Günümüzde kompozit malzemeden yapılara yönelik, farklı yapıların üretimi ve imalatına uygulanabilecek birçok imalat prosesi bulunmaktadır.Ancak başta sivil uçaklar olmak üzere havacılık sektörünün endüstriyel üretim verimliliği ve üretim maliyetleri göz önüne alındığında, kürleme sürecinin zaman ve maliyetleri azaltacak şekilde iyileştirilmesi acil bir ihtiyaçtır.Hızlı Prototipleme, düşük maliyetli bir hızlı prototipleme teknolojisi olan ayrık ve istiflenmiş şekillendirme ilkelerine dayanan yeni bir üretim yöntemidir.Yaygın teknolojiler arasında sıkıştırmalı kalıplama, sıvı şekillendirme ve termoplastik kompozit malzeme şekillendirme yer alır.
1. Kalıp presleme hızlı prototipleme teknolojisi
Kalıplamanın hızlı prototipleme teknolojisi, önceden hazırlanmış önceden hazırlanmış iş parçalarını kalıplama kalıbına yerleştiren ve kalıp kapatıldıktan sonra işlenmemiş parçaların ısıtma ve basınç yoluyla sıkıştırılıp katılaştırıldığı bir işlemdir.Kalıplama hızı hızlıdır, ürün boyutu doğrudur ve kalıplama kalitesi istikrarlı ve eşittir.Otomasyon teknolojisi ile birleştirildiğinde sivil havacılık alanında karbon fiber kompozit yapı bileşenlerinin seri üretimi, otomasyonu ve düşük maliyetli üretimi gerçekleştirilebilmektedir.
Kalıplama adımları:
① Üretim için gerekli parçaların boyutlarına uygun, yüksek mukavemetli bir metal kalıp elde edin ve ardından kalıbı bir prese yerleştirin ve ısıtın.
② Gerekli kompozit malzemeleri kalıbın şekline göre önceden şekillendirin.Ön şekillendirme, bitmiş parçaların performansını artırmaya yardımcı olan çok önemli bir adımdır.
③ Önceden şekillendirilmiş parçaları ısıtılmış kalıba yerleştirin.Daha sonra kalıbı, genellikle 800 psi ile 2000 psi arasında değişen (parçanın kalınlığına ve kullanılan malzemenin türüne bağlı olarak) çok yüksek bir basınçta sıkıştırın.
④ Basıncı serbest bıraktıktan sonra parçayı kalıptan çıkarın ve çapakları giderin.
Kalıplamanın avantajları:
Çeşitli nedenlerden dolayı kalıplama popüler bir teknolojidir.Popüler olmasının bir nedeni de gelişmiş kompozit malzemeler kullanmasıdır.Metal parçalarla karşılaştırıldığında bu malzemeler genellikle daha güçlü, daha hafif ve korozyona daha dayanıklıdır; bu da nesnelerin daha iyi mekanik özelliklere sahip olmasını sağlar.
Kalıplamanın bir diğer avantajı da çok karmaşık parçaları üretebilme yeteneğidir.Bu teknoloji, plastik enjeksiyon kalıplamanın üretim hızına tam olarak ulaşamasa da, tipik lamine kompozit malzemelerle karşılaştırıldığında daha geometrik şekiller sağlar.Plastik enjeksiyon kalıplamayla karşılaştırıldığında, daha uzun elyaflara izin vererek malzemeyi daha güçlü hale getirir.Bu nedenle kalıplama, plastik enjeksiyon kalıplama ile lamine kompozit malzeme imalatı arasında orta yol olarak görülebilir.
1.1 SMC Oluşturma Süreci
SMC, sac oluşturan kompozit malzemelerin yani sac oluşturan kompozit malzemelerin kısaltmasıdır.Ana hammaddeler SMC özel iplik, doymamış reçine, düşük çekmeli katkılar, dolgu maddeleri ve çeşitli katkılardan oluşmaktadır.1960'ların başında ilk kez Avrupa'da ortaya çıktı.1965 civarında Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya bu teknolojiyi art arda geliştirdi.1980'lerin sonlarında Çin, yurt dışından gelişmiş SMC üretim hatları ve süreçlerini tanıttı.SMC üstün elektriksel performans, korozyon direnci, hafiflik, basit ve esnek mühendislik tasarımı gibi avantajlara sahiptir.Mekanik özellikleri bazı metal malzemelerle karşılaştırılabilir olduğundan ulaşım, inşaat, elektronik ve elektrik mühendisliği gibi endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
1.2 BMC Şekillendirme Süreci
1961 yılında Bayer AG tarafından Almanya'da geliştirilen doymamış reçineli levha kalıplama bileşiği (SMC) piyasaya sürüldü.1960'lı yıllarda, Avrupa'da DMC (Hamur Kalıplama Bileşiği) olarak da bilinen, ilk aşamalarında (1950'ler) kalınlaştırılmayan Bulk Molding Compound (BMC) tanıtılmaya başlandı;Amerikan tanımına göre BMC, kalınlaştırılmış bir BMC'dir.Japonya, Avrupa teknolojisini kabul ettikten sonra BMC'nin uygulanması ve geliştirilmesinde önemli başarılar elde etti ve 1980'lere gelindiğinde teknoloji oldukça olgunlaştı.Şu ana kadar BMC'de kullanılan matris doymamış polyester reçineydi.
BMC termoset plastiklere aittir.Malzeme özelliklerine bağlı olarak enjeksiyon kalıplama makinesinin malzeme haznesinin sıcaklığı, malzeme akışını kolaylaştırmak için çok yüksek olmamalıdır.Bu nedenle BMC'nin enjeksiyon kalıplama prosesinde malzeme haznesinin sıcaklığının kontrol edilmesi çok önemlidir ve besleme bölümünden malzeme haznesine kadar optimum sıcaklığın elde edilebilmesi için sıcaklığın uygunluğunu sağlayacak bir kontrol sisteminin mevcut olması gerekir. meme.
1.3 Polisiklopentadien (PDCPD) kalıplama
Polisiklopentadien (PDCPD) kalıplama, güçlendirilmiş plastikten ziyade çoğunlukla saf bir matristir.1984 yılında ortaya çıkan PDCPD kalıplama prosesi prensibi, poliüretan (PU) kalıplama ile aynı kategoriye ait olup ilk olarak Amerika Birleşik Devletleri ve Japonya tarafından geliştirilmiştir.
Japon Zeon Corporation şirketinin (Fransa'nın Bondues şehrinde bulunan) bir yan kuruluşu olan Telene, PDCPD'nin araştırma ve geliştirmesinde ve ticari operasyonlarında büyük başarı elde etti.
RIM kalıplama işleminin otomatikleştirilmesi daha kolaydır ve FRP püskürtme, RTM veya SMC gibi işlemlerle karşılaştırıldığında daha düşük işçilik maliyetlerine sahiptir.PDCPD RIM'in kullandığı kalıp maliyeti SMC'ninkinden çok daha düşüktür.Örneğin, Kenworth W900L'nin motor kaputu kalıbı, yalnızca 1,03 özgül ağırlığa sahip düşük yoğunluklu bir reçineye sahip nikel kabuk ve dökme alüminyum çekirdek kullanıyor; bu, yalnızca maliyetleri düşürmekle kalmıyor, aynı zamanda ağırlığı da azaltıyor.
1.4 Fiber Takviyeli Termoplastik Kompozit Malzemelerin Doğrudan Çevrimiçi Şekillendirilmesi (LFT-D)
1990 yılı civarında LFT (Uzun Elyaf Takviyeli Termoplastikler Direkt), Avrupa ve Amerika'da pazara sunuldu.Amerika Birleşik Devletleri'ndeki CPI Şirketi, doğrudan hat içi kompozit uzun elyaf takviyeli termoplastik kalıplama ekipmanı ve ilgili teknolojiyi (LFT-D, Doğrudan Hat İçi Karıştırma) geliştiren dünyanın ilk şirketidir.1991 yılında ticari faaliyete geçmiş olup, bu alanda dünya lideridir.Bir Alman şirketi olan Diffenbarcher, 1989'dan beri LFT-D teknolojisini araştırıyor. Şu anda ağırlıklı olarak LFT D, Özel LFT (yapısal gerilime dayalı olarak yerel takviye sağlayabilen) ve Gelişmiş Yüzey LFT-D (görünür yüzey, yüksek yüzey) bulunmaktadır. kalite) teknolojileri.Üretim hattı açısından bakıldığında Diffenbarcher'ın pres seviyesi oldukça yüksektir.Alman Coperation firmasının D-LFT ekstrüzyon sistemi uluslararası alanda lider konumdadır.
1.5 Kalıpsız Döküm Üretim Teknolojisi (PCM)
PCM (Desensiz Döküm Üretimi), Tsinghua Üniversitesi Lazer Hızlı Prototipleme Merkezi tarafından geliştirilmiştir.Hızlı prototipleme teknolojisi geleneksel reçineli kum döküm işlemlerine uygulanmalıdır.Öncelikle parça CAD modelinden döküm CAD modelini edinin.Döküm CAD modelinin STL dosyası, daha sonra kontrol bilgilerinin üretilmesi için kullanılan kesit profil bilgilerinin elde edilmesi için katmanlanır.Kalıplama işlemi sırasında, birinci ağızlık yapıştırıcıyı bilgisayar kontrolü ile her bir kum tabakası üzerine doğru bir şekilde püskürtürken, ikinci ağızlık katalizörü aynı yol boyunca püskürtür.İkisi bir bağlanma reaksiyonuna girerek kum katmanını katman katman katılaştırıyor ve bir yığın oluşturuyor.Yapıştırıcı ve katalizörün birlikte çalıştığı bölgedeki kum birlikte katılaşırken diğer bölgelerdeki kum taneli halde kalır.Bir katman sertleştikten sonra bir sonraki katman yapıştırılır ve tüm katmanlar yapıştırıldıktan sonra mekansal bir varlık elde edilir.Orijinal kum, yapıştırıcının püskürtülmediği alanlarda hala kuru kum olduğundan, çıkarılması daha kolay olur.Ortadaki kürlenmemiş kuru kum temizlenerek belli et kalınlığına sahip bir döküm kalıbı elde edilebilir.Kum kalıbın iç yüzeyine boya uygulandıktan veya emprenye edildikten sonra metal dökmek için kullanılabilir.
PCM prosesinin kürlenme sıcaklığı noktası genellikle 170 santigrat derece civarındadır.PCM işleminde kullanılan gerçek soğuk döşeme ve soğuk sıyırma, kalıplamadan farklıdır.Soğuk döşeme ve soğuk sıyırma, kalıp soğuk uçtayken, ürün yapısı gereksinimlerine göre ön emprenyenin kademeli olarak kalıba yerleştirilmesini ve ardından belirli bir basınç sağlamak için yerleştirme tamamlandıktan sonra kalıbın şekillendirme presi ile kapatılmasını içerir.Bu sırada kalıp, bir kalıp sıcaklık makinesi kullanılarak ısıtılır. Genel işlem, sıcaklığı oda sıcaklığından 170 ° C'ye çıkarmaktır ve ısıtma hızının farklı ürünlere göre ayarlanması gerekir.Çoğu bu plastikten yapılmıştır.Kalıp sıcaklığı ayarlanan sıcaklığa ulaştığında ürünün yüksek sıcaklıkta kürlenmesi için izolasyon ve basınç muhafazası yapılır.Kürleme tamamlandıktan sonra, kalıp sıcaklığını normal sıcaklığa soğutmak için bir kalıp sıcaklık makinesinin kullanılması da gereklidir ve ısıtma hızı da 3-5 ° C/dak'ya ayarlanır. Daha sonra kalıp açma ve parça çıkarma işlemlerine devam edin.
2. Sıvı şekillendirme teknolojisi
Sıvı şekillendirme teknolojisi (LCM), önce kuru fiber ön kalıplarını kapalı bir kalıp boşluğuna yerleştiren, ardından kalıp kapatıldıktan sonra sıvı reçineyi kalıp boşluğuna enjekte eden bir dizi kompozit malzeme şekillendirme teknolojisini ifade eder.Basınç altında reçine akar ve lifleri ıslatır.Sıcak presleme kutu şekillendirme işlemiyle karşılaştırıldığında, LCM'nin yüksek boyutsal doğruluk ve karmaşık görünüme sahip parçaların imalatına uygun olması gibi birçok avantajı vardır;Düşük üretim maliyeti ve basit operasyon.
Özellikle son yıllarda geliştirilen yüksek basınçlı RTM prosesi, kısaca HP-RTM kalıplama prosesi olan HP-RTM (Yüksek Basınçlı Reçine Transfer Kalıplama) yöntemidir.Reçineyi, fiber takviyeli malzemeler ve önceden gömülü bileşenlerle önceden yerleştirilmiş vakumla kapatılmış bir kalıba karıştırmak ve enjekte etmek için yüksek basınçlı basınç kullanma ve ardından reçine akışı doldurma, emprenye etme, kürleme ve kalıptan çıkarma yoluyla kompozit malzeme ürünleri elde etme işlemini ifade eder. .Enjeksiyon süresinin kısaltılmasıyla havacılık yapısal bileşenlerinin üretim süresinin onlarca dakika içinde kontrol edilmesi, yüksek elyaf içeriği ve yüksek performanslı parça üretiminin sağlanması bekleniyor.
HP-RTM şekillendirme işlemi, birçok endüstride yaygın olarak kullanılan kompozit malzeme şekillendirme proseslerinden biridir.Avantajları, geleneksel RTM işlemlerine kıyasla düşük maliyetli, kısa döngülü, seri üretim ve yüksek kaliteli üretim (iyi yüzey kalitesiyle) elde etme olasılığında yatmaktadır.Otomotiv imalatı, gemi yapımı, uçak imalatı, tarım makineleri, demiryolu taşımacılığı, rüzgar enerjisi üretimi, spor malzemeleri vb. gibi çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
3. Termoplastik kompozit malzeme şekillendirme teknolojisi
Son yıllarda termoplastik kompozit malzemeler, yüksek darbe direnci, yüksek tokluk, yüksek hasar toleransı ve iyi ısı direnci avantajları nedeniyle kompozit malzeme üretimi alanında hem yurt içinde hem de yurt dışında araştırmaların sıcak noktası haline geldi.Termoplastik kompozit malzemelerle kaynak yapmak, uçak yapılarındaki perçin ve cıvata bağlantılarının sayısını önemli ölçüde azaltarak üretim verimliliğini büyük ölçüde artırabilir ve üretim maliyetlerini azaltabilir.Uçak yapılarının birinci sınıf tedarikçisi Airframe Collins Aerospace'e göre, sıcak preslenmemiş, kaynaklanabilir termoplastik yapılar, metal ve ısıyla sertleşen kompozit bileşenlerle karşılaştırıldığında üretim döngüsünü %80 oranında kısaltma potansiyeline sahiptir.
En uygun miktarda malzeme kullanılması, en ekonomik prosesin seçilmesi, ürünlerin uygun parçalarda kullanılması, önceden belirlenen tasarım hedeflerine ulaşılması ve ürünlerin ideal performans maliyet oranına ulaşması her zaman yön olmuştur. kompozit malzeme uygulayıcılarına yönelik çabaların bir göstergesi.Gelecekte üretim tasarımı ihtiyaçlarını karşılamak için daha fazla kalıplama prosesinin geliştirileceğine inanıyorum.
Gönderim zamanı: 21 Kasım 2023
