Technologie kompozytowe i regeneracja pomp przemysłowych. Technologie produkcji włókna szklanego Technologie kompozytowe

Technologie kompozytowe i regeneracja pomp przemysłowych. Technologie produkcji włókna szklanego Technologie kompozytowe
25.11.2019

Podczas tej metody wykorzystuje się wcześniej przygotowane wypełniacze. Dzięki tej metodzie gwarantowana jest wysoka jednorodność produktu pod względem wytrzymałościowym, a wskaźniki są kontrolowane. Jednak jakość powstałego produktu zależy w dużej mierze od umiejętności i doświadczenia pracowników.

Produkcja ręcznie formowanych wyrobów z włókna szklanego podzielona jest na kilka etapów. Pierwszy etap nazywa się przygotowawczym, podczas którego powierzchnia matrycy oczekiwanego produktu zostaje oczyszczona, następnie odtłuszczona i na koniec nałożona warstwa wosku uwalniającego. Na koniec pierwszego etapu matrycę pokrywa się warstwą ochronno-dekoracyjną – żelkotem. Dzięki tej warstwie kształtuje się zewnętrzna powierzchnia przyszłego produktu, utrwala kolor i zabezpiecza przed działaniem czynników atmosferycznych czynniki szkodliwe jak woda, światło ultrafioletowe i odczynniki chemiczne. Do produkcji używaj głównie macierzy ujemnych ukończony produkt. Po wyschnięciu specjalnej warstwy żelkotu można przejść do kolejnego etapu, czyli formowania. Na tym etapie w matrycę umieszcza się wstępnie pocięty materiał szklany, można także zastosować inny rodzaj wypełniacza. Następnie następuje proces formowania „szkieletu” oczekiwanego produktu. Następnie na przygotowany materiał szklany nakłada się wstępnie zmieszaną żywicę z katalizatorem. Żywicę należy równomiernie rozprowadzić po matrycy za pomocą pędzli i miękkich wałków. Finałowy etap można nazwać toczeniem. Służy do usuwania pęcherzyków powietrza z jeszcze nie utwardzonego laminatu. Jeśli nie zostaną usunięte, wpłynie to na jakość gotowego produktu, dlatego laminat należy zwinąć twardym wałkiem. Po stwardnieniu gotowy produkt jest wyjmowany z formy i poddawany obróbce mechanicznej polegającej na wierceniu otworów, przycinaniu nadmiaru włókna szklanego na krawędziach itp.

Zalety tej metody:

  • istnieje realna szansa na uzyskanie produktu o złożonym kształcie i znacznych rozmiarach przy minimalnych nakładach inwestycyjnych;
  • projekt produktu można łatwo zmienić, ponieważ do produktu wprowadzane są osadzone części i osprzęt, a cena sprzętu i wymaganego wyposażenia jest dość niska;
  • Do wykonania matrycy stosuje się dowolny materiał, który jest w stanie zachować swoje proporcje i kształt.

Wady tej metody:

  • znaczne koszty Praca fizyczna;
  • produktywność jest dość niska;
  • jakość produktu będzie zależała od kwalifikacji formierza;
  • Ta metoda jest odpowiednia do wytwarzania produktów na małą skalę.

2. Rozpylanie.

Metoda ta nadaje się do produkcji na małą i średnią skalę. Metoda natryskiwania ma wiele zalet w porównaniu z formowaniem kontaktowym, chociaż zakup sprzętu do tej metody wiąże się z pewnymi kosztami.

Specjalna instalacja umożliwia zastosowanie osłona ochronna i plastik. Dzięki temu nie ma potrzeby wstępnego cięcia materiału i przygotowania spoiwa, w wyniku czego znacznie zmniejsza się część pracy ręcznej. Specjalne instalacje automatycznie dokładnie odliczają dawki żywicy i utwardzacza, a także rozcinają niedoprzęd na kawałki wymagane rozmiary(0,8 - 5 cm). Po procesie cięcia fragmenty nici muszą przedostać się do strumienia spoiwa i w trakcie przenoszenia na matrycę ulec nasyceniu. Dzięki pracy ręcznej proces zagęszczania włókna szklanego w matrycy odbywa się za pomocą walca walcującego.

Szereg zalet w produkcji włókna szklanego metodą natryskową:

  • oszczędność czasu i przestrzeni użytkowej dzięki temu, że nie ma konieczności cięcia materiału i przygotowania spoiwa;
  • możliwe jest zmniejszenie ilości powierzchni produkcyjnych poprzez zmniejszenie ilości specjalnie przygotowanych miejsc do formowania;
  • wzrasta prędkość formowania produktu;
  • kontrola nad jakością produktu jest uproszczona;
  • fundusz wynagrodzenie znaczne oszczędności;
  • ze względu na fakt, że wędrowanie jest względne niedrogi materiał, wówczas koszt powstałego produktu jest znacznie obniżony.

Gdy spoiwo przygotowuje się w małych ilościach, to podczas ręcznego formowania do 5% spoiwa pozostaje na narzędziach i ściankach pojemnika, co jest dość nieekonomiczne. Wiadomo, że jakość powstałego produktu będzie zależała od umiejętności i doświadczenia operatora instalacji. W tej metodzie wykorzystuje się te same narzędzia, co przy formowaniu ręcznym.

3. Pultruzja.


Technologia pultruzji opiera się na ciągłej produkcji jednoosiowo zorientowanych wyrobów profilowych z włóknistych tworzyw sztucznych. Wyrób profilowany o stałym przekroju z odpowiedniego materiału można otrzymać metodą pultruzji.

Dzięki specjalnej maszynie do pultruzji produkowany jest profil z włókna szklanego. Maszyna taka składa się z sekcji podawania materiałów wzmacniających, matrycy, sekcji impregnacji, zespołu ciągnącego i zespołu sterującego elementy grzejne oraz z sekcji przycinania. Lepiej jest wzmocnić pakiet włókien zorientowanych w stanie suchym i zaimpregnować go kompozycją polimerową przepompowaną przez suchy pakiet. Dzięki tej technologii powietrze nie przedostanie się do materiału. Nadmiar żywicy spłynie z powrotem do miski i zostanie poddany recyklingowi. Roving, który służy jako materiał wzmacniający, jest odwijany ze szpul w stanie suchym i w specjalny sposób zbierany w wiązkę. Następnie materiał wchodzi do urządzenia impregnującego - jest to specjalna kąpiel z żywicą, w której jest całkowicie zwilżany poliestrem, żywicą epoksydową lub innym spoiwem. Następnie zaimpregnowany już materiał kierowany jest na rozgrzaną matrycę, której zadaniem jest uformowanie konfiguracji profilu. Następnie kompozycja twardnieje w określonej temperaturze. W rezultacie powstał profil z włókna szklanego, którego konfiguracja odpowiada kształtowi matrycy.

Udowodniono, że produkty wytwarzane metodą pultruzji mają lepsze właściwości niż części wykonane klasycznymi metodami formowania. Wzrost kosztów tej metody wynika z szeregu zalet charakterystycznych dla tego procesu. Korzyści obejmują ścisłą kontrolę napięcia i kierunkowości włókien, zmniejszenie porów i utrzymanie stałej zawartości włókien w kompozycie. Jest oczywiste, że nawet właściwości ścinania międzywarstwowego są wyraźnie poprawione. NA ten moment Opracowano kilka wariantów podstawowego procesu pultruzji, które cieszą się zainteresowaniem wielu osób i mają duże znaczenie dla branży. Ich zaletami są dobre właściwości elektryczne, fizyczne, chemiczne i termiczne, wysoka wydajność i doskonała tolerancja wymiarowa. Jedna z tych metod pultruzji jest przeznaczona właśnie do produkcji trwałych półproduktów z płyt i arkuszy.

Jednak każda metoda ma swoje wady. Metoda ta charakteryzuje się taką wadą, jak szybkość procesu, która będzie zależała od temperatury i szybkości utwardzania spoiwa. Zwykle jest mały w przypadku żywic poliestrowych odpornych na wysoką temperaturę. Kolejną wadą jest to, że trudno jest zapewnić stały przekrój poprzeczny produktu na całej jego długości, za wyjątkiem produktów o niezbyt złożony kształt przekroje - kwadratowe, okrągłe, dwuteowe i inne. Aby uzyskać produkt, należy użyć wyłącznie nici lub pasm. Jednak w ostatnim czasie te wady sposobu wytwarzania wyrobów profilowych zostały stopniowo wyeliminowane i zastosowanie tego procesu uległo znacznemu rozszerzeniu. Jako matryce polimerowe stosuje się kompozycję na bazie eterów poliwinylowych i żywic epoksydowych. Zastosowanie takich matryc polimerowych na bazie polisulfonu, polieterosulfonu i uplastycznionego poliimidu umożliwia osiągnięcie prędkości formowania prętów o średnicy około 5 mm przy prędkości około stu dwóch m/min.

Aby uzyskać złożone produkty z profili zbrojonych, konieczne jest zastosowanie metody ciągnienia materiałów warstwowych składających się z mat lub tkanin włóknistych. Obecnie opracowano metody wytwarzania wyrobów rurowych, które łączą nawijanie warstwy spiralnej i przeciąganie. Ostrza turbiny wiatrowe które mają złożony profil Przekrój, można przytoczyć jako przykład zastosowania materiałów posiadających złożony obwód wzmocnienie Opracowano już urządzenia do formowania półproduktów z blachy. resory samochodowe, które mają zakrzywioną powierzchnię i zmienny przekrój poprzeczny.

4. Nawijanie.

Jedną z najbardziej obiecujących metod formowania wyrobów z włókna szklanego jest metoda nawijania włókien, ponieważ tworzy ona wymaganą strukturę wypełniacza w wyrobach w zależności od ich kształtu i właściwości użytkowych. Dzięki zastosowaniu splotów, taśm, nici jako wypełniaczy zapewnia maksymalną wytrzymałość wyrobów. Co więcej, takie wypełniacze są najtańsze.

Proces nawijania włókien można opisać jako stosunkowo prostą metodę, podczas której na obracający się trzpień nawija się materiał wzmacniający w postaci trwałego niedoprzędu (kable) lub nici (przędzy). Specjalne mechanizmy monitorują kąt nawinięcia i położenie materiału wzmacniającego. Urządzenia te poruszają się z prędkością odpowiadającą obrotowi trzpienia. Materiał owija się wokół trzpienia w formie stykających się ze sobą pasków lub według specjalnego wzoru, aż do całkowitego pokrycia powierzchni trzpienia. Kolejne warstwy można nakładać pod jednym kątem lub pod kątem różne kąty nawijanie aż do osiągnięcia wymaganej grubości. Kąt uzwojenia zmienia się od bardzo małego, co nazywa się podłużnym, do dużego - obwodowego. Układ ten implikuje 90 0 względem osi trzpienia, obejmując wszystkie kąty spiralne tego przedziału.

Żywica termoutwardzalna służy jako spoiwo materiału wzmacniającego. W procesie nawijania na mokro żywica jest nakładana bezpośrednio podczas samego nawijania. Proces nawijania na sucho opiera się na zastosowaniu niedoprzędu, który w fazie B jest wstępnie impregnowany żywicą. Hartowanie odbywa się w podwyższonej temperaturze bez nadmiernego ciśnienia. Ostatni etap procesu polega na wyjęciu produktu z trzpienia. W razie potrzeby można przeprowadzić operacje wykończeniowe: obróbkę mechaniczną lub szlifowanie. Podstawowy proces nawijania charakteryzuje się wieloma opcjami, które różnią się jedynie charakterem uzwojenia, a także cechami konstrukcyjnymi, kombinacją materiałów i rodzajem wyposażenia. Konstrukcja musi być nawinięta jak na powierzchni obrotowej. Istnieje jednak możliwość formowania wyrobów innego rodzaju, na przykład poprzez prasowanie jeszcze nieutwardzonej części zwiniętej w zamkniętej formie.

Konstrukcja wygląda jak gładki cylinder, rura lub rurka, której średnica waha się od kilku centymetrów do kilkudziesięciu centymetrów. Nawijanie pozwala na formowanie wyrobów o kształtach stożkowych, kulistych i geodezyjnych. Aby zdobyć statki wysokie ciśnienie i zbiorników magazynowych, do uzwojenia należy założyć zaślepkę. Istnieje możliwość formowania wyrobów, które będą pracować w niestandardowych warunkach obciążenia np. ciśnienie zewnętrzne lub wewnętrzne, obciążenia ściskające czy moment obrotowy. Rury termoplastyczne i wysokociśnieniowe zbiorniki metalowe są wzmacniane poprzez owinięcie zewnętrznymi opaskami. Powstałe produkty charakteryzują się dużą dokładnością. Istnieje jednak druga strona procesu nawijania; proces ten charakteryzuje się niższymi prędkościami produkcyjnymi. Zaletą jest to, że do nawijania nadaje się absolutnie każdy materiał trwale wzmacniający.

Do procesu nawijania można używać maszyn różne rodzaje: od różnych tokarek i maszyn o napędzie łańcuchowym po bardziej złożone jednostki komputerowe charakteryzujące się trzema lub czterema osiami ruchu. Wykorzystywane są również maszyny, które w sposób ciągły produkują rury. Aby ułatwić nawijanie dużych zbiorników, w miejscu instalacji należy zaprojektować sprzęt przenośny.

Główne zalety metody nawijania:

  • metoda układania materiału opłacalna z ekonomicznego punktu widzenia ze względu na szybkość procesu;
  • możliwość regulacji proporcji żywica/szkło;
  • niska masa własna, ale wysoka wytrzymałość;
  • ta metoda nie jest podatna na korozję i gnicie;
  • stosunkowo niedrogie materiały;
  • dobra struktura laminatów, dzięki zastosowaniu w profilach włókien kierunkowych i dużej zawartości materiałów szklanych.

5. Naciśnięcie.

Proces prasowania polega na bezpośrednim nadaniu wyrobowi pożądanego kształtu pod wpływem wysokiego ciśnienia, które powstaje w formie w temperaturze szybkiego twardnienia materiału. Dzięki ciśnienie zewnętrzne w prasowanym materiale następuje jego zagęszczenie i częściowe zniszczenie dotychczasowej struktury. Tarcie pomiędzy stykającymi się cząstkami materiału powstające podczas zagęszczania powoduje pojawienie się energii cieplnej, która z pewnością doprowadzi do stopienia spoiwa. Materiał po wejściu w stan lepkoplastyczny rozpływa się w formie pod ciśnieniem, tworząc spójną i zwartą strukturę. Proces utwardzania opiera się na reakcji sieciowania makrocząsteczek w wyniku polikondensacji pomiędzy wolnymi grupami spoiwa. Reakcja wymaga ciepła, podczas którego uwalniają się substancje lotne o niskiej masie cząsteczkowej, takie jak metanol, woda, formaldehyd, amoniak itp.

Parametry technologii bezpośredniego prasowania:

  • temperatura podgrzewania;
  • ciśnienie nacisku;
  • temperatura prasowania;
  • tymczasowe narażenie pod ciśnieniem;
  • parametry przygotowania do druku;

Ciśnienie działa bezpośrednio na materiał we wnęce formy podczas bezpośredniego prasowania, dlatego części formy mogą przedwcześnie się zużyć. W zależności od wielkości produktu cykl prasowania może wynosić od 4 do 7 minut. Bezpośrednie prasowanie tworzyw sztucznych w celu wzmocnienia ma dwa rodzaje, w zależności od sposobu impregnacji wypełniacza włóknistego:

  • Prasuje się suche, wstępnie zaimpregnowane płótna i tkaniny;
  • Są prasowane z impregnacją dokładnie w formie.

Pierwsza metoda jest bardziej popularna. Do produkcji wyrobów o stosunkowo prostych kształtach stosuje się prasowanie bezpośrednie. Ze względu na wysokie wymagania stawiane jakości zewnętrznej powierzchni detalu stworzono automatyczne instalacje dozujące komponenty podczas przygotowywania półfabrykatów z prepregu. Zaprojektowano specjalne automatyczne manipulatory ładujące pakiety półwyrobów do wielogniazdowych form prasujących. Nowa generacja pras precyzyjnych wyposażona jest w nowoczesne systemy sterowania, dzięki którym możliwe jest uzyskanie części o wysokiej jakości powierzchni, a ich koszt jest w przybliżeniu taki sam jak części stalowych.

6. Technologia SMC.


Poważną przeszkodą w upowszechnieniu materiałów kompozytowych jest słabe dostosowanie tradycyjnych technologii ich wytwarzania do potrzeb nowoczesnej produkcji wielkoseryjnej, która również jest w pełni zautomatyzowana. Obecnie części kompozytowe nadal pozostają „towarami na sztuki”. Przyczynia się kosztowna siła robocza doświadczonego personelu wysoki wkład za ułamek ceny tych materiałów. Mimo to w ostatnich latach poczyniliśmy znaczny postęp w opracowaniu zautomatyzowanych metod wytwarzania kompozytów. Technologia SMC stała się jednym z najpopularniejszych osiągnięć.

Gotowe produkty wykorzystujące tę technologię poddawane są dwuetapowemu procesowi. Pierwszy etap technologii charakteryzuje się tym, że prepreg produkowany jest na automatycznym przenośniku, a już w drugim etapie prepreg przetwarzany jest w formach stalowych na gotowe elementy. Opiszemy te etapy bardziej szczegółowo. Jako bazę materiału wiążącego stosuje się nienasyconą żywicę poliestrową. Jego zalety obejmują niska cena i krótki czas utwardzania. Elementem wzmacniającym jest pocięte włókno szklane, które jest losowo rozmieszczone w całej objętości arkusza. Długotrwałe przechowywanie przez kilka miesięcy w temperaturze pokojowej zapewnianej przez system utwardzania żywicy. Chemiczne zagęszczacze zwiększają lepkość spoiwa po impregnacji włókna szklanego o kilka rzędów wielkości, poprawiając w ten sposób możliwości produkcyjne prepregu, a także zwiększając jego trwałość. Wypełniacze mineralne, które dodawane są do spoiwa w dużych ilościach, zwiększają odporność ogniową gotowych wyrobów i zauważalnie poprawiają jakość ich powierzchni.

Powstały prepreg można przetwarzać w procesie automatycznym, dzięki prasowaniu w nagrzanych formach stalowych. Formy te są podobne w konstrukcji do form wtryskowych do tworzyw termoplastycznych. Dzięki recepturze spoiwa prepreg utwardza ​​się w temperaturze 150 C i ciśnieniu 50-80 bar z szybkością ~30 s/mm grubości. Bardzo niski skurcz utwardzania jest ważną cechą technologii SMC. Dzięki dużej zawartości wypełniacza mineralnego i specjalnych dodatków termoplastycznych skurcz wynosi do 0,05%. Otrzymane produkty charakteryzują się udarnością rzędu 50-100 kJ/m2 oraz wytrzymałością na zginanie niszczące rzędu 120-180 MPa. Ekonomicznie uzasadnione jest zastosowanie technologii SMC przy wytwarzaniu wysokiej jakości wyrobów kompozytowych w dużych ilościach od kilku tysięcy do setek tysięcy miesięcznie. Na rynku europejskim produkuje się setki tysięcy podobnych materiałów rocznie. Największymi odbiorcami tych materiałów jest przemysł elektroenergetyczny, samochodowy i kolejowy.

7. Metoda RTM (formowanie żywicą).

Metoda RTM polega na impregnacji i formowaniu wtryskowym kompozytów, podczas którego spoiwo przenosi się do zamkniętej osnowy, która zawiera już wypełniacze lub preformy. Jako materiał wzmacniający mogą służyć różne tkaniny o różnych splotach, na przykład materiał wieloosiowy lub emulsyjny oraz maty ze sproszkowanego szkła. Spoiwem jest żywica, która żeluje w ciągu 50-120 minut i ma niską lepkość dynamiczną. GOST 28593-90 określa lepkość i czas żelowania żywicy.

Metoda ta doskonale sprawdza się w przypadku standardowych wolumenów 500-10 000 produktów rocznie. Konstrukcja matrycy składa się z form kompozytowych lub stalowych, które powtarzają zewnętrzne kontury części po obu stronach. Konstrukcje mają właściwości wysokotemperaturowe i są utrzymywane na miejscu dzięki precyzyjnemu ułożeniu zamkniętych stalowych ram, które są podparte w miejscach mocowania.

Metoda ta idealnie sprawdza się przy produkcji matryc od 0,2m2 do 100m2. Konstrukcja matrycy składa się z form kompozytowych lub stalowych. Matryca obwodu składa się z lżejszej i bardziej elastycznej konstrukcji. Połówki matrycy łączą się ze sobą pod wpływem próżni.

Zalety technologii RTM:

  • zautomatyzowana produkcja, która zmniejsza losowy charakter interwencji człowieka;
  • następuje redukcja i kontrola ilości wykorzystywanych surowców;
  • wpływ materiału na środowisko jest zmniejszony;
  • poprawiono warunki pracy;
  • stosunkowo trwałe produkty powstają dzięki lepszej impregnacji;
  • stosunkowo tani sprzęt.

T technologia kompozytów rozwiązuje problem uzyskania wzmocnionych materiałów. Słowo technologia pochodzi od dwóch greckich słów: techne – umiejętność i logos – słowo, nauczanie. Zwykle w nazwach tego typu druga część „logia” odpowiada pojęciu „nauka”. Na przykład zoologia jest nauką o zwierzętach, geologia jest nauką o budowie Ziemi. Przez analogię technologię należy zdefiniować jako naukę o rzemiośle.

Technologia kompozytów – dział technologii materiałów

Jednak słowo „nauka” obok słowa „technologia” pojawiło się stosunkowo niedawno. Technologia jest zwykle definiowana jako zbiór metod. Jeśli mówimy o O technologia materiałów, to jest to zestaw metod pozyskiwania i przetwarzania materiałów.
Włókna jako składniki materiału. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu można było zgodzić się z tą definicją. A dzisiaj niewątpliwie wymaga wyjaśnienia. Dziś technologia materiałowa to nie tylko zespół metod, ale także nauka o otrzymywaniu i przetwarzaniu materiałów, która ma swoje własne podstawy teoretyczne (teoria procesów metalurgicznych, teoria obróbki ciśnieniowej, teoria obróbki cieplnej itp.) , własne metody badawcze, własne zasady. A tworzenie nowych materiałów jest nie do pomyślenia bez wykorzystania jego osiągnięć. Mając to jednak na uwadze, nie powinniśmy zapominać o pierwszej części słowa. W końcu technologia to także umiejętności. A umiejętność jest pokrewna sztuce. Aby zostać dobrym technologiem, oprócz wiedzy trzeba mieć pomysłowość i pomysłowość. Potrzebny jest także talent. Jednak te cechy nie są zbędne w żadnym biznesie. W tworzeniu materiałów biorą udział ludzie różnych specjalności. Teoretycy materiałów to fizycy, chemicy i mechanicy, którzy studiują ogólne wzorce zachowanie materiałów. Materiałoznawcy-technolodzy to specjaliści, którzy wykorzystują te wzorce do tworzenia nowych materiałów i opracowywania metod ich wytwarzania. Są łącznikiem pomiędzy teorią i praktyką. Są też technolodzy produkcji, którzy pracują bezpośrednio w fabrykach i opracowują procesy wytwarzania produktów w warunkach przemysłowych. Porozmawiamy o pracy materiałoznawców i technologów.

Technologia kompozytów - zadanie dla specjalisty

Weźmy na przykład Specjalista technologii kompozytów. Jakie problemy musi rozwiązać? Oto jeden z nich. Dane: włókna boru nawinięte na szpulki; aluminium (w dowolnej formie - arkusze, drut, proszek, stop) możemy wybrać według własnego uznania. Wymagane: połączyć ze sobą włókna i osnowę aluminiową, uzyskując w ten sposób aluminium borowe o wysokiej wytrzymałości. Technolog musi zdecydować, jak to zrobić. Aby rozmowa była bardziej konkretna, porozmawiajmy o tym, jak uzyskać taki kompozyt w postaci arkusza, w którym wszystkie włókna są równomiernie rozłożone na przekroju i ułożone równolegle do siebie. Rozwiązanie danego problemu oznacza udzielenie odpowiedzi na trzy podstawowe pytania:
  1. Jak zapewnić ułożenie włókien w danym kierunku?
  2. Jak wprowadzić włókna do osnowy, aby otrzymać arkusz o wymaganej strukturze i właściwościach?
  3. Jak zapobiec zmiękczeniu i zniszczeniu włókien podczas procesu produkcyjnego materiału, zapewniając jednocześnie ich mocne połączenie z osnową?
Pytanie „jak?” stale poszukuje technologów. I zawsze pojawia się obok niego Stałym towarzyszem- "Dlaczego?". Odpowiedz na pytanie „dlaczego?” - oznacza znalezienie przyczyny powodującej to lub inne zjawisko. A odpowiedź na pytanie „jak?” musi wskazywać sposoby rozwiązania problemu. Każdy specjalista zajmujący się nauką zmuszony jest do ciągłego poszukiwania odpowiedzi na te pytania i nie ma nadziei na pozbycie się ich. Gdy tylko odpowiesz na jedno, pojawia się kolejne, a to z kolei rodzi lawinę nowych „dlaczego?” I jak?". A jeśli przestaną się martwić, on przestanie być naukowcem. Ale nadal najważniejszą rzeczą dla technologa jest odpowiedź na pytanie „jak?” To jest jego praca. Sformułowano trzy główne pytania, które należy wziąć pod uwagę przy rozwiązywaniu problemu technologicznego. Spróbujmy na nie odpowiedzieć.

Jak orientować włókna w kompozycie

Zacznijmy od porządku. Jak orientować włókna w kompozycie? Gdyby były wystarczająco grube, jak stalowe pręty, którymi są wzmocnione, nie byłoby żadnych specjalnych problemów. Można pojedynczo umieszczać je w specjalnie przygotowanych gniazdach.
Włókna jako podstawa kompozytów. Mamy jednak do czynienia z cienkimi włóknami o średnicy około 100 mikronów. W arkuszu o grubości 5 mm i szerokości 500 mm zmieści się ich ponad 100 tys., ręczne ułożenie każdego włókna w wyznaczonym do tego miejscu jest zadaniem wyraźnie nierealnym. Może to zrobić maszyna. Należy pamiętać, aby włókna nie stykały się ze sobą, muszą być umieszczone w pewnej odległości od siebie, aby zapewnić wymagane stężenie w matrycy. Tutaj możesz zaoferować kilka opcji, ale prawdopodobnie jedną z najlepszych jest ta, która jest dziś powszechnie stosowana w praktyce - metoda nawijania. Weź cylindryczny bęben, którego obwód jest równy długości przyszłego arkusza i zainstaluj go tokarka i nawinąć na nią włókna w określonej odległości. Pomysł polega na tym, aby następnie przeciąć wszystkie włókna wzdłuż tworzącej cylindra i rozłożyć je na płaszczyznę, uzyskując jedną warstwę równoległych włókien. Długość tej warstwy jest równa obwodowi bębna. I żeby oszczędzać wzajemne porozumienie włókna w warstwie, przed cięciem należy je jakoś przymocować do siebie. Można go np. posmarować klejem i po wyschnięciu przeciąć wzdłuż linii. W takim przypadku wybierz klej tak, aby w razie potrzeby można go było łatwo usunąć, powiedzmy, spalić przez ogrzewanie.

Jak wprowadzić włókna do matrycy

Ale lepiej jest zrobić wszystko inaczej. Użyj samego materiału matrycowego jako środka mocującego. Można wtedy wykonać dwa zadania na raz, aby właściwie utrzymać technologię kompozytową: naprawić włókna w wymaganej pozycji i jednocześnie wpisz je do matrixa, czyli odpowiedzieć na drugie główne pytanie naszego zadania. Niezły pomysł. Ale znowu pojawia się ten sam dokuczliwy problem – jak? Jak to zrobić? Bez znajomości fizyki i chemii nie da się obejść.

Metoda elektrochemiczna

Może być użyte metoda elektrochemiczna, nakładając powłokę galwaniczną z metalu osnowy na bęben z nawiniętymi na nim włóknami. W zasadzie nie jest to bardzo trudne, ale:
  1. zabiera dużo czasu
  2. nie wszystkie metale można zastosować w ten sposób,
  3. W przypadku stopów złożonych trudno jest zapewnić pożądany skład osnowy.
Ale w przypadku niektórych kompozytów, na przykład z matrycami wykonanymi z miedzi lub niklu, metoda jest całkiem akceptowalna. Chociaż lepiej byłoby znaleźć coś bardziej uniwersalnego. Możesz wymyślić inny sposób. Wystarczy zanurzyć bęben z nawiniętymi włóknami w roztopionym aluminium i po wyjęciu szybko ostudzić do momentu krystalizacji. Wydaje się to proste, jednak ta prostota jest zwodnicza. Ciekły metal będzie odpływał, przez co nie będzie możliwe równomierne pokrycie osnową całej monowarstwy. Ponadto w niektórych przypadkach stopiony metal może aktywnie oddziaływać z samym bębnem, powodując korozję jego powierzchni i powierzchni włókien, co jest wyjątkowo niepożądane, ponieważ bęben straci swoje wymiary, a włókna zmiękną i staną się kruche .

Natryskiwanie plazmowe powłok

Oto najbardziej odpowiednia opcja. Używać natryskiwanie plazmowe powłok. W tej metodzie materiał matrycy topi się w strumieniu niskotemperaturowej plazmy (zjonizowanego gazu zawierającego m.in Średnia temperatura około 10 000 K), tym samym strumieniem jest on natryskiwany i przenoszony na powierzchnię bębna pokrywając włókna i wypełniając szczeliny pomiędzy nimi. Przepływ plazmy uzyskuje się za pomocą specjalnego urządzenia - plazmatronu, w którym gaz roboczy (azot, argon, wodór, hel itp.) ulega jonizacji pod działaniem wyładowania łukowego. Choć plazma wytwarzana w konwencjonalnych plazmotronach nazywana jest niskotemperaturową, to właśnie ta „niska” temperatura (10 000 K) jest wystarczająca do stopienia dowolnego materiału występującego w przyrodzie. Krople roztopionego metalu docierają do zimnego bębna i oddając mu ciepło, krystalizują, tworząc jednolitą powłokę na bębnie, jeśli jest on równomiernie obracany. Materiał przeznaczony do natryskiwania (w naszym przypadku aluminium) wprowadzany jest zazwyczaj do strumienia plazmy w postaci proszku lub drutu. Zewnętrznie proces nakładania powłok plazmowych przypomina malowanie pistoletem natryskowym. Tylko zamiast pistoletu natryskowego jest plazmatron, a zamiast farby stop matrycowy. Zasadniczo nie jest konieczne używanie w tym celu plazmy; palnik gazowy lub inne urządzenie, ale natryskiwanie plazmowe jest bardzo wygodne i ma szerokie zastosowanie przy tworzeniu kompozytów. Otrzymaną po natryskiwaniu wzmocnioną monowarstwę przecina się wzdłuż jednej z tworzących walca i rozkłada na płaszczyznę. Wytrzymałość powłoki jest wystarczająca, aby zapobiec przesuwaniu się włókien względem siebie, ale nie na tyle, aby zapewnić wysoką wytrzymałość kompozytu. Grubość powstałych monowarstw wynosi zwykle od półtora do dwóch średnic włókien, czyli około 200 mikronów, a przypomnę, że potrzebujemy arkusza o grubości 5 mm. Co powinienem zrobić? Znowu „jak?”

Walcowanie jednowarstwowe

Tym razem nie musisz długo szukać odpowiedzi: musisz to zrobić warstwowe ciasto z powstałych monowarstw, czyli zebrać je w opakowaniu wymagana grubość i jakoś je uszczelnić, łącząc je nierozerwalnie ze sobą. Można tego dokonać np. walcowanie monowarstw lub prasowanie na gorąco. W pierwszym przypadku opakowanie jest podgrzewane w piecu i przepuszczane pomiędzy obracającymi się walcami. Podczas walcowania monowarstwy łączą się w materiał monolityczny, a materiał osnowy w każdej monowarstwie ulega zagęszczeniu, co prowadzi do wzrostu wytrzymałości osnowy i siły jej połączenia z włóknami.

Prasowanie na gorąco monowarstw

Czasami bardziej celowe jest zagęszczanie pakietów monowarstw nie przez walcowanie, ale prasowanie na gorąco. W tym celu umieszcza się je w formie, której długość i szerokość płaszczyzny roboczej odpowiada wymiarom monowarstw, i dociska od góry stemplem. Forma jest podgrzewana w celu osiągnięcia wymaganej temperatury procesu. Podgrzewany worek ulega zagęszczeniu, stąd nazwa – prasowanie na gorąco. Aby pomiędzy monowarstwami powstało silne wiązanie i aby wszystkie cząstki osadzonego metalu osnowy zespawały się ze sobą, tworząc monolit, konieczne jest utrzymywanie go pod ciśnieniem, co umożliwi przebieg procesów dyfuzyjnych. To właśnie te procesy, w połączeniu z ciśnieniem, zapewniają wysokie właściwości mechaniczne naszego ciasta warstwowego. Dlatego też tę metodę wytwarzania kompozytów nazywa się czasem zgrzewaniem dyfuzyjnym.

Technologia kompozytowa w postaci pręta lub złożonego profilu

W związku z postawionym zadaniem odpowiedzieliśmy na drugie pytanie – jak wprowadzić włókna do matrycy. Ale co, jeśli potrzebujesz kompozytu w postaci pręta lub złożony profil? Kolejne „jak”. Możesz ponownie skorzystać zwijanie worków jednowarstwowych, tylko nie w gładkich rolkach, ale w kalibrowanych, czyli posiadających specjalne nacięcia odpowiadające wymaganej konfiguracji. Lub możesz skorzystać z tzw metody fazy ciekłej, gdy osnowa w trakcie wytwarzania kompozytu znajduje się w stanie ciekłym. Włókna rozwijające się ze szpul (liczba szpul jest równa liczbie włókien w kompozycie) przechodzą nie stykając się ze sobą przez kąpiel roztopionego metalu osnowy, są przez nią zwilżane i wchodzą do matrycy, która tworzy pręt o pożądanym przekroju. Następnie pręt jest chłodzony, metal osnowy twardnieje, tworząc materiał kompozytowy z włóknami. W ten sposób możliwe jest uzyskanie prętów o szerokiej gamie profili. Produkty o skomplikowanych profilach, takie jak łopatki turbin, można wygodnie wytwarzać metodą impregnacji. Włókna umieszcza się w formie odlewniczej, której wnęka robocza odpowiada kształtowi ostrza (jak to zrobić, to osobna kwestia, której teraz nie będziemy rozważać, ale da się to zrobić, choć nie jest to łatwe), a następnie ciecz metal osnowy wlewa się do formy. Szczeliny między włóknami są zwykle małe i stopionym metalem trudno jest je wypełnić, ale należy je wypełnić tak szybko, jak to możliwe, aby włókna nie miały czasu rozpuścić się w osnowie. Dlatego w większości przypadków impregnację przeprowadza się pod ciśnieniem. Formę odlewniczą opróżnia się i płynny metal wchodzi do niego pod ciśnienie atmosferyczne. Z reguły do ​​szybkiej i niezawodnej impregnacji wystarcza różnica ciśnień wynosząca jedną atmosferę. Dzieje się tak jednak tylko wtedy, gdy włókna są zwilżane przez stopiony metal osnowy. Jeśli tak się nie stanie, należy podjąć działania. Na przykład włókna węglowe nie są zwilżane przez ciekłe aluminium, więc nie jest możliwe otrzymanie węgla-aluminium po prostu poprzez impregnację aluminium w nici grafitowe. Jeśli jednak najpierw pokryjesz te gwinty najcieńszą warstwą chromu lub niklu (wystarczy nałożyć powłokę o grubości jednego mikrometra), które są dobrze zwilżone aluminium, zapewniona zostanie impregnacja i będzie można uzyskać kompozyt. Głównym zajęciem technologa jest odpowiadanie na pytanie „jak?”. Jak to zrobić? Prawidłowych odpowiedzi na to pytanie można udzielić, jeśli znane są odpowiedzi na pytanie „dlaczego?”. Jeśli wyobrazisz sobie mechanika samochodowego, który wie, jak dokręcić śruby i nakrętki, ale nie zna budowy samochodu. Jest bezwartościowy. Podobnie technolog, który nie rozumie fizyki procesów zachodzących przy uzyskiwaniu materiału, jest gorszym specjalistą. Na przykład technolog wie, że w wielu przypadkach kompozyt po nagrzaniu mięknie. Od razu pojawia się problem – jak sobie z tym poradzić? To pytanie jest podobne do trzeciego pytania „jak?” postawionego na początku rozmowy. Aby rozwiązać ten problem, trzeba wiedzieć, dlaczego następuje zmiękczenie kompozytu. Odpowiedź na te pytania daje technologia kompozytowa. 1

W artykule przedstawiono stan aktulany technologie wytwarzania wyrobów z materiałów kompozytowych, w tym informacje o stosowanych technologiach, oprogramowanie, sprzęt do tworzenia matryc, sprzęt do wytwarzania wyrobów kompozytowych, sprzęt do monitorowania geometrii wyrobów i badań nieniszczących.

materiały kompozytowe

oprogramowanie

sprzęt do tworzenia matrycy

1. Nowoczesne materiały kompozytowe / wyd. P. Krok i L. Browman; uliczka z angielskiego – M., 1978.

2. Budowa i wytrzymałość kadłubów z włókna szklanego i kadłubów statków. Zagraniczny przemysł stoczniowy w latach 1965 – 1973 // Przemysł stoczniowy, 1973.

3. Frolov S.E. Metody tworzenia nowych makroniejednorodnych materiałów kompozytowych i rozwiązania technologiczne do wytwarzania z nich konstrukcji kadłubowych // Przemysł Stoczniowy Nr 3 2003, s. 23. 55-59.

4. CAE – technologie w 2012 roku: przegląd osiągnięć i analiza rynku. – Obserwator CAD/CAM/CAE #4 (80) / 2013.

5. Wywiad z V.A. Seredka i A.Yu. Sofronowa do magazynu CAD/CAM/CAE Observer #2 (78) / 2013.

6. Inteligentne technologie dla przemysłu lotniczego. Zwiększanie konkurencyjności krajowych przedsiębiorstw produkujących statki powietrzne na przykładzie wspólnych projektów firmy Solver i JSC VASO // CAD and Graphics, nr 1. 2011. s. 56-62.

7. Łukjanow N.P. Doświadczenie w zastosowaniu materiałów kompozytowych do budowy statków PMO // Przemysł stoczniowy. Nr 3. 2007. s. 19-26.

Materiał kompozytowy to materiał, którego struktura składa się z kilku składników o różnych właściwościach fizyko-mechanicznych: osnów metalicznych lub niemetalicznych z określonym rozkładem znajdujących się w nich wzmacniaczy, ich połączenie nadaje materiałowi kompozytowemu nowe właściwości. Ze względu na charakter struktury materiały kompozytowe dzielą się na materiały włókniste, wzmacniane włóknami ciągłymi i wąsami, materiały wzmocnione dyspersyjnie, otrzymywane poprzez wprowadzenie do osnowy zdyspergowanych cząstek utwardzaczy, materiały warstwowe powstałe w wyniku prasowania lub walcowania materiałów odmiennych.

Obecnie materiały kompozytowe są szczególnie poszukiwane w różnych gałęziach przemysłu. Pierwsze statki z włókna szklanego powstały w drugiej połowie lat 30-tych XX wieku. Od lat 50. przemysł stoczniowy z włókna szklanego stał się powszechny na świecie; zbudowano znaczną liczbę jachtów, łodzi roboczych i ratowniczych oraz statków rybackich, barek desantowych itp. Jednym z pierwszych zastosowań materiałów kompozytowych w lotnictwie było wykonanie w 1967 roku paneli z tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym na tylną krawędź skrzydła samolotu F-111A. W ostatnich latach w produktach lotniczych coraz częściej pojawiają się konstrukcje wykonane z trójwarstwowej „kanapki” z aluminiowym rdzeniem o strukturze plastra miodu i powłokami z włókna węglowego. Obecnie około 50% całkowitej masy samolotu Boeing 787 lub Airbus A350 stanowią materiały kompozytowe. W motoryzacji materiały kompozytowe są stosowane od dawna, opracowano głównie technologię wytwarzania aerodynamicznych zestawów karoseryjnych. Materiały kompozytowe stosowane są w ograniczonym zakresie do produkcji elementów zawieszenia i silnika.

Jednak do niedawna przedsiębiorstwa stosowały głównie ręczne układanie części z kompozytów, a seryjna produkcja wyrobów nie wymagała głębokiej automatyzacji procesów. Dziś, wraz z rozwojem konkurencji na rynku, nie da się bez tego obejść nowoczesne środki projektowania i przygotowania produkcji, a także bez skutecznego sprzętu do pracy z kompozytami.

Technologie tworzenia wyrobów z materiałów kompozytowych

W większości przypadków jako wypełniacz spoiwa stosuje się żywicę termoutwardzalną utwardzaną chemicznie, proces utwardzania charakteryzuje się egzotermiczną reakcją chemiczną. Stosowane są głównie żywice poliestrowe, epoksydowe, fenolowe i wysokotemperaturowe. Najczęściej przy wytwarzaniu części o skomplikowanych konfiguracjach stosuje się technologie, których istotą jest ułożenie „suchego” podłoża, a następnie impregnacja kompozycją wiążącą („mokre” formowanie, nawijanie, wtryskiwanie, formowanie transferowe żywicy / RTM) lub naprzemiennie układanie „suchego” podłoża za pomocą kleju foliowego (impregnacja próżniowa, Resin Film Infusion / RFI). Istnieje kilka podstawowych technologii wytwarzania części z materiałów kompozytowych, obejmujących metody ręczne i zautomatyzowane:

  • impregnacja włókien wzmacniających materiałem matrycowym;
  • formowanie w formie taśm wzmacniających i osnowy uzyskanej przez nawijanie;
  • tłoczenie na zimno elementów, a następnie spiekanie;
  • elektrochemiczne powlekanie włókien z późniejszym prasowaniem;
  • osadzanie matrycy poprzez natryskiwanie plazmowe na utwardzacz, a następnie prasowanie;
  • wsadowe zgrzewanie dyfuzyjne jednowarstwowych taśm komponentów;
  • wspólne walcowanie elementów wzmacniających z matrycą itp.

Ponadto rozpowszechniła się technologia wytwarzania części z wykorzystaniem prepregów (półproduktów składających się z materiału bazowego impregnowanego kompozycją wiążącą).

Oprogramowanie

Zadaniem projektowania wyrobu z materiałów kompozytowych jest właściwy dobór składu, który zapewni kombinację właściwości wymaganych w konkretnym przypadku eksploatacyjnym. Przy projektowaniu wzmocnionych polimerowych materiałów kompozytowych powszechnie stosuje się komputerowe przetwarzanie danych, dla którego opracowano wiele różnych programów. Ich zastosowanie pozwala na poprawę jakości wyrobów, skrócenie czasu rozwoju i organizacji produkcji konstrukcji oraz rozwiązanie problemów ich racjonalnego projektowania w sposób kompleksowy, jakościowy i szybki. Uwzględnienie nierównomierności obciążeń pozwala na zaprojektowanie konstrukcji kadłuba ze zbrojonego kompozytu o zróżnicowanej grubości, która może zmieniać się kilkudziesięciokrotnie.

Nowoczesne oprogramowanie można podzielić na dwie grupy: te, które wykonują analizę wsadową laminatów w ujęciu „dwuwymiarowym” lub „belka/płyta” oraz w ujęciu trójwymiarowym. Pierwsza grupa to programy typu Laminator, VerctorLam Cirrus itp. Rozwiązaniem „trójwymiarowym” jest metoda elementów skończonych i tutaj duży wybór wśród dostępnych produktów oprogramowania. Na rynku „technologii modelowania kompozytów” dostępne są różne produkty programowe: FiberSim (Vistagy / Siemens PLM Software), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair Inżynieria) i itp. .

Prawie każde specjalistyczne oprogramowanie różnych firm posiada możliwość integracji z systemami CAD wysokiego poziomu - Creo Elements/Pro, Siemens NX, CATIA. Ogólnie rzecz biorąc, praca wygląda następująco: wybiera się materiał warstwowy, określa się ogólne parametry pakietu warstw, określa się metodę tworzenia warstwy, stosuje się metodę warstwa po warstwie do wytwarzania prostych części oraz strefy lub konstrukcji metody projektowania są stosowane w przypadku złożonych produktów. Podczas układania warstw ustalana jest ich kolejność. W zależności od metody produkcji produktu (układanie ręczne, formowanie, układanie taśm, układanie włókien) przeprowadza się analizę materiału warstwa po warstwie pod kątem ewentualnych odkształceń. Skład warstw dostosowany jest do szerokości użytego materiału.

Po zakończeniu formowania warstw użytkownik otrzymuje dane o produkcie, co pozwala na ich wykorzystanie do różnych celów, np.:

  • wynik w postaci dokumentacji projektowej;
  • użyj jako danych początkowych dla materiału tnącego;
  • dane źródłowe dla projektora laserowego w celu wskazania konturów obszarów umieszczenia wzoru.

Iść do nowoczesne technologie projektowanie i przygotowanie produkcji wyrobów pozwala na:

  • ograniczyć zużycie materiałów kompozytowych poprzez zastosowanie precyzyjnych rozwiertaków i maszyn do cięcia;
  • zwiększyć prędkość i poprawić jakość ręcznego układania materiału poprzez zastosowanie precyzyjnych wykrojów i projekcji laserowych obszarów ich układania;
  • osiągnąć wysoki poziom powtarzalności produktu;
  • ograniczenie wpływu czynnika ludzkiego na jakość wytwarzanych produktów;
  • zmniejszenie wymagań kwalifikacyjnych dla personelu zajmującego się instalacją.

Sprzęt do tworzenia matryc

Wykonanie modelu wzorcowego z drewna jest procesem pracochłonnym i czasochłonnym; w celu skrócenia czasu wykonania matrycy i zwiększenia dokładności stosuje się: trzy/pięcioosiowe frezarki CNC, maszyny kontrolno-pomiarowe czy skanery 3D.

Bramka pięcioosiowa frezarka, (Rysunek 1), jest dostępny tylko dla dużych producentów. Małe firmy wykorzystują zrobotyzowane kompleksy frezarskie na liniowych jednostkach robotów (ryc. 2) lub wykonują modele wzorcowe z sklejonych detali. W tym przypadku podstawą przedmiotu obrabianego jest sztywna pusta rama, która jest przyklejana na zewnątrz, a następnie całkowicie przetwarzana. Firmy, które nie mają możliwości przetworzenia całego produktu, idą inną drogą: Najpierw w systemie CAD z wykorzystaniem płaszczyzn budowany jest uproszczony model 3D produktu, a na podstawie uproszczonego modelu projektowany jest model sztywny. rama mocy ze sklejki. Potem wszystko powierzchnia zewnętrzna jest reprezentowany w systemie CAD jako okładzina ramy wewnętrznej. Wymiary okładziny dobieramy tak, aby można było ją wyfrezować na istniejącej frezarce CNC (rys. 3). Wtedy dokładnie zmontowana rama pokryty modelową okładziną. Przy tej metodzie dokładność modelu wzorcowego jest mniejsza i wymagane jest ręczne wykończenie połączeń okładzin, ale pozwala to na tworzenie produktów, których wymiary znacznie przekraczają możliwości istniejących maszyn CNC.

Ryż. 1. Frezarka pięcioosiowa MR 125 z możliwością obróbki detali o wymiarach 15x5 m i wysokości do 2,5 m

Ryż. 2. Zrobotyzowany kompleks frezujący Kuka

Ryż. 3. „Mała” frezarka pięcioosiowa

Sprzęt do tworzenia kompozytów

Pierwszym krokiem w mechanizacji procesu formowania było zastosowanie maszyn impregnacyjnych, które oprócz impregnacji zbierają tkaniny szklane lub włókno szklane do wielowarstwowych worków o łącznej grubości 4 – 5 mm. Aby zmechanizować procesy, zmniejszyć prawdopodobieństwo błędu personelu i zwiększyć produktywność, stosuje się na przykład metodę natryskiwania, dzięki której można uzyskać okładzina zewnętrzna, panele grodziowe i inne konstrukcje z włókna szklanego. Metoda natryskowa umożliwia uzyskanie kątowników formierskich metodą mechanizacji i zapewnia wyższą wydajność pracy w porównaniu do kątowników formowanych ręcznie z pasków włókna szklanego lub włókna szklanego. Kolejnym etapem rozwoju produkcji wyrobów kompozytowych jest wprowadzenie instalacji do automatycznego nawijania wypełniaczy węglowo-szklanych. Pierwszego „robota” przeznaczonego do układania suchej tkaniny typu roll zademonstrowała amerykańska firma Magnum Venus Plastech. Po raz pierwszy w Rosji taki sprzęt został wprowadzony w JSC VASO. Urządzenie to umożliwia produkcję elementów kompozytowych o długości do 8 m i średnicy do 3 m (rys. 4).

Aby ułatwić ręczne układanie tkaniny i ograniczyć ilość odpadów, stosuje się maszyny tnące, które automatycznie docinają tkaninę/prepreg, projektory laserowe LAP i LPT do projekcji konturowej podczas układania prepregu na urządzeniach produkcyjnych. Wykorzystując moduł projekcji laserowej (rysunek 5) możliwe jest automatyczne generowanie danych projekcyjnych bezpośrednio z modelu 3D produktu kompozytowego. Taki sposób pracy znacznie zmniejsza koszty czasu, zwiększa efektywność procesów, zmniejsza prawdopodobieństwo wystąpienia defektów i błędów oraz ułatwia zarządzanie danymi. Kompleks „oprogramowanie – maszyna do cięcia – laser projekcyjny” w porównaniu do tradycyjnego układania zmniejsza pracochłonność cięcia o około 50%, pracochłonność układania o około 30% oraz zwiększa stopień wykorzystania materiałów, tj. możesz zaoszczędzić od 15 do 30% materiału.

Formowanie tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami węglowymi metodą nawijania pozwala na uzyskanie wyrobów o najwyższych parametrach odkształcalnościowych i wytrzymałościowych. Metody nawijania dzielą się na „suche” i „mokre”. W pierwszym przypadku do nawijania wykorzystuje się prepregi w postaci nici, pasm lub taśm. W drugim materiały wzmacniające są impregnowane spoiwem bezpośrednio podczas procesu nawijania. Ostatnio opracowano sprzęt wykorzystujący systemy komputerowe do kontrolowania wzorca orientacji włókien. Umożliwia to uzyskanie wyrobów rurowych z zagięciami i nieregularny kształt, a także produkty o złożonej geometrii. Sprzęt do nawijania elastyczna technologia, podczas wzmacniania materiały włókniste można układać na trzpieniu w dowolnym kierunku.

Ryż. 4 Maszyna do automatycznego nawijania i układania wypełniaczy węglowo-szklanych Viper 1200 FPS firmy MAG Cincinnati

Ryż. 5. Laserowy system pozycjonowania (zielony obrys)

Sprzęt do monitorowania geometrii i struktury wewnętrznej produktu

Kontury produktów często posiadają krzywoliniowe generatury, których nie da się sprawdzić tradycyjnymi metodami „plazowymi”. Za pomocą skanowania 3D można określić, jak bardzo próbka fizyczna odpowiada komputerowemu modelowi 3D. Do skanowania 3D można również zastosować wysięgnikową współrzędnościową maszynę pomiarową (CMM) lub bezkontaktowy system skanowania optycznego/laserowego. Jednak w przypadku użycia bezkontaktowych systemów skanujących zazwyczaj nie mogą one działać poprawnie na powierzchniach lustrzanych i o wysokim połysku. W przypadku stosowania „ramion pomiarowych” konieczne będzie kilka kolejnych ponownych instalacji, gdyż przestrzeń robocza, ze względu na konstrukcję ramion pomiarowych, ogranicza się zwykle do kuli o promieniu 1,2-3,6 m.

Również materiały z włókna szklanego Jest wiele problematycznych obszarów. Do najważniejszych należy kontrola jakości gotowego produktu (brak pustek powietrznych) oraz korozja w trakcie eksploatacji. Do badań nieniszczących kadłubów statków wykonanych z kompozytów szeroko wykorzystuje się promieniowanie rentgenowskie, jednak z wielu powodów dąży się do jego ograniczenia. Ostatnio zaczęły pojawiać się publikacje opisujące wykrywanie rozwarstwień za pomocą termografii w podczerwieni (kamery termowizyjne). Jednocześnie zarówno metody termowizyjne, jak i rentgenowskie NDT wykrywające rozwarstwienia nie pozwalają na pomiar ich rozmiarów i określenie głębokości uszkodzeń w celu oceny ich wpływu na zmiany charakterystyk wytrzymałościowych.

Wniosek

Obecnie w Rosji niemal dopiero rozpoczyna się intensywny rozwój automatyzacji montażu wyrobów kompozytowych, w tym urządzeń do tworzenia matryc. Najczęściej do „tuningu” samochodów wykonywane są tylko poszczególne elementy zestawu aerodynamicznego. Wdrożenie systemu FiberSIM w Stoczni Srednevsky podczas projektowania i budowy bazowego trałowca Projekt 12700, a także w automatycznej układarce tkanin VASO zakończyło się sukcesem. To jednak pojedyncze przykłady, aby zwiększyć konkurencyjność konieczne jest kompleksowe wprowadzenie nowych technologii.

Link bibliograficzny

Czernyszow E.A., Romanow A.D. NOWOCZESNE TECHNOLOGIE PRODUKCJI WYROBÓW Z MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH // Nowoczesne zaawansowana technologia. – 2014. – nr 2. – s. 46-51;
Adres URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33649 (data dostępu: 25 listopada 2019 r.). Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Nauk Przyrodniczych”

Poświęciłem go historii materiałów kompozytowych. Wolny czas nadal poświęcam temu tematowi i dzisiaj chcę trochę porozmawiać o terminach i technologiach prototypowania z wykorzystaniem kompozytów polimerowych. Jeśli nie masz nic do roboty przez dłuższy czas zimowe wieczory, wtedy zawsze możesz zrobić deskę snowboardową, pokrowiec na motocykl lub etui na smartfona z tkaniny z włókna węglowego. Oczywiście proces ten może okazać się droższy niż zakup gotowego produktu, ale ciekawie jest zrobić coś własnymi rękami.

Poniżej przekroju znajduje się przegląd metod wytwarzania wyrobów z materiałów kompozytowych. Byłbym wdzięczny, gdybyś dodał mnie w komentarzach, dzięki czemu powstał pełniejszy post.


Materiał kompozytowy tworzony jest z co najmniej dwóch komponentów z wyraźną granicą między nimi. Są warstwowe materiały kompozytowe- na przykład sklejka. We wszystkich pozostałych kompozytach składniki można podzielić na osnowę, czyli spoiwo, oraz elementy wzmacniające – wypełniacze. Kompozyty dzieli się zazwyczaj ze względu na rodzaj wypełniacza wzmacniającego lub materiału osnowy. Więcej o zastosowaniu kompozytów przeczytacie w poście Historia materiałów kompozytowych, a ten post skupia się na sposobach wytwarzania wyrobów z kompozytów.

Formowanie ręczne

W przypadku produkcji pojedynczych sztuk najczęściej stosowaną metodą jest formowanie ręczne. Na przygotowaną matrycę nakłada się żelkot - materiał pozwalający uzyskać dobre wykończenie zewnętrznej części wzmacnianego materiału, co pozwala również na dobranie koloru produktu. Następnie w matrycę umieszcza się wypełniacz - na przykład włókno szklane - i impregnuje spoiwem. Usuwamy pęcherzyki powietrza, czekamy, aż wszystko ostygnie i kończymy pilnikiem - wycinamy, wiercimy i tak dalej.

Metoda ta jest szeroko stosowana do tworzenia części karoserii samochodów, motocykli i motorowerów. Oznacza to, że do strojenia w przypadkach, gdy nie ogranicza się do naklejenia folii „o wyglądzie węgla”.

Rozpylanie

Natryskiwanie nie wymaga cięcia materiału szklanego, lecz wymaga użycia specjalnego sprzętu. Ta metoda często z nim pracowałem duże obiekty, takie jak kadłuby łodzi, pojazdy i tak dalej. Podobnie jak w przypadku formowania ręcznego, najpierw nakłada się żelkot, a następnie materiał szklany.

RTM (wtrysk)

W metodzie wtryskiwania żywicy poliestrowej do formy zamkniętej wykorzystuje się urządzenia z matrycy i przeciwformy – stempla. Pomiędzy matrycę a formę reakcyjną umieszcza się materiał szklany, następnie do formy pod ciśnieniem wlewa się utwardzacz – żywicę poliestrową. No i oczywiście wykończenie pilnikiem po utwardzeniu - do smaku.

Infuzja próżniowa

Metoda infuzji próżniowej wymaga worka, w którym za pomocą pompki wytwarza się próżnię. Sam worek zawiera materiał wzmacniający, którego pory po odpompowaniu powietrza zostają wypełnione płynnym spoiwem.

Przykładem metody jest wykonanie deskorolki.

Meandrowy

Kompozytowa metoda nawijania umożliwia wykonanie ultralekkich cylindrów sprężony gaz, do których wykorzystują wykładzinę PET pompowaną do 2-5 atmosfer, a także rury kompozytowe stosowane w przemyśle naftowym, chemicznym i użyteczności publicznej. Z nazwy łatwo zrozumieć, że włókno szklane jest owinięte wokół poruszającego się lub nieruchomego obiektu.

Film przedstawia proces nawijania włókna szklanego na cylinder.

Pultruzja

Pultruzja to „przeciąganie”. W tej metodzie następuje ciągły proces przeciągania materiału kompozytowego przez maszynę ciągnącą. Prędkość procesu wynosi do 6 metrów na minutę. Włókna przechodzą przez kąpiel polimerową, gdzie są impregnowane spoiwem, a następnie przechodzą przez urządzenie do wstępnego formowania w celu uzyskania ostatecznego kształtu. Materiał jest następnie podgrzewany w formie w celu wytworzenia końcowego, utwardzonego produktu.

Proces wytwarzania grodzic metodą pultruzji.

Bezpośrednie prasowanie

Wyroby termoplastyczne produkowane są w formach pod ciśnieniem. W tym celu wysoka temperatura prasy hydrauliczne o sile od 12 do 100 ton i maksymalnej temperaturze około 650 stopni. W ten sposób powstają na przykład plastikowe wiadra.

Formowanie w autoklawie

Autoklaw jest niezbędny do prowadzenia procesów w temperaturze i ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, aby przyspieszyć reakcję i zwiększyć wydajność produktu. Materiały kompozytowe umieszczane są wewnątrz autoklawu na specjalnych formach.

Produkty kompozytowe

Materiały kompozytowe są szeroko stosowane w produkcji samolotów. Z nich zbudowany jest na przykład Solar Impulse.

Branża motoryzacyjna

Protezy i ortezy.

Jeśli macie jakieś dodatki, koniecznie napiszcie o nich w komentarzach. Dziękuję.