسيون

بولتروسيون هو "سحب". بهذه الطريقة ، هناك عملية مستمرة لسحب المواد المركبة من خلال آلة السحب. سرعة العملية تصل إلى 6 أمتار في الدقيقة. يتم تمرير الألياف من خلال حمام بوليمر ، حيث يتم تشريبها باستخدام مادة رابطة ، وبعد ذلك تمر عبر عامل تشكيل مسبق ، للحصول على الشكل النهائي. ثم يتم تسخين المادة في القالب ، وعند الخروج نحصل على المنتج النهائي المتصلب.

عملية إنتاج أكوام الصفائح بطريقة pultrusion.

الضغط المباشر

تصنع منتجات اللدائن الحرارية في قوالب تحت الضغط. لهذا الغرض ، يتم استخدام مكابس هيدروليكية ذات درجة حرارة عالية بقوة تتراوح من 12 إلى 100 طن ودرجة حرارة قصوى تبلغ حوالي 650 درجة. بهذه الطريقة ، على سبيل المثال ، تصنع دلاء بلاستيكية.

صب الأوتوكلاف

يعد الأوتوكلاف ضروريًا لإجراء عمليات التسخين والضغط فوق الغلاف الجوي من أجل تسريع التفاعل وزيادة إنتاجية المنتج. توضع المواد المركبة داخل الأوتوكلاف على أشكال خاصة.

المنتجات المركبة

تستخدم المواد المركبة على نطاق واسع في صناعة الطائرات. على سبيل المثال ، تم بناء Solar Impulse منها.

صناعة السيارات

الأطراف الاصطناعية والمقاويم.

إذا كانت لديك إضافات ، فتأكد من الكتابة عنها في التعليقات. شكرًا لك.

1

تعرض المقالة الحالة الحالية لتقنيات إنتاج المنتجات من المواد المركبة ، بما في ذلك معلومات حول التقنيات المستخدمة ، والبرامج ، ومعدات إنشاء المصفوفات ، ومعدات إنشاء المنتجات المركبة ، ومعدات التحكم في هندسة المنتج والاختبار غير المدمر .

المواد المركبة

البرمجيات

معدات صنع المصفوفة

1. المواد المركبة الحديثة / إد. ب. كروك و ل. برمان؛ لكل. من الانجليزية. - م ، 1978.

2. تصميم وقوة أجسام السفن والسفن المصنوعة من الألياف الزجاجية. بناء السفن الأجنبية في 1965-1973 // بناء السفن ، 1973.

3. Frolov S.E. طرق لإنشاء مواد مركبة جديدة غير متجانسة وحلول تكنولوجية لتصنيع هياكل الهيكل منها // بناء السفن رقم 3 2003 ، ص. 55-59.

4. CAE - تقنيات عام 2012: استعراض الإنجازات وتحليل السوق. - CAD / CAM / CAE Observer # 4 (80) / 2013.

5. مقابلة مع ف. Seredka و A.Yu. سوفرونوف إلى CAD / CAM / CAE Observer # 2 (78) / 2013.

6. التقنيات الذكية لصناعة الطائرات. زيادة القدرة التنافسية لشركات تصنيع الطائرات المحلية على سبيل المثال المشاريع المشتركة لشركة Solver و JSC VASO // CAD والرسوم ، رقم 1. 2011. ص 56-62.

7. Lukyanov N.P. خبرة في استخدام المواد المركبة لبناء سفن PMO // بناء السفن. رقم 3. 2007. S. 19-26.

المادة المركبة هي مادة يتكون هيكلها من عدة مكونات تختلف في خواصها الفيزيائية والميكانيكية: المصفوفات المعدنية أو غير المعدنية مع توزيع معين للمواد الصلبة فيها ، وتوليفها يعطي المواد المركبة خصائص جديدة. وفقًا لطبيعة الهيكل ، يتم تقسيم المواد المركبة إلى ليفية ، معززة بألياف وشعيرات مستمرة ، ومواد معززة بالتشتت يتم الحصول عليها عن طريق إدخال جزيئات متفرقة من مواد صلبة في المصفوفة ، ومواد ذات طبقات تم إنشاؤها عن طريق الضغط أو لف المواد غير المتشابهة.

اليوم ، المواد المركبة مطلوبة بشكل خاص في مختلف الصناعات. تم تصنيع السفن الأولى المصنوعة من الألياف الزجاجية في النصف الثاني من الثلاثينيات. منذ الخمسينيات من القرن الماضي ، انتشر بناء السفن المصنوعة من الألياف الزجاجية على نطاق واسع في العالم ، حيث تم بناء عدد كبير من اليخوت وقوارب العمل والإنقاذ وقوارب الصيد ومراكب الإنزال وما إلى ذلك. كان أحد التطبيقات الأولى في صناعة المواد المركبة هو تصنيع ألواح ألياف الكربون في عام 1967 للحافة الخلفية لجناح الطائرة F-111A. في السنوات الأخيرة ، في منتجات الفضاء ، أصبح من الممكن بشكل متزايد تلبية الهياكل المصنوعة من "شطيرة" ثلاثية الطبقات مع حشو من الألمنيوم على شكل قرص العسل وجلود من ألياف الكربون. حاليًا ، يتكون حوالي 50٪ من الكتلة الإجمالية لطائرة بوينج 787 أو إيرباص A350 من مواد مركبة. في صناعة السيارات ، تم استخدام المواد المركبة لفترة طويلة ، وقد تم تطوير تقنية تصنيع مجموعة أدوات الجسم الديناميكي الهوائي بشكل أساسي. تستخدم المواد المركبة إلى حد محدود لتصنيع التعليق وأجزاء المحرك.

ومع ذلك ، حتى وقت قريب ، كانت الشركات تستخدم بشكل أساسي التصميم اليدوي للأجزاء من المركبات ، ولم يكن الإنتاج التسلسلي للمنتجات المصنعة يتطلب أتمتة عميقة للعمليات. اليوم ، مع تطور المنافسة في السوق ، لا يمكن الاستغناء عن أدوات إعداد التصميم والإنتاج الحديثة ، وكذلك بدون معدات فعالة للعمل مع المركبات.

تقنيات صنع منتجات من مواد مركبة

في معظم الحالات ، يتم استخدام راتينج المعالجة بالحرارة كيميائيًا كحشو ملزمة ، وتتميز عملية المعالجة بتفاعل كيميائي طارد للحرارة. تستخدم راتنجات البوليستر والإيبوكسي والفينول ودرجات الحرارة العالية بشكل أساسي. في أغلب الأحيان ، في تصنيع الأجزاء ذات التكوين المعقد ، يتم استخدام التقنيات ، والتي يتمثل جوهرها في وضع قاعدة "جافة" متبوعة بالتشريب مع مادة رابطة (قولبة "رطبة" ، لف ، حقن ، قولبة نقل الراتنج / RTM) أو وضع قاعدة "جافة" بالتناوب بغراء غشاء (تشريب بالفراغ ، تسريب غشاء راتينج / RFI). هناك العديد من التقنيات الرئيسية لتصنيع الأجزاء من المواد المركبة ، بما في ذلك الطرق اليدوية والآلية:

• تشريب ألياف التسليح بمواد مصفوفة ؛
• تشكيل في قالب أشرطة التقسية والمصفوفة التي تم الحصول عليها عن طريق اللف ؛
• الضغط البارد للمكونات متبوعًا بالتلبيد ؛
• الطلاء الكهروكيميائي للألياف مع الضغط اللاحق ؛
• ترسيب المصفوفة عن طريق رش البلازما على المقسى ، متبوعًا بالضغط ؛
• اللحام بالانتشار الدُفعي لأشرطة المكونات أحادية الطبقة ؛
• دلفنة مشتركة لعناصر التسليح مع مصفوفة ، إلخ.

بالإضافة إلى ذلك ، أصبحت تقنية تصنيع الأجزاء باستخدام مواد التقوية الأولية (المنتجات شبه النهائية ، وهي المادة الأساسية المشبعة بمادة رابطة) منتشرة على نطاق واسع.

برمجة

تتمثل مهمة تصميم منتج من مواد مركبة في الاختيار الصحيح للتركيبة التي توفر مجموعة من الخصائص المطلوبة في حالة تشغيلية معينة. عند تصميم المواد المركبة البوليمرية المقواة ، يتم استخدام معالجة بيانات الكمبيوتر على نطاق واسع ، حيث تم تطوير عدد كبير من منتجات البرامج المختلفة. يسمح استخدامها بتحسين جودة المنتجات ، وتقليل مدة التطوير وتنظيم إنتاج الهياكل ، بشكل شامل وفعال وسريع لحل مشاكل تصميمها العقلاني. يتيح حساب الأحمال غير المتساوية تصميم هيكل بدن مصنوع من مركب مقوى بسماكة متباينة ، والتي يمكن أن تختلف عشرات المرات.

يمكن تقسيم منتجات البرامج الحديثة بشكل مشروط إلى مجموعتين: تلك التي تقوم بتحليل دفعي للرقائق في صيغة "ثنائية الأبعاد" أو "حزمة / لوحة" وفي مجموعة ثلاثية الأبعاد. المجموعة الأولى هي برامج مثل Laminator ، VerctorLam Cirrus ، إلخ. الحل "ثلاثي الأبعاد" هو طريقة العناصر المحدودة ، وهناك مجموعة كبيرة من منتجات البرامج المتاحة. هناك العديد من منتجات البرمجيات في سوق "تكنولوجيا النمذجة المركبة": FiberSim (Vistagy / Siemens PLM Software) ، Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.) ، Helius (Firehole Composites / Autodesk) ، ANSYS Composite Prepost ، ESAComp (Altair الهندسة) وما إلى ذلك.

تتمتع جميع البرامج المتخصصة تقريبًا من مختلف الشركات بالقدرة على التكامل مع أنظمة CAD عالية المستوى - Creo Elements / Pro و Siemens NX و CATIA. بشكل عام ، يكون العمل على النحو التالي: يتم اختيار مادة الطبقة ، ويتم تحديد المعلمات العامة لحزمة الطبقة ، ويتم تحديد طريقة تكوين الطبقة ، ويتم استخدام طريقة طبقة تلو الأخرى لإنتاج أجزاء بسيطة ، للمنتجات المعقدة ، يتم استخدام طرق التصميم الهيكلي أو المنطقة. في عملية وضع الطبقات ، يتم تعيين تسلسلها. اعتمادًا على طريقة إنتاج المنتج (التخطيط اليدوي ، التشكيل ، وضع الشريط ، وضع الألياف) ، يتم إجراء تحليل للمادة طبقة تلو الأخرى بحثًا عن التشوهات المحتملة. يتم ضبط تكوين الطبقات وفقًا لعرض المادة المستخدمة.

بعد اكتمال تكوين الطبقات ، يتلقى المستخدم بيانات حول المنتج ، مما يسمح باستخدامها لأغراض مختلفة ، على سبيل المثال:

• الإخراج في شكل وثائق التصميم ؛
• تستخدم كبيانات أولية لقطع المواد ؛
• البيانات الأولية لجهاز عرض ليزر لتحديد معالم الأماكن لوضع الأنماط.

يسمح الانتقال إلى التقنيات الحديثة لتصميم وإعداد إنتاج المنتجات بما يلي:

• تقليل استهلاك المواد المركبة من خلال استخدام موسعات الثقوب الدقيقة وآلات القطع ؛
• زيادة السرعة وتحسين جودة التصميم اليدوي للمواد من خلال استخدام الفراغات الدقيقة وإسقاطات الليزر لأماكن وضعها ؛
• لتحقيق مستوى عالٍ من قابلية تكرار المنتج ؛
• الحد من تأثير العامل البشري على جودة المنتجات المصنعة ؛
• الحد من متطلبات تأهيل الأفراد المشغولين بالبناء.

معدات صنع المصفوفة

يعد صنع نموذج رئيسي من الخشب عملية تستغرق وقتًا طويلاً وتستغرق وقتًا طويلاً ، لتقليل وقت تصنيع المصفوفة وزيادة الدقة ، يتم استخدام آلات طحن CNC ذات ثلاثة أو خمسة محاور ، وآلات التحكم والقياس أو الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد.

ماكينة التفريز ذات خمسة محاور البوابة ، (الشكل 1) ، متاحة فقط للمصنعين الكبار. تستخدم الشركات الصغيرة طحن مجمعات روبوتية على كتل خطية (وحدة روبوت خطية) (الشكل 2) ، أو تصنع نماذج رئيسية من قطعة عمل ملتصقة. في هذه الحالة ، يتم أخذ إطار مجوف صلب كأساس لقطعة العمل ، والتي يتم لصقها من الخارج ثم معالجتها بالكامل. تتبع الشركات التي ليس لديها القدرة على معالجة المنتج بأكمله مسارًا مختلفًا: أولاً ، تم تصميم نموذج مبسط ثلاثي الأبعاد للمنتج باستخدام طائرات في نظام CAD ، وتم تصميم إطار خشب رقائقي صلب بناءً على النموذج المبسط. ثم يتم تمثيل السطح الخارجي بالكامل في نظام CAD على أنه تكسية للإطار الداخلي. يتم تحديد أبعاد الكسوة بطريقة يمكن طحنها على آلة طحن CNC موجودة (الشكل 3). ثم يتم لصق الإطار المُجمَّع بدقة بكسوة النموذج. باستخدام هذه الطريقة ، تكون دقة النموذج الرئيسي أقل ، ويلزم إنهاء يدويًا لمفاصل الكسوة ، ولكن هذا يسمح لك بإنشاء منتجات تتجاوز أبعادها بشكل كبير قدرات ماكينات CNC الحالية.

أرز. 1. آلة التفريز خماسية المحاور MR 125 ، قادرة على معالجة أجزاء بحجم 15 × 5 م وارتفاع يصل إلى 2.5 م

أرز. 2. مجمع طحن الروبوتية كوكا

أرز. 3. آلة طحن بخمسة محاور "صغيرة"

معدات لإنشاء المركبات

كانت الخطوة الأولى في ميكنة عملية التشكيل هي استخدام آلات التشريب ، والتي ، بالإضافة إلى التشريب ، تقوم بتجميع الأقمشة الزجاجية أو الألياف الزجاجية في أكياس متعددة الطبقات بسماكة إجمالية قدرها 4-5 مم. لميكنة العمليات ، وتقليل احتمالية الخطأ في الأفراد ، وزيادة الإنتاجية ، على سبيل المثال ، يتم استخدام طريقة الرش ، والتي يمكن استخدامها للحصول على الجلد الخارجي ، وألواح الحاجز ، وهياكل الألياف الزجاجية الأخرى. تجعل طريقة الرش من الممكن الحصول على مربعات التشكيل آليًا وتوفر إنتاجية عمالية أعلى مقارنةً بمربعات التشكيل المصبوبة يدويًا من شرائط من الألياف الزجاجية أو الألياف الزجاجية. تتمثل المرحلة التالية في تطوير إنتاج المنتجات من المواد المركبة في إدخال تركيب للتلف الآلي لتخطيط حشوات ألياف الكربون. تم عرض أول "روبوت" مصمم لوضع القماش من النوع الملفوف الجاف من قبل شركة Magnum Venus Plastech الأمريكية. لأول مرة في روسيا ، تم تقديم هذه المعدات في JSC VASO. يتيح هذا الجهاز إمكانية إنتاج أجزاء مركبة يصل طولها إلى 8 أمتار وقطرها يصل إلى 3 أمتار (الشكل 4).

لتسهيل عملية التركيب اليدوي للنسيج وتقليل الفاقد ، تُستخدم آلات القطع لقطع النسيج / التقوية الأوتوماتيكية ، وأجهزة عرض الليزر LAP و LPT لإسقاط المحيط عند وضع التقوية المسبقة على معدات الإنتاج. باستخدام وحدة الإسقاط بالليزر (الشكل 5) ، يمكن إنشاء البيانات تلقائيًا للعرض مباشرة من نموذج ثلاثي الأبعاد لمنتج مركب. يقلل مخطط العمل هذا بشكل كبير من تكاليف الوقت ، ويزيد من كفاءة العملية ، ويقلل من احتمالية العيوب والأخطاء ، ويجعل إدارة البيانات أسهل. يقلل مجمع الليزر لإسقاط آلة القطع بالبرامج ، مقارنةً بالطريقة التقليدية ، من كثافة اليد العاملة في القطع بحوالي 50٪ ، والعمل الشاق للتخطيط بحوالي 30٪ ، ويزيد من معدل استخدام المواد ، أي يمكنك التوفير من 15 إلى 30٪ من الخامة.

إن تشكيل البلاستيك المقوى بألياف الكربون بطريقة اللف يجعل من الممكن الحصول على منتجات ذات أعلى خصائص تشوه وقوة. تنقسم طرق اللف إلى "جاف" و "رطب". في الحالة الأولى ، يتم استخدام مواد التقوية المسبقة لللف على شكل خيوط أو حزم أو أشرطة. في الحالة الثانية ، يتم تشريب مواد التسليح بمادة رابطة مباشرة أثناء عملية اللف. في الآونة الأخيرة ، تم تطوير المعدات التي تستخدم أنظمة الكمبيوتر للتحكم في نمط اتجاه الألياف. هذا يجعل من الممكن الحصول على المنتجات الأنبوبية ذات الانحناءات والأشكال غير المنتظمة ، وكذلك المنتجات ذات الهندسة المعقدة. يتم تطوير معدات اللف باستخدام تقنية مرنة ، حيث يمكن وضع المواد الليفية المقواة على المغزل في أي اتجاه.

أرز. 4 آلة لف ألياف الكربون MAG Cincinnati Viper 1200 FPS

أرز. 5. نظام تحديد المواقع بالليزر (مخطط أخضر)

معدات فحص الشكل الهندسي والهيكل الداخلي للمنتج

غالبًا ما تحتوي ملامح المنتجات على مولدات منحنية الخطوط ، والتي لا يمكن التحقق منها باستخدام طرق "plaz" التقليدية. باستخدام المسح ثلاثي الأبعاد ، يمكنك تحديد مدى تطابق عينة مادية مع نموذج كمبيوتر ثلاثي الأبعاد. بالنسبة للمسح ثلاثي الأبعاد ، يمكنك أيضًا استخدام آلة قياس إحداثيات من نوع الذراع (CMM) أو نظام مسح ضوئي / ليزر ضوئي غير متصل. ومع ذلك ، عند استخدام أنظمة المسح غير المتصلة ، كقاعدة عامة ، لا يمكنها العمل بشكل صحيح مع الأسطح المرآة وعالية اللمعان. عند استخدام "أذرع القياس" ، ستكون هناك حاجة إلى عدة عمليات إعادة تعيين متتالية ، نظرًا لأن مساحة العمل ، نظرًا لتصميم أذرع القياس ، تقتصر عادةً على كرة نصف قطرها 1.2-3.6 م.

أيضًا ، تحتوي مواد الألياف الزجاجية على عدد من مناطق المشاكل. أحد أهمها هو مراقبة جودة المنتج النهائي (عدم وجود تجاويف هوائية) والتآكل أثناء التشغيل. بالنسبة للاختبار غير المدمر لهيكل السفن المصنوعة من المواد المركبة ، تستخدم الأشعة السينية على نطاق واسع ، لكنها تميل إلى تقليلها لعدد من الأسباب. في الآونة الأخيرة ، بدأت المنشورات في الظهور التي تصف اكتشاف حالات التفريغ بواسطة التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (أجهزة التصوير الحراري). في الوقت نفسه ، لا تسمح كل من طرق التصوير الحراري و NDT بالأشعة السينية للكشف عن الفواصل بقياس أحجامها وتحديد عمق العيوب من أجل تقييم تأثيرها على التغيير في خصائص القوة.

خاتمة

في الوقت الحالي ، في روسيا ، بدأ التطوير المكثف لأتمتة تجميع المنتجات المركبة ، بما في ذلك معدات إنشاء المصفوفات. في أغلب الأحيان ، يتم تنفيذ عناصر فردية من طقم الجسم الديناميكي الهوائي فقط من أجل "ضبط" السيارات. نجح تنفيذ نظام FiberSIM في تصميم وبناء كاسحة ألغام القاعدة للمشروع 12700 ، وكذلك في آلة زرع القماش الأوتوماتيكية VASO. لكن هذه أمثلة معزولة ، من أجل زيادة القدرة التنافسية ، من الضروري إدخال شامل للتكنولوجيات الجديدة.

رابط ببليوغرافي

تشيرنيشوف إي ، رومانوف أ. التقنيات الحديثة لتصنيع المنتجات من المواد المركبة // تقنيات حديثة كثيفة العلم. - 2014. - رقم 2. - ص 46-51 ؛
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view؟id=33649 (تم الوصول إليه في 11/25/2019). نلفت انتباهكم إلى المجلات التي تصدرها دار النشر "أكاديمية التاريخ الطبيعي".

تي التكنولوجيا المركبةيحل مشكلة الحصول على المواد الصلبة. تأتي كلمة "تكنولوجيا" من كلمتين يونانيتين: "تكن" - الحرفية والشعارات - كلمة ، تعليم. عادة في أسماء من هذا النوع ، يتوافق الجزء الثاني "logy" مع مفهوم "العلم". على سبيل المثال ، علم الحيوان هو علم الحيوانات ، والجيولوجيا هي علم بنية الأرض. بالقياس ، يجب تعريف التكنولوجيا على أنها علم الحرفية.

التكنولوجيا المركبة - قسم تكنولوجيا المواد

لكن كلمة "علم" بجانب كلمة "تكنولوجيا" ظهرت مؤخرًا نسبيًا. عادة ما يتم تعريف التكنولوجيا على أنها مجموعة من الأساليب. إذا كان الأمر يتعلق تكنولوجيا المواد، فهذه مجموعة من الطرق للحصول على المواد ومعالجتها.
الألياف كمكونات للمادة. قبل بضعة عقود ، يمكن للمرء أن يتفق مع مثل هذا التعريف. واليوم بالتأكيد يحتاج إلى توضيح. اليوم ، لا تعد تكنولوجيا المواد مجموعة من الأساليب فحسب ، بل هي أيضًا علم الحصول على المواد ومعالجتها ، والتي لها قاعدتها النظرية الخاصة (نظرية العمليات المعدنية ، ونظرية المعالجة بالضغط ، ونظرية المعالجة الحرارية ، وما إلى ذلك). ، طرق البحث الخاصة بها ، مبادئها الخاصة. وإنشاء مواد جديدة لا يمكن تصوره دون استخدام إنجازاته. لكن تذكر هذا ، يجب ألا ننسى الجزء الأول من الكلمة. ومع ذلك ، فإن التكنولوجيا هي أيضًا مهارة. والحرفية مثل الفن. لكي تصبح تقنيًا جيدًا ، بالإضافة إلى المعرفة ، يجب أن تتمتع بالبراعة والإبداع. ويستغرق الأمر المزيد من المواهب. ومع ذلك ، فإن هذه الصفات ليست زائدة عن الحاجة في أي عمل. يشارك الناس من مختلف التخصصات في إنشاء المواد. منظري المواد هم فيزيائيون وكيميائيون وميكانيكيون يدرسون القوانين العامة التي تحكم سلوك المواد. اختصاصيو تقني المواد هم متخصصون يستخدمون هذه القوانين لإنشاء مواد جديدة وتطوير طرق لإنتاجها. هم الرابط بين النظرية والتطبيق. وهناك أيضًا تقنيو إنتاج يعملون مباشرة في المصانع ويطورون عمليات الحصول على المنتجات في الظروف الصناعية. سنتحدث عن عمل علماء المادة.

التكنولوجيا المركبة هي مهمة متخصص

خذ هذا المثال اخصائي تكنولوجيا المركب. ما المهام التي عليه حلها؟ هنا هو واحد. الدانماركيون: جرح ألياف البورون على البكرات ؛ يمكن اختيار الألومنيوم (بأي شكل - صفائح ، أسلاك ، مسحوق ، مصهور) حسب تقديرك. مطلوب: لربط الألياف ومصفوفة الألمنيوم ببعضها البعض ، مع الحصول على مادة البورون والألمنيوم عالية القوة. يجب أن يقرر التقني كيفية القيام بذلك. لنكون أكثر تحديدًا ، دعنا نناقش كيفية الحصول على مثل هذا المركب في شكل ورقة ، حيث يتم توزيع جميع الألياف بالتساوي على المقطع العرضي ومكدسة بالتوازي مع بعضها البعض. لحل المشكلة يجب الإجابة على ثلاثة أسئلة أساسية:

1. كيف نضمن وضع الألياف في اتجاه معين؟
2. كيف يتم إدخال الألياف في مصفوفة للحصول على ورقة بالهيكل والخصائص المطلوبة؟
3. كيف نمنع تليين الألياف وتلفها في عملية تصنيع المادة ، مع ضمان ارتباطها القوي بالمصفوفة في نفس الوقت؟

السؤال "كيف؟" مطاردة التقنيين باستمرار. والرفيق الدائم يظهر بجانبه دائمًا - "لماذا؟" أجب عن السؤال "لماذا؟" - يعني إيجاد السبب المسبب لهذه الظاهرة أو تلك. والجواب على سؤال "كيف"؟ يجب أن تشير إلى كيفية حل المشكلة. كل متخصص منخرط في العلوم مجبر طوال الوقت على البحث عن إجابات لهذه الأسئلة ، ولا يأمل في التخلص منها. بمجرد أن تجيب على أحدهم ، يظهر الآخر ، وهو بدوره يؤدي إلى سيل جديد من "لماذا؟" وكيف؟ ". وإذا توقفوا عن القلق ، سيتوقف عن كونه عالمًا. ولكن مع ذلك ، بالنسبة للتقني ، فإن الشيء الرئيسي هو الإجابة بالضبط على السؤال "كيف؟". هذه وظيفته. تمت صياغة ثلاثة أسئلة رئيسية يجب أخذها في الاعتبار عند حل مشكلة التكنولوجيا. دعنا نحاول الرد عليهم.

كيفية توجيه الألياف في مركب

لنبدأ بالترتيب. كيفية توجيه الألياف في مركب؟ إذا كانت سميكة بدرجة كافية ، مثل القضبان الفولاذية التي يتم تقويتها بها ، فلن تكون هناك مشاكل خاصة. يمكنك وضع واحد تلو الآخر في أعشاش مُعدة خصيصًا.
الألياف كأساس للمركبات. لكن علينا التعامل مع الألياف الرقيقة التي يبلغ قطرها حوالي 100 ميكرومتر. في ورقة بسمك 5 مم وعرض 500 مم ، سيكون هناك أكثر من 100 ألف منها ؛ من الواضح أن وضع كل ليف يدويًا في المكان المقدم مسبقًا هو مهمة غير واقعية. يمكن القيام بذلك بواسطة آلة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن الألياف لا ينبغي أن تلمس بعضها البعض ، يجب أن تكون على مسافة معينة من بعضها البعض من أجل توفير التركيز اللازم في المصفوفة. هنا يمكنك تقديم العديد من الخيارات ، ولكن ربما يكون أحد أفضلها - الخيار المستخدم على نطاق واسع في الممارسة اليوم - طريقة اللف. يتم أخذ أسطوانة أسطوانية ، محيطها يساوي طول الصفيحة المستقبلية ، مثبتة على مخرطة وملفوفة عليها بمسافة ليفية معينة. الفكرة هي قطع جميع الألياف على طول الشبكة التوليدية للأسطوانة وفتحها في مستوى ، والحصول على طبقة واحدة من الألياف المتوازية. طول هذه الطبقة يساوي محيط الاسطوانة. ومن أجل الحفاظ على الترتيب المتبادل للألياف في الطبقة ، من الضروري ربطها ببعضها البعض بطريقة ما قبل القطع. يمكنك ، على سبيل المثال ، تشويهها بالغراء وقطعها على طول المولد بعد أن يجف. في الوقت نفسه ، اختر الغراء بحيث يمكن إزالته بسهولة ، على سبيل المثال ، عن طريق التسخين ، إذا لزم الأمر.

كيفية إدخال الألياف في مصفوفة

لكن من الأفضل القيام بذلك بشكل مختلف. استخدم مادة المصفوفة نفسها كعنصر تثبيت. ثم يمكنك أداء مهمتين في وقت واحد من أجل الحفاظ على التكنولوجيا المركبة بشكل صحيح: إصلاح الألياففي الموضع المطلوب وفي نفس الوقت أدخلهم في المصفوفة، أي للإجابة على السؤال الرئيسي الثاني من مهمتنا. الفكر جيد. لكن مرة أخرى ، ينشأ نفس الوسواس - كيف؟ كيف افعلها؟ لا يمكنك الاستغناء عن معرفة الفيزياء والكيمياء.

الطريقة الكهروكيميائية

يمكن استعماله الطريقة الكهروكيميائية، تطبيق طلاء كلفاني من معدن المصفوفة على الأسطوانة مع تلف الألياف عليها. ليس الأمر صعبًا جدًا من حيث المبدأ ، ولكن:

1. يأخذ الكثير من الوقت
2. لا يمكن تطبيق جميع المعادن بهذه الطريقة ،
3. من الصعب توفير التركيبة المرغوبة للمصفوفة عندما يتعلق الأمر بالسبائك المعقدة.

ولكن بالنسبة لبعض المركبات ، على سبيل المثال ، مع مصفوفات من النحاس أو النيكل ، فإن الطريقة مقبولة تمامًا. على الرغم من أنه سيكون من الأفضل العثور على شيء أكثر عالمية. يمكنك التفكير بطريقة أخرى. ببساطة قم بغمس الأسطوانة مع ألياف الجرح في الألومنيوم المصهور ، وبعد إخراجها ، قم بتبريدها بسرعة حتى تتبلور. يبدو الأمر بسيطًا ، لكن هذه البساطة خادعة. سوف يستنزف المعدن السائل ، وبالتالي لن يكون من الممكن تغطية الطبقة أحادية الطبقة بالكامل بالمصفوفة. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض الحالات ، يمكن أن يتفاعل المعدن المنصهر بشكل فعال مع الأسطوانة نفسها ، مما يؤدي إلى تآكل سطحها وسطح الألياف ، وهذا أمر غير مرغوب فيه للغاية ، لأن الأسطوانة ستفقد أبعادها ، وستضعف الألياف وتصبح هشة. .

رش الطلاء بالبلازما

وهنا الخيار الأنسب. يستخدم رش الطلاء بالبلازما. باستخدام هذه الطريقة ، يتم صهر مادة الأساس عن طريق تيار من البلازما منخفضة الحرارة (غاز مؤين بمتوسط ​​درجة حرارة حوالي 10000 كلفن) ، مع نفس التيار يتم رشه ونقله إلى سطح الأسطوانة ، مغطى بالألياف و سد الفجوات بينهما. يتم الحصول على تدفق البلازما باستخدام جهاز خاص - شعلة بلازما ، حيث يتأين الغاز العامل (النيتروجين ، والأرجون ، والهيدروجين ، والهيليوم ، وما إلى ذلك) تحت تأثير تفريغ القوس. على الرغم من أن البلازما المتكونة في البلازما التقليدية تسمى درجة الحرارة المنخفضة ، فإن درجة الحرارة "المنخفضة" هذه (10000 كلفن) كافية تمامًا لإذابة أي من المواد الموجودة في الطبيعة. تصل قطرات المعدن المنصهر إلى الأسطوانة الباردة وتتبلور ، مما يمنحها الحرارة ، وتشكل طبقة طلاء موحدة على الأسطوانة ، إذا تم تدويرها بالتساوي. عادة ما يتم إدخال المادة المراد رشها (في حالتنا ، الألومنيوم) في طائرة البلازما على شكل مسحوق أو سلك. خارجيًا ، تشبه عملية تطبيق الطلاء بالبلازما الطلاء باستخدام البخاخة. فقط بدلاً من البخاخة - شعلة بلازما ، وبدلاً من الطلاء - سبيكة مصفوفة. من حيث المبدأ ، ليس من الضروري استخدام البلازما لهذا الغرض ، يمكنك الحصول على موقد غاز أو أي جهاز آخر ، لكن رش البلازما مناسب للغاية ويستخدم على نطاق واسع في إنشاء المركبات. يتم قطع الطبقة الأحادية المقواة التي تم الحصول عليها بعد الرش على طول أحد مولدات الأسطوانة وتتكشف في مستوى. قوة الطلاء كافية لمنع الألياف من التحرك بالنسبة لبعضها البعض ، ولكنها ليست كافية لضمان قوة عالية من المركب. عادة ما يكون سمك الطبقات الأحادية الناتجة من قطر واحد ونصف إلى اثنين من أقطار الألياف ، أي حوالي 200 ميكرون ، واسمحوا لي أن أذكركم ، نحتاج إلى ورقة بسمك 5 مم. كيف تكون؟ مرة أخرى "كيف؟".

درفلة الطبقات الأحادية

هذه المرة ، لا يتعين عليك البحث عن الإجابة لفترة طويلة: تحتاج إلى صنع كعكة نفخة من الطبقات الأحادية التي تم الحصول عليها ، أي جمعها في كيس بالسماكة المطلوبة وضغطها بطريقة ما ، وربطها بشكل لا ينفصل مع بعض. يمكن القيام بذلك ، على سبيل المثال ، طبقات أحادية متدحرجةأو الضغط الساخن. في الحالة الأولى ، يتم تسخين العبوة في فرن وتمريرها بين الأسطوانات الدوارة. أثناء التدحرج ، يتم دمج الطبقات الأحادية في مادة متجانسة ويتم ضغط مادة المصفوفة في كل طبقة أحادية ، مما يؤدي إلى زيادة قوة المصفوفة وقوة ارتباطها بالألياف.

الضغط الساخن للطبقات الأحادية

في بعض الأحيان يكون من الأنسب ضغط حزم من الطبقات الأحادية ليس عن طريق التدحرج ، ولكن عن طريق الضغط الساخن. للقيام بذلك ، يتم وضعها في قالب ، طول وعرض مستوى العمل الذي يتوافق مع أبعاد الطبقات الأحادية ، ويتم الضغط عليه من الأعلى بكمة. يتم تسخين القالب بحيث يمكن الحفاظ على درجة حرارة العملية المطلوبة. العبوة الساخنة مضغوطة ، ومن هنا جاءت تسميتها - الضغط الساخن. من أجل تكوين رابطة قوية بين الطبقات الأحادية ولكل جزيئات معدن المصفوفة المترسبة لتلتحم ببعضها البعض ، وتشكل كتلة متراصة ، من الضروري الاحتفاظ بها تحت الضغط ، مما يسمح لعمليات الانتشار بالقيام بعملها. هذه العمليات ، جنبًا إلى جنب مع الضغط ، هي التي توفر الخصائص الميكانيكية العالية لعجينة الفطائر لدينا. هذا هو السبب في أن طريقة الحصول على المركبات هذه تسمى أحيانًا لحام الانتشار.

تكنولوجيا المركبات على شكل شريط أو ملف تعريف معقد

فيما يتعلق بالمهمة المطروحة ، فقد أجبنا على السؤال الثاني - كيفية إدخال الألياف في المصفوفة. ولكن ماذا لو كنت بحاجة إلى الحصول على مركب على شكل شريط أو ملف تعريف معقد؟ آخر "كيف". يمكنك اللجوء مرة أخرى إلى حزم الدرفلة من الطبقات الأحادية، ولكن ليس في لفات ناعمة ، ولكن في لفائف معايرة ، أي لها قواطع خاصة تتوافق مع التكوين المطلوب. أو يمكنك استخدام ما يسمى ب طرق المرحلة السائلة عندما تكون المصفوفة في حالة سائلة في عملية الحصول على مركب. الألياف ، التي تتفكك من الملفات (عدد الملفات يساوي عدد الألياف في المركب) ، تمر دون أن تلامس بعضها البعض من خلال حمام بمعدن مصفوفة منصهرة ، ويتم ترطيبها وتدخل إلى المغزل ، الذي يشكل قضيبًا من القسم المطلوب. بعد ذلك ، يتم تبريد القضيب ، وتتصلب مادة الأساس المعدنية ، وتشكل مادة مركبة مع الألياف. بهذه الطريقة ، يمكن الحصول على قضبان من مجموعة متنوعة من الملامح. يتم الحصول على المنتجات ذات المظهر الجانبي المعقد ، مثل شفرات التوربينات ، بسهولة عن طريق التشريب. يتم وضع الألياف في القالب ، حيث يتوافق تجويف العمل مع شكل الشفرة (كيفية القيام بذلك هي مسألة منفصلة لن نأخذها في الاعتبار الآن ، ولكن يمكن القيام بذلك ، وإن لم يكن ذلك بسهولة) ، ثم السائل يسكب المعدن المصفوفة في القالب. عادة ما تكون الفجوات بين الألياف صغيرة ، ويصعب على المعدن المنصهر أن يملأها ، ولكن من الضروري ملئها ، وبأسرع وقت ممكن حتى لا يكون للألياف الوقت لتذوب في المصفوفة. لذلك ، في معظم الحالات ، يتم التشريب تحت الضغط. يتم تفريغ قالب الصب ويدخله المعدن السائل تحت الضغط الجوي. كقاعدة عامة ، يكون اختلاف الضغط في جو واحد كافياً للتشريب السريع والموثوق. ولكن هذا يحدث فقط في الحالة التي تكون فيها الألياف مبللة بمعدن المصفوفة المنصهرة. إذا لم يحدث ذلك ، فأنت بحاجة إلى اتخاذ إجراء. على سبيل المثال ، لا يتم ترطيب ألياف الكربون بواسطة الألمنيوم السائل ؛ وبالتالي ، لا يمكن الحصول على الكربون والألمنيوم ببساطة عن طريق تشريب خيوط الجرافيت بالألمنيوم. ولكن إذا كانت هذه الخيوط مطلية مسبقًا بأرق طبقة من الكروم أو النيكل (يكفي تطبيق طلاء بسماكة ميكرومتر واحد) ، والتي يتم ترطيبها جيدًا بواسطة الألومنيوم ، فسيتم ضمان التشريب ويمكن الحصول على مركب. الشغل الرئيسي للتقني هو الإجابة على سؤال "كيف؟". كيف تفعل؟ يمكن إعطاء الإجابات الصحيحة على هذا السؤال إذا كانت الإجابات على السؤال "لماذا؟" معروفة. إذا تخيلت ميكانيكي سيارات يعرف كيف يربط البراغي والصواميل ، لكنه لا يعرف هيكل السيارة. لا قيمة له بالنسبة له. وبالمثل ، فإن التقني الذي لا يفهم فيزياء العمليات التي تحدث عند الحصول على مادة هو أخصائي أدنى. على سبيل المثال ، يعرف التقني أنه في كثير من الحالات ينعم المركب بعد التسخين. تظهر المشكلة على الفور - كيف نتعامل معها؟ يشبه هذا السؤال السؤال الثالث "كيف؟" في بداية المحادثة. ولحل هذه المشكلة ، عليك أن تعرف سبب حدوث تليين المركب. يتم توفير الإجابة على هذه الأسئلة من خلال التكنولوجيا المركبة.

مجمع آليللمعالجة الميكانيكية للمنتجات المصنوعة من المواد المركبة ، تم تصميمها لميكنة وأتمتة واحدة من أكثر العمليات كثيفة العمالة في الدورة التكنولوجية:

• تقليم وإزالة الفلاش التكنولوجي
• تجويف الأخاديد ، التجاويف ومحددات الموضع للعناصر المضمنة
• الحفر والطحن من خلال ثقوب ذات شكل معقد
• الطحن من خلال الثقوب ذات الأحجام الكبيرة (فتحات النوافذ ، البوابات ، إلخ)

مجمع آلييتيح لك تقديم المزايا التالية:

• زيادة سرعة المعالجة مقارنة بالمعالجة اليدوية
• قابلية عالية للتكرار وجودة المعالجة
• طحن بجودة عالية "بتمريرة واحدة"
• تحسين ظروف العمل
• خلق وظائف إضافية كثيفة المعرفة

في طريقة الاتصالبعد التشكيل ، يتم تشريب مادة الزجاج يدويًا بالراتنج باستخدام فرشاة أو بكرة. يمكن إجراء التشريب في وقت واحد مع التدحرج في النموذج ، أو بشكل منفصل. تتم عملية الدرفلة لإزالة الهواء من الصفائح والتوزيع المنتظم للمادة اللاصقة.

المواد المركبة هي مواد تم إنشاؤها من عدة مكونات. إنها مصنوعة بشكل أساسي من قاعدة بلاستيكية وحشو تقوية بالإضافة إلى بعض المواد الأخرى. نتيجة لذلك ، يتميز المركب بالقوة العالية والصلابة والعديد من الخصائص المفيدة الأخرى.

تعد تقنيات مركب البوليمر طرقًا لإنشاء المواد ، والتي تكون مصفوفة منها عبارة عن بوليمر. لديهم عدد كبير من الأنواع والأنواع ، مما يضمن انتشارها وشعبيتها. هناك الأنواع التالية من بوليمرات السيراميك:

الألياف الزجاجية.
ألياف كربونيه؛
تقويم البور.
تقويم الأعضاء.
بوليمرات مليئة بالمساحيق.
ألواح الكتابة.

تستخدم مواد السيراميك المركبة في مجموعة متنوعة من المجالات ، من بينها ما يلي:

بناء؛
الهندسة الكهربائية؛
صناعة كيميائية
بناء الطرق
الاتصالات السلكية واللاسلكية؛
صناعة الطيران ، إلخ.

يرتبط انتشار وشعبية التقنيات المركبة بالعديد من مزايا طريقة تصنيع المواد هذه. يجدر الانتباه إلى الصفات الإيجابية التالية:

تحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية ؛
جاذبية نوعية منخفضة إلى حد ما ؛
مقاومة الظواهر المسببة للتآكل والتعفن أو الاعوجاج ؛
سمية منخفضة أثناء الاحتراق ؛
عدم الاحتراق أو الاحتراق الصعب ؛
مقاومة كيميائية فريدة
معامل التمدد الخطي المنخفض بسبب تأثير الحرارة ؛
نطاق درجة حرارة واسع إلى حد ما من الوظائف ؛
خصائص عزل كهربائية عالية
زيادة الود البيئي.

في القرن الحادي والعشرين ، أصبحت المواد المركبة القائمة على البوليمرات الخزفية واحدة من أكثر المواد شيوعًا ، والتي تساعد في حل المشكلات التكنولوجية المختلفة في مجموعة متنوعة من المجالات ، مثل البناء أو الهندسة أو أنواع أخرى من الصناعات. تم تحقيق ذلك بمساعدة العديد من المزايا التي تميز المواد المركبة عن الأنواع الأخرى من المواد الشائعة حتى ذلك الوقت.

استعادة العجلة القطرية للمضخة

يمكن أيضًا استخدام المواد المركبة لاستعادة المكره القطري للمضخة. مع طلب مماثل لإصلاح جهاز ضخ مياه الصرف الصحي يسمى KSB Sewatec ، خاطب Angarsk Vodokanal MP سيراميت.

في غضون ثلاث سنوات من التشغيل ، انخفض أداء المضخة إلى 70٪ ، بدءًا من اليوم الأول من تشغيلها. كإصلاح ، تمت استعادة المعدن ، وتم تطبيق مادة مركبة ، بالإضافة إلى توازن ديناميكي. وبالتالي ، نظرًا لاستخدام التقنيات المركبة ، كان من الممكن إطالة عمر المضخة وتحقيق وفورات في التكاليف تصل إلى 4.5 مرة.

ملامح مادة سيراميت

تم تصميم مواد السيراميك المركبة من سيراميت لحماية المعدات وإطالة عمرها وزيادة عمرها التشغيلي. هذا يقلل بشكل كبير من وقت التوقف عن العمل والحاجة إلى شراء قطع غيار إضافية.

ميزات مادة سيراميت هي مجموعة واسعة من التطبيقات ، والتي تشمل:

إصلاح معدات الضخ ؛
تجديد البراغي
تحسين وظائف المبادلات الحرارية ؛
إصلاح خطوط الأنابيب والمزاريب ، إلخ.

وبالتالي ، يمكن استخدام مادة سيراميت المركبة في العديد من الأغراض المختلفة ، وهو أمر أكثر فائدة من استخدام طرق أخرى لتجديد المعدات.