فن آوری های کامپوزیت و ترمیم پمپ های صنعتی. فناوری های مدرن مبتنی بر علم فناوری های مرکب

من به تاریخ مواد کامپوزیت اختصاص دادم. من همچنان اوقات فراغت خود را به این موضوع اختصاص می دهم و امروز می خواهم کمی در مورد شرایط و فناوری های نمونه سازی با استفاده از کامپوزیت های پلیمری صحبت کنم. اگر در عصرهای طولانی زمستان کاری ندارید، همیشه می توانید اسنوبرد، پوسته موتور سیکلت یا قاب گوشی هوشمند را از پارچه فیبر کربن بسازید. البته، این فرآیند ممکن است گرانتر از خرید یک محصول نهایی باشد، اما جالب است که چیزی با دستان خود بسازید.

زیر برش - مروری بر روش های ساخت محصولات از مواد کامپوزیت. ممنون میشم اگه منو تو نظرات اضافه کنید تا نتیجه کامل تری باشه.

یک ماده کامپوزیت حداقل از دو جزء با یک مرز مشخص بین آنها ایجاد می شود. مواد کامپوزیت لایه ای وجود دارد - به عنوان مثال، تخته سه لا. در تمام کامپوزیت های دیگر، اجزاء را می توان به یک ماتریس، یا بایندر، و عناصر تقویت کننده - پرکننده ها تقسیم کرد. کامپوزیت ها معمولاً بر اساس نوع پرکننده یا ماده ماتریس تقویت کننده تقسیم می شوند. در مورد استفاده از کامپوزیت ها می توانید در پست تاریخچه مواد کامپوزیت بیشتر بخوانید و این پست در مورد روش های ساخت محصولات از کامپوزیت می باشد.

قالب گیری دستی

در مورد ساخت اقلام تک، رایج ترین روش قالب گیری دستی است. یک پوشش ژل روی ماتریس آماده شده اعمال می شود - ماده ای برای به دست آوردن یک روکش خوب در قسمت بیرونی مواد تقویت شده، که همچنین به شما امکان می دهد رنگ محصول را انتخاب کنید. سپس یک پرکننده در ماتریس قرار می گیرد - به عنوان مثال، فایبرگلاس - و با یک چسب آغشته می شود. ما حباب های هوا را حذف می کنیم، صبر می کنیم تا همه چیز خنک شود، و آن را با یک فایل صاف می کنیم - آن را برش می دهیم، سوراخ می کنیم و غیره.

این روش به طور گسترده برای ایجاد قطعات بدنه خودروها، موتورسیکلت ها و موتور سیکلت ها استفاده می شود. یعنی برای تنظیم در مواردی که محدود به چسباندن فیلم "زیر کربن" نیست.

سمپاشی

سمپاشی نیازی به برش مواد شیشه ای ندارد، بلکه به استفاده از تجهیزات ویژه نیاز دارد. این روش اغلب برای کار با اجسام بزرگ مانند بدنه قایق، وسایل نقلیه و غیره استفاده می شود. همانطور که در مورد قالب گیری دستی، ابتدا ژل کت و سپس مواد شیشه ای اعمال می شود.

RTM (تزریق)

با روش تزریق رزین پلی استر به یک قالب بسته، از یک ابزار از ماتریس و یک قالب متقابل - پانچ استفاده می شود. مواد شیشه ای بین ماتریس و فرم متقابل قرار می گیرد، سپس یک سخت کننده - رزین پلی استر - تحت فشار در قالب ریخته می شود. و البته تکمیل با یک فایل پس از پخت سلیقه ای است.

تزریق خلاء

روش تزریق خلاء نیاز به کیسه ای دارد که در آن خلاء با استفاده از پمپ ایجاد می شود. خود بسته حاوی یک ماده تقویت کننده است که منافذ آن پس از پمپاژ هوا با یک چسب مایع پر می شود.

یک روش نمونه برای ساخت اسکیت بورد است.

سیم پیچی

روش سیم پیچی کامپوزیت ها امکان ساخت سیلندرهای فوق سبک برای گاز فشرده را فراهم می کند که برای آن از آستر PET پمپ شده تا 2-5 اتمسفر و همچنین لوله های کامپوزیت مورد استفاده در صنعت نفت، صنایع شیمیایی و خدمات عمومی استفاده می شود. از این نام به راحتی می توان فهمید که فایبرگلاس به دور یک جسم متحرک یا ثابت پیچیده می شود.

در ویدیو - روند پیچیدن فایبرگلاس روی یک بالون.

انقباض

Pultrusion «کشیدن» است. با این روش، یک فرآیند پیوسته کشیدن مواد کامپوزیت از طریق دستگاه کشش وجود دارد. سرعت این فرآیند تا 6 متر در دقیقه است. الیاف از یک حمام پلیمری عبور داده می شوند و در آنجا با یک چسب آغشته می شوند و پس از آن از یک پیش ساز عبور می کنند و شکل نهایی را به دست می آورند. سپس مواد در قالب گرم می شود و در خروجی محصول سخت شده نهایی را می گیریم.

فرآیند تولید شمع ورق به روش پالتروژن.

پرس مستقیم

محصولات ترموپلاستیک در قالب های تحت فشار ساخته می شوند. برای این کار از پرس های هیدرولیک با دمای بالا با نیروی 12 تا 100 تن و حداکثر دمای حدود 650 درجه استفاده می شود. به این ترتیب مثلا سطل های پلاستیکی ساخته می شود.

قالب گیری اتوکلاو

اتوکلاو برای انجام فرآیندهایی با حرارت و تحت فشار بالاتر از اتمسفر به منظور تسریع واکنش و افزایش بازده محصول ضروری است. مواد کامپوزیت در داخل اتوکلاو روی فرم های مخصوص قرار می گیرند.

محصولات کامپوزیت

مواد کامپوزیت به طور گسترده ای در صنعت هواپیما استفاده می شود. به عنوان مثال، Solar Impulse از آنها ساخته شده است.

صنعت خودرو

پروتز و ارتز.

اگر اضافاتی دارید حتما در نظرات در مورد آنها بنویسید. متشکرم.

1

این مقاله وضعیت فعلی فناوری های تولید محصولات از مواد کامپوزیتی را ارائه می دهد که شامل اطلاعاتی در مورد فناوری های مورد استفاده، نرم افزار، تجهیزات ایجاد ماتریس، تجهیزات ایجاد محصولات کامپوزیت، تجهیزات کنترل هندسه یک محصول و آزمایش های غیر مخرب می باشد. .

مواد کامپوزیت

نرم افزار

تجهیزات ساخت ماتریس

1. مواد کامپوزیت مدرن / ویرایش. P. Krok و L. Brouman; مطابق. از انگلیسی. - م.، 1978.

2. طراحی و استحکام بدنه کشتی ها و کشتی های ساخته شده از فایبرگلاس. کشتی سازی خارجی در سال 1965 - 1973 // کشتی سازی، 1973.

3. Frolov S.E. روش های ایجاد مواد کامپوزیتی ناهمگن کلان و راه حل های تکنولوژیکی برای ساخت سازه های بدنه از آنها // کشتی سازی شماره 3 2003، ص. 55-59.

4. CAE - فن آوری در سال 2012: بررسی دستاوردها و تجزیه و تحلیل بازار. – CAD/CAM/CAE Observer #4 (80) / 2013.

5. مصاحبه با V.A. Seredka و A.Yu. Sofronov به CAD/CAM/CAE Observer #2 (78) / 2013.

6. فن آوری های هوشمند برای صنعت هواپیما. افزایش رقابت شرکت های داخلی هواپیماسازی به عنوان مثال پروژه های مشترک شرکت Solver و JSC VASO // CAD و گرافیک، شماره 1. 2011. ص 56-62.

7. لوکیانوف N.P. تجربه در استفاده از مواد کامپوزیت برای ساخت کشتی های PMO // کشتی سازی. شماره 3. 2007. S. 19-26.

ماده کامپوزیت ماده ای است که ساختار آن از اجزای متعددی تشکیل شده است که از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی متفاوت هستند: ماتریس های فلزی یا غیرفلزی با توزیع معینی از سخت کننده ها در آنها، ترکیب آنها خواص جدیدی به ماده کامپوزیت می دهد. با توجه به ماهیت ساختار، مواد کامپوزیت به فیبری، تقویت شده با الیاف و سبیل های پیوسته، مواد تقویت شده با پراکندگی که با وارد کردن ذرات پراکنده سخت کننده ها به ماتریس به دست می آیند، مواد لایه ای که با فشار دادن یا نورد کردن مواد غیر مشابه ایجاد می شوند، تقسیم می شوند.

امروزه مواد کامپوزیت به ویژه در صنایع مختلف مورد تقاضا هستند. اولین کشتی های فایبرگلاس در نیمه دوم دهه 1930 ساخته شدند. از دهه 50، کشتی سازی فایبرگلاس در جهان رواج یافت، تعداد قابل توجهی قایق بادبانی، قایق های کار و نجات و قایق های ماهیگیری، لندینگ کرافت و غیره ساخته شد. یکی از اولین کاربردها در حمل و نقل هوایی مواد کامپوزیتی، ساخت پانل های فیبر کربنی در سال 1967 برای لبه انتهایی بال هواپیمای F-111A بود. در سال های اخیر، در محصولات هوافضا، به طور فزاینده ای امکان ملاقات با ساختارهای ساخته شده از یک "ساندویچ" سه لایه با پرکننده لانه زنبوری آلومینیومی و پوسته های فیبر کربن وجود دارد. در حال حاضر، حدود 50 درصد از کل جرم یک بوئینگ 787 یا ایرباس A350 از مواد کامپوزیتی تشکیل شده است. در صنعت خودروسازی، مواد کامپوزیتی برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عمدتاً فناوری ساخت کیت بدنه آیرودینامیک توسعه یافته است. مواد کامپوزیت به میزان محدودی برای ساخت سیستم تعلیق و قطعات موتور استفاده می شود.

با این حال، تا همین اواخر، شرکت ها عمدتاً از چیدمان دستی قطعات از کامپوزیت ها استفاده می کردند و تولید سریال محصولات تولیدی نیازی به اتوماسیون عمیق فرآیندها نداشت. امروزه با توسعه رقابت در بازار، نمی توان بدون ابزار مدرن طراحی و آماده سازی تولید و همچنین بدون تجهیزات موثر برای کار با کامپوزیت ها کار کرد.

فن آوری برای ایجاد محصولات از مواد کامپوزیت

در بیشتر موارد، یک رزین گرما سخت پخت شیمیایی به عنوان پرکننده اتصال استفاده می شود، فرآیند پخت با یک واکنش شیمیایی گرمازا مشخص می شود. رزین های پلی استر، اپوکسی، فنولی و درجه حرارت بالا عمدتاً استفاده می شود. بیشتر اوقات ، در ساخت قطعات پیکربندی پیچیده ، از فناوری هایی استفاده می شود که ماهیت آنها قرار دادن یک پایه "خشک" و به دنبال آن آغشته سازی با چسب (قالب ریزی "مرطوب" ، سیم پیچ ، تزریق ، قالب گیری انتقال رزین / RTM) است. یا به طور متناوب یک پایه "خشک" را با چسب فیلم (اشباع خلاء، تزریق فیلم رزین / RFI) قرار دهید. چندین فناوری اصلی برای ساخت قطعات از مواد کامپوزیت وجود دارد، از جمله روش‌های دستی و خودکار:

• اشباع الیاف تقویت کننده با مواد ماتریس؛
• تشکیل در قالب نوارهای سخت کننده و ماتریس به دست آمده از سیم پیچ.
• پرس سرد اجزاء و به دنبال آن تف جوشی؛
• پوشش الکتروشیمیایی الیاف با پرس بعدی؛
• رسوب ماتریکس با اسپری پلاسما بر روی هاردنر و به دنبال آن فشرده سازی.
• جوشکاری پخش دسته ای نوارهای تک لایه اجزاء؛
• نورد مشترک عناصر تقویت کننده با ماتریس و غیره

علاوه بر این، فناوری ساخت قطعات با استفاده از پیش آغشته‌سازی‌ها (محصولات نیمه تمام که مواد پایه آغشته به یک کلاسور هستند) گسترده شده است.

نرم افزار

وظیفه طراحی یک محصول از مواد کامپوزیتی، انتخاب صحیح ترکیبی است که ترکیبی از خواص مورد نیاز در یک مورد عملیاتی خاص را فراهم می کند. هنگام طراحی مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده، پردازش داده های کامپیوتری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد که تعداد زیادی از محصولات نرم افزاری مختلف برای آن توسعه یافته است. استفاده از آنها باعث بهبود کیفیت محصولات، کاهش مدت زمان توسعه و سازماندهی تولید سازه ها، حل جامع، کارآمد و سریع مشکلات طراحی منطقی آنها می شود. محاسبه بارهای ناهموار اجازه می دهد تا یک ساختار بدنه ساخته شده از کامپوزیت تقویت شده با ضخامت متفاوت طراحی شود که می تواند ده ها بار متفاوت باشد.

محصولات نرم افزاری مدرن را می توان به دو گروه تقسیم کرد: آنهایی که تجزیه و تحلیل دسته ای لمینت ها را در فرمول "دو بعدی" یا "پرتو/صفحه" و به صورت سه بعدی انجام می دهند. گروه اول برنامه هایی مانند Laminator، VerctorLam Cirrus و غیره هستند. راه حل "سه بعدی" روش اجزای محدود است و انتخاب زیادی در بین محصولات نرم افزاری موجود وجود دارد. محصولات نرم افزاری مختلفی در بازار "فناوری مدل سازی کامپوزیت" وجود دارد: FiberSim (نرم افزار Vistagy / Siemens PLM)، Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.)، Helius (Firehole Composites / Autodesk)، ANSYS Composite PrepPost، ESAComp (Altair) مهندسی) و غیره.

تقریباً تمام نرم افزارهای تخصصی شرکت های مختلف توانایی ادغام با سیستم های CAD سطح بالا - Creo Elements / Pro، Siemens NX، CATIA را دارند. به طور کلی کار به شرح زیر است: مواد لایه انتخاب می شود، پارامترهای کلی بسته بندی لایه تعیین می شود، روش تشکیل لایه تعیین می شود، روش لایه به لایه برای تولید قطعات ساده، برای محصولات پیچیده استفاده می شود. از روش های طراحی زون یا سازه استفاده می شود. در روند چیدمان لایه ها، توالی آنها تنظیم می شود. بسته به روش تولید محصول (طراحی دستی، قالب گیری، قرار دادن نوار، قرار دادن فیبر)، تجزیه و تحلیل لایه به لایه مواد برای تغییر شکل های احتمالی انجام می شود. ترکیب لایه ها با عرض مواد استفاده شده تنظیم می شود.

پس از تکمیل شکل‌گیری لایه‌ها، کاربر داده‌های مربوط به محصول را دریافت می‌کند و به آنها اجازه می‌دهد برای اهداف مختلف استفاده شوند، به عنوان مثال:

• خروجی در قالب اسناد طراحی؛
• استفاده به عنوان داده های اولیه برای برش مواد؛
• داده های اولیه برای یک پروژکتور لیزری برای علامت گذاری خطوط مکان ها برای الگوهای تخمگذار.

انتقال به فن آوری های مدرن برای طراحی و آماده سازی تولید محصولات اجازه می دهد:

• کاهش مصرف مواد کامپوزیت از طریق استفاده از دستگاه‌های برش و برش دقیق.
• افزایش سرعت و بهبود کیفیت چیدمان دستی مواد با استفاده از جاهای خالی دقیق و برجستگی های لیزری مکان های چیدمان آنها.
• برای دستیابی به سطح بالایی از تکرارپذیری محصول؛
• کاهش تأثیر عامل انسانی بر کیفیت محصولات تولیدی؛
• کاهش الزامات به صلاحیت پرسنل مشغول به تخمگذار.

تجهیزات ساخت ماتریس

ساخت مدل اصلی از چوب فرآیندی زمان‌بر و زمان‌بر است، برای کاهش زمان ساخت ماتریس و بهبود دقت، از ماشین‌های فرز CNC سه / پنج محوره، ماشین‌های کنترل و اندازه‌گیری یا اسکنرهای سه بعدی استفاده می‌شود.

دستگاه فرز پنج محور پورتال، (شکل 1)، فقط برای تولید کنندگان بزرگ در دسترس است. شرکت‌های کوچک از مجتمع‌های رباتیک فرز بر روی بلوک‌های خطی (واحد ربات خطی) استفاده می‌کنند (شکل 2)، یا مدل‌های اصلی را از یک قطعه کار چسب‌دار می‌سازند. در این حالت، یک قاب توخالی سفت و سخت به عنوان پایه قطعه کار در نظر گرفته می شود که از بیرون چسبانده شده و سپس کاملاً پردازش می شود. شرکت هایی که توانایی پردازش کل محصول را ندارند مسیر متفاوتی را دنبال می کنند: ابتدا یک مدل سه بعدی ساده شده از محصول با استفاده از هواپیما در سیستم CAD ساخته می شود و یک قاب تخته سه لا سفت و سخت بر اساس مدل ساده شده طراحی می شود. سپس کل سطح بیرونی در سیستم CAD به عنوان روکش قاب داخلی نشان داده می شود. ابعاد روکش به گونه ای انتخاب می شود که بتوان آن را بر روی یک دستگاه فرز CNC موجود آسیاب کرد (شکل 3). سپس قاب با دقت مونتاژ شده با روکش مدل چسبانده می شود. با این روش، دقت مدل اصلی کمتر است و تکمیل دستی اتصالات روکش فلزی مورد نیاز است، اما این به شما امکان می دهد محصولاتی ایجاد کنید که ابعاد آنها به طور قابل توجهی از قابلیت های ماشین های CNC موجود فراتر رود.

برنج. 1. دستگاه فرز پنج محوره MR 125 با قابلیت پردازش قطعات با ابعاد 15x5 متر و ارتفاع تا 2.5 متر.

برنج. 2. مجتمع روباتیک فرز کوکا

برنج. 3. فرز پنج محور "کوچک".

تجهیزات برای ایجاد کامپوزیت

اولین مرحله در مکانیزه کردن فرآیند قالب‌گیری، استفاده از ماشین‌های آغشته‌کننده بود که علاوه بر آغشته‌سازی، پارچه‌های شیشه‌ای یا فایبرگلاس را در کیسه‌های چند لایه با ضخامت کلی 4 تا 5 میلی‌متر مونتاژ می‌کنند. برای مکانیزه کردن فرآیندها، کاهش احتمال خطای پرسنل و افزایش بهره وری، به عنوان مثال، از روش اسپری استفاده می شود که می توان از آن برای به دست آوردن پوسته بیرونی، پانل های بالک و سایر سازه های فایبرگلاس استفاده کرد. روش پاشش امکان به دست آوردن مربع های قالب گیری مکانیزه را فراهم می کند و در مقایسه با مربع های قالب گیری که به صورت دستی از نوارهای فایبر گلاس یا فایبرگلاس ساخته شده اند، بهره وری بیشتری را ارائه می دهد. مرحله بعدی در توسعه تولید محصولات از کامپوزیت ها، معرفی یک نصب برای سیم پیچ خودکار طرح بندی پرکننده های فیبر کربن است. اولین "ربات" طراحی شده برای چیدن پارچه خشک رول توسط شرکت آمریکایی Magnum Venus Plastech به نمایش گذاشته شد. برای اولین بار در روسیه، چنین تجهیزاتی در JSC VASO معرفی شده است. این تجهیزات امکان تولید قطعات کامپوزیتی تا طول 8 متر و قطر تا 3 متر را فراهم می کند (شکل 4).

برای تسهیل چیدمان دستی پارچه و کاهش ضایعات، از دستگاه های برش برای برش خودکار پارچه/پیش آغشته، از پروژکتورهای لیزری LAP و LPT برای طرح ریزی کانتور هنگام قرار دادن پیش آغشته بر روی تجهیزات تولید استفاده می شود. با استفاده از ماژول پروجکشن لیزری (شکل 5)، امکان تولید خودکار داده ها برای طرح ریزی مستقیماً از یک مدل سه بعدی از یک محصول کامپوزیت وجود دارد. این طرح کار به طور قابل توجهی هزینه های زمانی را کاهش می دهد، کارایی فرآیند را افزایش می دهد، احتمال نقص و خطا را کاهش می دهد و مدیریت داده ها را آسان می کند. مجموعه لیزر پروجکشن دستگاه نرم افزار برش در مقایسه با تخمگذار سنتی، شدت کار برش را تا حدود 50 درصد کاهش می دهد، سختی کار چیدمان را حدود 30 درصد، میزان استفاده از مواد را افزایش می دهد، یعنی می توانید از 15 تا 30 درصد از مواد.

تشکیل پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن به روش سیم پیچی، به دست آوردن محصولاتی با بالاترین تغییر شکل و استحکام را ممکن می سازد. روش های سیم پیچ به "خشک" و "تر" تقسیم می شوند. در حالت اول، از پیش آغشته ها برای سیم پیچی به شکل نخ، بسته یا نوار استفاده می شود. در حالت دوم، مواد تقویت کننده به طور مستقیم در طول فرآیند سیم پیچی با یک چسب آغشته می شوند. اخیراً تجهیزاتی ساخته شده است که از سیستم های کامپیوتری برای کنترل الگوی جهت گیری فیبر استفاده می کند. این امکان به دست آوردن محصولات لوله ای دارای خمیدگی و اشکال نامنظم و همچنین محصولاتی با هندسه پیچیده را فراهم می کند. تجهیزات سیم پیچ با استفاده از فناوری انعطاف پذیر در حال توسعه هستند، جایی که مواد فیبری تقویت کننده را می توان در هر جهت روی سنبه قرار داد.

برنج. دستگاه سیم پیچ فیبر کربن 4 MAG Cincinnati Viper 1200 FPS

برنج. 5. سیستم موقعیت یابی لیزری (طرح کلی سبز)

تجهیزات برای بررسی هندسه و ساختار داخلی محصول

خطوط منحنی محصولات اغلب دارای ژنراتیکس منحنی هستند که با استفاده از روش‌های سنتی "پلاز" قابل تایید نیستند. با استفاده از اسکن سه بعدی، می توانید تعیین کنید که یک نمونه فیزیکی چقدر با یک مدل کامپیوتری سه بعدی مطابقت دارد. برای اسکن سه بعدی، می‌توانید از دستگاه اندازه‌گیری مختصات بازویی (CMM) یا یک سیستم اسکن نوری/لیزری بدون تماس استفاده کنید. با این حال، هنگام استفاده از سیستم های اسکن بدون تماس، به عنوان یک قاعده، آنها نمی توانند به درستی با سطوح آینه و براق کار کنند. هنگام استفاده از "بازوهای اندازه گیری"، چندین تنظیم مجدد متوالی مورد نیاز خواهد بود، زیرا فضای کار، به دلیل طراحی بازوهای اندازه گیری، معمولا به یک کره با شعاع 1.2-3.6 متر محدود می شود.

همچنین، مواد فایبرگلاس دارای تعدادی از مناطق مشکل است. یکی از اصلی ترین آنها کنترل کیفیت محصول نهایی (عدم وجود حفره هوا) و خوردگی در حین کار است. برای آزمایش های غیر مخرب بدنه کشتی های ساخته شده از کامپوزیت ها، اشعه ایکس به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد، اما به دلایلی تمایل به کاهش آن دارند. اخیراً، انتشاراتی در توصیف تشخیص لایه برداری توسط ترموگرافی مادون قرمز (تصویرسازهای حرارتی) ظاهر شده اند. در عین حال، هر دو روش تصویربرداری حرارتی و NDT اشعه ایکس که لایه‌برداری‌ها را شناسایی می‌کنند، امکان اندازه‌گیری اندازه‌های آن‌ها و تعیین عمق عیوب را به منظور ارزیابی تأثیر آنها بر تغییر ویژگی‌های استحکام نمی‌دهند.

نتیجه

در حال حاضر، در روسیه، توسعه فشرده اتوماسیون مونتاژ محصولات کامپوزیت، از جمله تجهیزات برای ایجاد ماتریس، تقریباً تازه شروع شده است. بیشتر اوقات ، فقط عناصر جداگانه کیت بدنه آیرودینامیکی برای "تیونینگ" اتومبیل ها انجام می شود. پیاده سازی سیستم فیبر سیم در طراحی و ساخت مین روب پایه پروژه 12700 و همچنین در دستگاه پارچه کش اتوماتیک VASO موفقیت آمیز است. اما اینها نمونه های مجزایی هستند که برای افزایش رقابت پذیری، معرفی همه جانبه فناوری های جدید ضروری است.

پیوند کتابشناختی

چرنیشوف E.A.، Romanov A.D. فن آوری های مدرن برای تولید محصولات از مواد کامپوزیت // فن آوری های مدرن مبتنی بر علم. - 2014. - شماره 2. - ص 46-51;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33649 (دسترسی: 2019/11/25). مجلات منتشر شده توسط انتشارات "آکادمی تاریخ طبیعی" را مورد توجه شما قرار می دهیم.

تی تکنولوژی کامپوزیتمشکل بدست آوردن مواد سخت شده را حل می کند. کلمه تکنولوژی از دو کلمه یونانی گرفته شده است: techne - کاردستی و logos - کلمه، آموزش. معمولاً در نام‌هایی از این نوع، قسمت دوم «منطق» با مفهوم «علم» مطابقت دارد. مثلا جانورشناسی علم حیوانات است، زمین شناسی علم ساختار زمین است. در قیاس، فناوری باید به عنوان علم صنعتگری تعریف شود.

فناوری کامپوزیت - بخش فناوری مواد

اما کلمه "علم" در کنار کلمه "تکنولوژی" نسبتاً اخیراً ظاهر شده است. فناوری معمولاً به عنوان مجموعه ای از روش ها تعریف می شود. اگر در مورد تکنولوژی مواد، سپس این مجموعه ای از روش ها برای به دست آوردن و پردازش مواد است.
الیاف به عنوان اجزای مواد. چند دهه پیش، می توان با چنین تعریفی موافق بود. و امروز قطعاً نیاز به توضیح دارد. امروزه فناوری مواد تنها مجموعه ای از روش ها نیست، بلکه علم به دست آوردن و فرآوری مواد نیز می باشد که مبنای نظری خاص خود را دارد (تئوری فرآیندهای متالورژی، تئوری عملیات تحت فشار، تئوری عملیات حرارتی و غیره). ، روش تحقیق خودش، اصول خودش. و ایجاد مواد جدید بدون استفاده از دستاوردهای آن غیر قابل تصور است. اما با یادآوری این موضوع، نباید قسمت اول کلمه را فراموش کنیم. با این حال، فناوری نیز مهارت است. و صنعتگری مانند هنر است. برای تبدیل شدن به یک تکنسین خوب، علاوه بر دانش، باید هم نبوغ و هم نبوغ داشته باشید. و استعداد بیشتری می خواهد. با این حال، این ویژگی ها در هیچ تجارتی اضافی نیستند. افراد با تخصص های مختلف در ایجاد مواد شرکت می کنند. نظریه پردازان مواد، فیزیکدانان، شیمی دانان و مکانیک هایی هستند که قوانین کلی حاکم بر رفتار مواد را مطالعه می کنند. تکنسین های مواد متخصصانی هستند که از این قوانین برای ایجاد مواد جدید و توسعه روش هایی برای تولید آنها استفاده می کنند. آنها رابط بین تئوری و عمل هستند. و همچنین فن‌آوران تولید هستند که مستقیماً در کارخانه‌ها کار می‌کنند و فرآیندهایی را برای به دست آوردن محصولات در شرایط صنعتی توسعه می‌دهند. ما در مورد کار دانشمندان و فناوران مواد صحبت خواهیم کرد.

فناوری کامپوزیت وظیفه یک متخصص است

برای مثال در نظر بگیرید متخصص فناوری کامپوزیت. چه کارهایی باید حل کند؟ اینجا یکی از آنها است. دانمارکی: الیاف بور که روی بوبین ها زخم شده اند. آلومینیوم (در هر شکل - ورق، سیم، پودر، مذاب) را می توان به صلاحدید شما انتخاب کرد. مورد نیاز: برای اتصال الیاف و ماتریس آلومینیوم به یکدیگر، در حالی که یک بور-آلومینیوم با مقاومت بالا به دست می آید. تکنسین باید تصمیم بگیرد که چگونه این کار را انجام دهد. برای دقیق تر، بیایید در مورد چگونگی به دست آوردن چنین کامپوزیت به شکل یک ورق بحث کنیم، که در آن تمام الیاف به طور مساوی در سطح مقطع توزیع شده و به موازات یکدیگر قرار می گیرند. برای حل مشکل باید به سه سوال اساسی پاسخ داد:

1. چگونه می توان از قرار دادن الیاف در جهت معین اطمینان حاصل کرد؟
2. چگونه الیاف را وارد یک ماتریس کنیم تا ورقی با ساختار و خواص مورد نیاز بدست آوریم؟
3. چگونه از نرم شدن و تخریب الیاف در فرآیند ساخت مواد جلوگیری کنیم و در عین حال از پیوند قوی آنها با ماتریس اطمینان حاصل کنیم؟

سوال "چطور؟" به طور مداوم در حال تعقیب فناوران و یک همراه ثابت همیشه در کنار او ظاهر می شود - "چرا؟". به سوال "چرا؟" پاسخ دهید. - به معنای یافتن دلیل ایجاد این یا آن پدیده است. و پاسخ به سوال "چگونه؟" باید نحوه حل مشکل را نشان دهد. هر متخصصی که به علم مشغول است دائماً مجبور است به دنبال پاسخ این سؤالات باشد و امیدی به رهایی از آنها ندارد. به محض اینکه به یکی پاسخ می دهید، دیگری ظاهر می شود، و او نیز به نوبه خود، بهمنی از «چرا؟» جدید ایجاد می کند. و چطور؟". و اگر آنها از نگرانی دست بردارند، او دیگر دانشمند نیست. اما هنوز هم برای یک تکنسین نکته اصلی این است که دقیقاً به این سؤال پاسخ دهد "چگونه؟". این کار اوست. سه سوال اصلی فرموله شده است که هنگام حل مشکل فناوری باید در نظر گرفته شود. بیایید سعی کنیم به آنها پاسخ دهیم.

نحوه جهت دهی الیاف در کامپوزیت

بیایید به ترتیب شروع کنیم. نحوه جهت دهی الیاف در کامپوزیت? اگر به اندازه کافی ضخیم بودند، مانند میله های فولادی که با آن ها تقویت می شوند، مشکل خاصی وجود نداشت. می توانید یکی یکی را در لانه هایی که مخصوص آماده شده اند قرار دهید.
الیاف به عنوان پایه کامپوزیت ها. اما باید با الیاف نازک با قطر حدود 100 میکرومتر سر و کار داشته باشیم. در یک ورق با ضخامت 5 میلی متر و عرض 500 میلی متر، بیش از 100 هزار عدد وجود خواهد داشت؛ قرار دادن هر فیبر به صورت دستی در محلی که از قبل برای آن در نظر گرفته شده است، به وضوح یک کار غیر واقعی است. این را می توان توسط یک ماشین انجام داد. باید در نظر داشت که الیاف نباید با یکدیگر تماس داشته باشند، باید در فاصله معینی از یکدیگر قرار گیرند تا غلظت لازم در ماتریس ایجاد شود. در اینجا می توانید چندین گزینه ارائه دهید، اما احتمالاً یکی از بهترین ها - همان چیزی که امروزه در عمل به طور گسترده استفاده می شود - روش سیم پیچی. یک درام استوانه ای گرفته می شود که محیط آن برابر با طول ورق آینده است، روی ماشین تراش نصب شده و با فاصله فیبر معین روی آن پیچیده می شود. ایده این است که سپس تمام الیاف را در امتداد ژنراتیکس استوانه برش دهید و آنها را در یک صفحه باز کنید و یک لایه از الیاف موازی به دست آورید. طول این لایه برابر با محیط درام است. و برای حفظ چینش متقابل الیاف در لایه، لازم است قبل از برش به نحوی آنها را به یکدیگر محکم کنید. برای مثال می توانید با چسب آغشته کنید و بعد از خشک شدن ژنراتیکس را برش دهید. در عین حال، چسب را انتخاب کنید تا در صورت لزوم، به راحتی از بین برود، مثلاً با حرارت دادن بسوزد.

نحوه قرار دادن الیاف در ماتریس

اما بهتر است این کار را متفاوت انجام دهید. از خود ماده ماتریس به عنوان بست استفاده کنید. سپس می توانید دو کار را همزمان انجام دهید تا به درستی فناوری کامپوزیت را حفظ کنید: فیبرها را ثابت کنیددر موقعیت مورد نظر و همزمان آنها را وارد ماتریس کنید، یعنی به دومین سوال اصلی وظیفه خود پاسخ دهیم. فکر خوب است اما باز هم همان وسواس به وجود می آید - چگونه؟ چگونه انجامش بدهیم؟ شما نمی توانید بدون دانش فیزیک و شیمی انجام دهید.

روش الکتروشیمیایی

می تواند به کار رود روش الکتروشیمیایی، اعمال یک پوشش گالوانیکی از فلز ماتریکس به درام با الیاف پیچیده شده روی آن. در اصل خیلی سخت نیست، اما:

1. زمان زیادی می برد
2. همه فلزات را نمی توان به این روش اعمال کرد،
3. وقتی صحبت از آلیاژهای پیچیده می شود، تهیه ترکیب مطلوب ماتریس دشوار است.

اما برای برخی از کامپوزیت ها، به عنوان مثال، با ماتریس های مس یا نیکل، این روش کاملا قابل قبول است. اگرچه بهتر است چیزی جهانی تر پیدا کنید. شما می توانید به راه دیگری فکر کنید. به سادگی درام را با الیاف زخم داخل آلومینیوم مذاب فرو کنید و پس از بیرون آوردن آن به سرعت آن را خنک کنید تا کریستالی شود. به نظر ساده است، اما این سادگی فریبنده است. فلز مایع تخلیه می شود و بنابراین پوشش یکنواخت کل تک لایه با ماتریس امکان پذیر نخواهد بود. علاوه بر این، در برخی موارد، فلز مذاب می تواند به طور فعال با خود درام تعامل داشته باشد و سطح آن و سطح الیاف را خورده کند، و این بسیار نامطلوب است، زیرا درام ابعاد خود را از دست می دهد و الیاف ضعیف و شکننده می شوند. .

پلاسما پاشش پوشش ها

و در اینجا مناسب ترین گزینه است. استفاده کنید پاشش پلاسما پوشش ها. با این روش، مواد ماتریس توسط جریانی از پلاسمای با دمای پایین (گاز یونیزه شده با دمای متوسط ​​حدود 10000 کلوین) ذوب می شود و با همان جریان اسپری شده و به سطح درام منتقل می شود و الیاف را می پوشاند و پر کردن شکاف بین آنها جریان پلاسما با استفاده از یک دستگاه خاص - یک مشعل پلاسما به دست می آید که در آن گاز کار (نیتروژن، آرگون، هیدروژن، هلیوم و غیره) تحت عمل تخلیه قوس یونیزه می شود. اگرچه پلاسمای تشکیل‌شده در پلاسماترون‌های معمولی دمای پایین نامیده می‌شود، اما این دمای «پایین» (10000 کلوین) برای ذوب کردن هر یک از مواد موجود در طبیعت کافی است. قطرات فلز مذاب به درام سرد می رسد و با دادن گرما به آن متبلور می شود و در صورت چرخش یکنواخت روی درام یک پوشش یکنواخت ایجاد می کند. ماده ای که قرار است پاشیده شود (در مورد ما آلومینیوم) معمولاً به شکل پودر یا سیم به جت پلاسما وارد می شود. از نظر بیرونی، فرآیند اعمال پوشش های پلاسما شبیه رنگ آمیزی با قلم مو است. فقط به جای یک قلم مو - یک مشعل پلاسما و به جای رنگ - یک آلیاژ ماتریس. اصولاً برای این منظور نیازی به استفاده از پلاسما نیست، می توانید با مشعل گازی یا وسیله دیگری از پس آن بربیایید، اما پلاسماپاشی بسیار راحت است و در ساخت کامپوزیت ها کاربرد زیادی دارد. تک لایه تقویت شده به دست آمده پس از پاشش در امتداد یکی از ژنراتیکس های سیلندر بریده شده و به صورت صفحه باز می شود. استحکام پوشش برای جلوگیری از حرکت الیاف نسبت به یکدیگر کافی است، اما برای اطمینان از استحکام بالای کامپوزیت کافی نیست. ضخامت تک لایه های حاصل معمولا قطر یک و نیم تا دو فیبر یعنی حدود 200 میکرون است و ما یادآوری می کنم به ورقی به ضخامت 5 میلی متر نیاز داریم. چگونه بودن؟ دوباره "چطور؟".

نورد تک لایه ها

این بار لازم نیست مدت زیادی به دنبال پاسخ باشید: باید از تک لایه های به دست آمده یک کیک پفکی درست کنید، یعنی آنها را در کیسه ای به ضخامت لازم جمع کنید و به نوعی فشرده کنید و آنها را به طور جدانشدنی به هم وصل کنید. با همدیگر. این را می توان انجام داد، برای مثال، تک لایه های نوردیا پرس داغ در حالت اول بسته را در فر گرم می کنند و بین رول های چرخان رد می کنند. در هنگام نورد، تک لایه ها به صورت یک ماده یکپارچه ترکیب می شوند و مواد ماتریس در هر تک لایه متراکم می شوند که منجر به افزایش استحکام ماتریس و استحکام پیوند آن با الیاف می شود.

پرس گرم تک لایه ها

گاهی اوقات فشرده کردن بسته های تک لایه نه با نورد، بلکه با استفاده از آن به مصلحت تر است پرس داغ. برای این کار آنها را در قالبی قرار می دهند که طول و عرض صفحه کار آن با ابعاد تک لایه ها مطابقت دارد و از بالا با پانچ فشرده می شوند. قالب گرم می شود تا دمای فرآیند مورد نیاز حفظ شود. بسته گرم شده فشرده است، از این رو نام آن - پرس گرم است. برای اینکه یک پیوند قوی بین تک لایه ها ایجاد شود و تمام ذرات فلز زمینه رسوب شده به یکدیگر جوش داده شوند و یک مونولیت را تشکیل دهند، لازم است تحت فشار نگه داشته شود و در نتیجه به فرآیندهای انتشار اجازه می دهد کار خود را انجام دهند. این فرآیندها همراه با فشار هستند که خواص مکانیکی بالای شیرینی پفکی ما را فراهم می کنند. به همین دلیل است که گاهی اوقات این روش برای به دست آوردن کامپوزیت ها را جوشکاری انتشار می نامند.

فناوری کامپوزیت ها به شکل میله یا پروفیل پیچیده

با توجه به وظیفه در دست، ما به سوال دوم پاسخ داده ایم - نحوه وارد کردن الیاف به ماتریس. اما اگر نیاز به تهیه یک کامپوزیت به شکل یک نوار یا یک نمایه پیچیده دارید، چه؟ "چگونه" دیگر. دوباره می توانید متوسل شوید بسته های نورد از تک لایه، اما نه در رول های صاف، بلکه در انواع کالیبره شده، یعنی داشتن برش های ویژه که مطابق با پیکربندی مورد نیاز است. یا می توانید از به اصطلاح استفاده کنید روش های فاز مایع هنگامی که ماتریس در فرآیند به دست آوردن کامپوزیت در حالت مایع است. الیاف با باز شدن از سیم پیچ ها (تعداد سیم پیچ ها برابر با تعداد الیاف موجود در کامپوزیت است) بدون تماس با یکدیگر از حمامی با فلز زمینه مذاب عبور می کنند، توسط آن خیس می شوند و وارد اسپینر می شوند که یک میله را تشکیل می دهد. از بخش مورد نظر پس از آن، میله سرد می شود، فلز زمینه سخت می شود و یک ماده کامپوزیت با الیاف تشکیل می دهد. به این ترتیب میله هایی از انواع پروفیل ها به دست می آید. محصولات با مشخصات پیچیده، مانند پره های توربین، به راحتی با اشباع به دست می آیند. الیافی در قالب قرار می گیرند که حفره کاری آن با شکل تیغه مطابقت دارد (نحوه انجام این کار یک موضوع جداگانه است که اکنون در نظر نخواهیم گرفت، اما این کار را می توان انجام داد، اگرچه به راحتی انجام نمی شود) و سپس مایع فلز ماتریکس در قالب ریخته می شود. شکاف های بین الیاف معمولا کوچک است و پر کردن آنها برای فلز مذاب دشوار است، اما پر کردن آنها ضروری است و در اسرع وقت ممکن است تا الیاف فرصت حل شدن در ماتریس را نداشته باشند. بنابراین، در بیشتر موارد، اشباع تحت فشار انجام می شود. قالب ریخته گری تخلیه می شود و فلز مایع تحت فشار اتمسفر وارد آن می شود. به عنوان یک قاعده، اختلاف فشار یک اتمسفر برای اشباع سریع و قابل اعتماد کافی است. اما این تنها در صورتی است که الیاف توسط فلز زمینه مذاب خیس شوند. اگر اینطور نیست، پس باید اقدام کنید. به عنوان مثال، الیاف کربن توسط آلومینیوم مایع خیس نمی شوند؛ بنابراین، کربن-آلومینیوم را نمی توان به سادگی با آغشته کردن رشته های گرافیت به آلومینیوم به دست آورد. اما اگر این رزوه ها از قبل با نازک ترین لایه کروم یا نیکل (کافی است روکشی به ضخامت یک میکرومتر) که به خوبی توسط آلومینیوم خیس می شوند، پوشانده شوند، از آغشته شدن اطمینان حاصل می شود و می توان کامپوزیت به دست آورد. شغل اصلی تکنسین پاسخ به سوال "چگونه؟" است. چطور انجام دادن؟ در صورتی می توان به این سوال پاسخ صحیح داد که پاسخ سوال «چرا؟» مشخص باشد. اگر مکانیک خودرویی را تصور کنید که می داند چگونه پیچ و مهره را ببندد، اما ساختار ماشین را نمی داند. برایش بی ارزش به طور مشابه، فن‌آوری که فیزیک فرآیندهایی را که هنگام به دست آوردن یک ماده رخ می‌دهد، درک نمی‌کند، متخصص ضعیف‌تری است. به عنوان مثال، تکنسین می داند که در بسیاری از موارد کامپوزیت پس از گرم شدن نرم می شود. مشکل بلافاصله ایجاد می شود - چگونه با آن برخورد کنیم؟ این سوال مشابه سوال سوم «چگونه؟» در ابتدای گفتگو است. و برای حل این مشکل باید بدانید که چرا نرم شدن کامپوزیت رخ می دهد. پاسخ به این سوالات توسط فناوری کامپوزیت ارائه شده است.

مجتمع رباتیکبرای پردازش مکانیکی محصولات ساخته شده از مواد کامپوزیتی برای مکانیزاسیون و اتوماسیون یکی از پر زحمت ترین عملیات در چرخه فن آوری طراحی شده است:

• برش و حذف فلاش تکنولوژیک
• شیارهای فرز، فرورفتگی ها و موقعیت دهنده ها برای عناصر تعبیه شده
• حفاری و فرز از طریق سوراخ هایی با شکل پیچیده
• فرزکاری از طریق سوراخ هایی با اندازه های بزرگ (دریچه ها، دریچه ها و غیره)

مجتمع رباتیکبه شما امکان می دهد مزایای زیر را ارائه دهید:

• افزایش سرعت پردازش در مقایسه با پردازش دستی
• تکرارپذیری و کیفیت پردازش بالا
• فرز با کیفیت لبه بالا "در یک پاس"
• بهبود شرایط کار
• ایجاد مشاغل با دانش بیشتر

در روش تماسپس از قالب گیری، مواد شیشه ای با استفاده از قلم مو یا غلتک به صورت دستی به رزین آغشته می شوند. آغشته سازی را می توان همزمان با نورد در قالب یا به طور جداگانه انجام داد. نورد برای حذف هوا از ورقه ورقه و توزیع یکنواخت چسب انجام می شود.

مواد کامپوزیتی موادی هستند که از چندین جزء ایجاد می شوند. آنها عمدتا از یک پایه پلاستیکی، یک پرکننده تقویت کننده و همچنین برخی مواد دیگر ساخته می شوند. در نتیجه، کامپوزیت با استحکام بالا، صلبیت و بسیاری از خواص مفید دیگر مشخص می شود.

فن آوری های کامپوزیت پلیمری روش هایی برای ایجاد موادی هستند که ماتریس آنها پلیمر است. آنها تعداد زیادی گونه و گونه دارند که شیوع و محبوبیت آنها را تضمین می کند. انواع پلیمرهای سرامیکی به شرح زیر است:

فایبرگلاس;
فیبر کربن؛
بوروپلاستی
ارگانوپلاستی؛
پلیمرهای پر شده با پودر؛
تخته های درسی

مواد سرامیکی کامپوزیت در زمینه های بسیار متنوعی استفاده می شود که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

ساخت و ساز؛
مهندسی برق؛
صنایع شیمیایی؛
راهسازی؛
مخابرات؛
صنعت هوانوردی و غیره

رواج و محبوبیت فناوری های کامپوزیت با مزایای بسیاری از این روش ساخت مواد همراه است. ارزش توجه به ویژگی های مثبت زیر را دارد:

بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی؛
وزن مخصوص نسبتا کم؛
مقاومت در برابر پدیده های خورنده، پوسیدگی یا تاب خوردگی؛
سمیت کم در هنگام احتراق؛
غیر قابل احتراق یا احتراق دشوار؛
مقاومت شیمیایی منحصر به فرد؛
ضریب کم انبساط خطی به دلیل عمل گرما.
محدوده دمایی نسبتاً گسترده ای از عملکرد؛
خواص عایق الکتریکی بالا؛
افزایش دوستی با محیط زیست

در قرن بیست و یکم، مواد کامپوزیتی بر پایه پلیمرهای سرامیکی به یکی از محبوب‌ترین مواد تبدیل شده‌اند که با کمک آن‌ها مسائل مختلف تکنولوژیکی را در زمینه‌های مختلف از جمله ساخت‌وساز، مهندسی و یا انواع دیگر صنایع حل می‌کنند. این به کمک مزایای بسیاری حاصل شد که کامپوزیت ها را از انواع دیگر مواد محبوب تا آن زمان متمایز می کند.

ترمیم چرخ مورب پمپ

همچنین می توان از مواد کامپوزیتی برای بازیابی چرخ مورب پمپ استفاده کرد. MP Angarsk Vodokanal با درخواست مشابهی برای تعمیر دستگاه پمپاژ فاضلاب به نام KSB Sewatec به سرامت مراجعه کرد.

در سه سال کارکرد، عملکرد پمپ از روز اول بهره برداری به 70 درصد کاهش یافت. به عنوان یک تعمیر، فلز ترمیم شد، یک ماده کامپوزیت اعمال شد، و همچنین تعادل پویا. بدین ترتیب به دلیل استفاده از فناوری های کامپوزیت امکان افزایش عمر پمپ و صرفه جویی 4.5 برابری در هزینه ها فراهم شد.

ویژگی های مواد Ceramet

مواد سرامیکی کامپوزیت سرامیت برای محافظت از تجهیزات، افزایش عمر و افزایش عمر کاری آن طراحی شده اند. این امر زمان خرابی و نیاز به خرید قطعات اضافی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

ویژگی های ماده Ceramet طیف نسبتاً گسترده ای از کاربردهای آن است که شامل موارد زیر است:

تعمیر تجهیزات پمپاژ;
نوسازی پیچ ها؛
بهبود عملکرد مبدل های حرارتی؛
تعمیر خطوط لوله، ناودان و غیره

بنابراین، مواد کامپوزیت Ceramet را می توان برای اهداف مختلف مورد استفاده قرار داد، که سودمندتر از سایر روش های تجدید تجهیزات است.