Керівництво з обробки композитів з вуглецевого волокна
Композити з вуглецевого волокна: керівництво з обробки
Обробка композитів з вуглецевого волокна (CF) є складною справою, оскільки більшість інженерів, які думають про виробництво чи проектування, мають досвід розробки металевих деталей.його називають чорним алюмінієм, а його дизайн і виготовлення описують як чорне мистецтво.Що це, насправді?
Метою цього посібника з проектування є надання загальної інформації та специфікацій щодо композитних матеріалів з вуглецевого волокна та деяких рекомендацій щодо розробки легких високоефективних виробів із вуглецевого волокна.
Чому саме вуглецеве волокно
Композити з вуглецевого волокна мають виняткові механічні властивості порівняно з однорідними металами та пластмасами.Матеріал міцний, жорсткий і легкий.Ці композити є найкращим матеріалом для застосувань, де легкість і чудова продуктивність мають першочергове значення, наприклад, компоненти для космічних кораблів, винищувачів і гоночних автомобілів.
Що таке вуглецеві композити
Композитні матеріали виготовляються шляхом поєднання арматури (волокна) з матрицею (смолою), і ця комбінація волокна та матриці забезпечує характеристики, які перевершують будь-який із матеріалів окремо.У композитному матеріалі волокно несе основну частину навантаження і є основним фактором властивостей матеріалу.Смола допомагає переносити навантаження між волокнами, запобігає вигинанню волокон і пов’язує матеріали разом.
Скільки це коштує?
Історично склалося так, що композити з вуглецевого волокна були дуже дорогими, що обмежило їх використання лише для спеціальних застосувань.Однак за останні сімнадцять років, оскільки зросло споживання та збільшилася автоматизація виробничих процесів, ціна на композити з вуглецевого волокна знизилася.Комбінований ефект знизив загальну вартість високоякісних алюмінієвих виробів.Сьогодні вуглецеві волокна є економічно вигідними для багатьох застосувань, таких як спортивні товари, швидкісні човни, високошвидкісні транспортні засоби та високопродуктивне промислове обладнання.
Додатки
Композитні матеріали надзвичайно універсальні.Інженер може вибрати з широкого асортименту волокон і смол, щоб отримати бажані властивості матеріалу.Крім того, товщину матеріалу та орієнтацію волокон можна оптимізувати для кожного застосування.
Перевагами вуглецевого волокна є:
1. Висока питома жорсткість (жорсткість, поділена на щільність)
2. Висока питома міцність (міцність, поділена на щільність)
3. Надзвичайно низький коефіцієнт теплового розширення (CTE)
4.Рентгенівська прозора (через низьку молекулярну масу)
У яких сферах застосування використовуються композити з вуглецевого волокна?
Унікальне розташування композитів з вуглецевого волокна з високою питомою міцністю, жорсткістю та низьким КТР забезпечує їм унікальне місце в багатьох областях застосування, як показано в таблиці нижче:
Типові застосування композитів з вуглецевого волокна
Інформація про дизайн
Композити з вуглецевого волокна вважаються «дизайнерським матеріалом», оскільки деталі можна адаптувати, щоб мати міцність та/або жорсткість у необхідних напрямках та місцях.Це досягається шляхом стратегічного розміщення матеріалів та орієнтування напрямку волокна, щоб найкраще відповідати вимогам.Крім того, гнучкість дизайну та виробництва, яку пропонують композити з вуглецевого волокна, надає можливості для оптимізації дизайну, наприклад, консолідації та включення багатьох функцій на місці, щоб ще більше знизити загальну вартість деталей.
Оснастка
Форми використовуються для визначення форми композитних деталей.Композитна частина підбере всі форми та особливості форм;тому якість деталі сильно залежить від якості прес-форми.Форми можуть бути чоловічими або жіночими.Жіночі форми є найпоширенішими, і вони виробляють деталь з гладкою зовнішньою поверхнею, тоді як чоловіча форма виробляє гладку внутрішню поверхню.Якщо деталь з’єднується за допомогою преса, потрібна відповідна форма (чоловіча та жіноча).
Інструмент із двох частин, який зазвичай називають «розкладачка»
Форми можуть бути виготовлені з композитних матеріалів, епоксидної смоли з металевим наповненням або оброблені з алюмінію або сталі.Тип форми та використовувані матеріали залежать від типу деталі та обсягу виробництва.
Виробничий процес
Удосконалене виробництво вуглецевого волокна зазвичай здійснюється з використанням попередньо просоченого вуглеволокна термореактивними смолами.Використовуються два основних методи:
1. Розкладка рук
Ручне розкладання попередньо просочених тканих матеріалів все ще є значною частиною промисловості композитного виробництва, що вимагає навичок та досвіду людської робочої сили для формування плоских шарів у складні форми.Він здатний виробляти високопродуктивні та складні деталі, але може бути дорогим і дуже різноманітним процесом.
2. Автоматичне розміщення волокна (AFP)
Головне, що потрібно враховувати, це ширина волокна, яке ви використовуєте, і радіус ущільнювального валика.
