Ghid de prelucrare a compozitelor din fibră de carbon
Compozite din fibră de carbon: Ghid de prelucrare
Prelucrarea compozitelor din fibră de carbon (CF) este o afacere dificilă, având în vedere că majoritatea inginerilor care se gândesc să producă sau să proiecteze provin din mediul de proiectare a pieselor metalice.a fost numit aluminiu negru, iar designul și fabricarea sa au fost descrise drept artă neagră.Ce este, de fapt?
Scopul acestui ghid de proiectare este de a oferi informații și specificații generale despre materialele compozite din fibră de carbon și câteva linii directoare pentru proiectarea de produse ușoare de înaltă performanță cu compozite din fibră de carbon.
De ce Fibră de Carbon
Compozitele din fibră de carbon au proprietăți mecanice excepționale în comparație cu metalele și materialele plastice omogene.Materialul este puternic, rigid și ușor.Aceste compozite sunt materialul de alegere pentru aplicațiile în care performanța ușoară și superioară este primordială, cum ar fi componente pentru nave spațiale, avioane de luptă și mașini de curse.
Ce sunt compozitele din fibră de carbon
Materialele compozite sunt realizate prin combinarea armăturii (fibră) cu matricea (rășină), iar această combinație a fibrei și a matricei oferă caracteristici superioare oricăruia dintre materiale.Într-un material compozit, fibra poartă cea mai mare parte a sarcinii și contribuie major la proprietățile materialului.Rășina ajută la transferul sarcinii între fibre, previne deformarea fibrelor și leagă materialele împreună.
Cat a costat?
Din punct de vedere istoric, compozitele din fibră de carbon au fost foarte scumpe, ceea ce a limitat utilizarea sa doar la aplicații speciale.Cu toate acestea, în ultimii șaptesprezece ani, pe măsură ce consumul a crescut și automatizarea proceselor de fabricație a crescut, prețul compozitelor din fibră de carbon a scăzut.Efectul combinat a redus costul total al produselor din aluminiu de ultimă generație.Astăzi, compozitele din fibră de carbon sunt viabile din punct de vedere economic în multe aplicații, cum ar fi articolele sportive, bărcile de performanță, vehiculele de performanță și mașinile industriale de înaltă performanță.
Aplicații
Materialele compozite sunt extrem de versatile.Inginerul poate alege dintr-o mare varietate de fibre și rășini pentru a obține proprietățile dorite ale materialului.De asemenea, grosimea materialului și orientările fibrelor pot fi optimizate pentru fiecare aplicație.
Avantajele compozitelor din fibră de carbon sunt:
1. Rigiditate specifică ridicată (rigiditatea împărțită la densitate)
2. Rezistență specifică ridicată (rezistență împărțită la densitate)
3. Coeficient extrem de scăzut de dilatare termică (CTE)
4. Transparent cu raze X (datorită greutății sale moleculare scăzute)
În ce aplicații sunt utilizate compozitele din fibră de carbon?
Poziționarea unică a compozitelor din fibră de carbon cu rezistență specifică ridicată, rigiditate și CTE scăzut le oferă un loc unic în multe domenii de aplicare, așa cum se arată în tabelul de mai jos:
Aplicații tipice pentru compozitele din fibră de carbon
Informații de proiectare
Compozitele din fibră de carbon sunt considerate „material de proiectant” deoarece piesele pot fi adaptate pentru a avea rezistență și/sau rigiditate în direcțiile și locațiile necesare.Acest lucru se realizează prin plasarea strategică a materialelor și orientarea direcției fibrei pentru a se potrivi cel mai bine cerințelor.De asemenea, flexibilitatea de proiectare și fabricație pe care o oferă compozitele din fibră de carbon oferă oportunități de optimizare a designului, cum ar fi consolidarea și încorporarea multor caracteristici in situ, pentru a reduce și mai mult prețul total al piesei.
Scule
Matrite sunt folosite pentru a defini forma pieselor compozite.Piesa compozită va prelua toate formele și caracteristicile matrițelor;prin urmare, calitatea piesei este puternic influențată de calitatea matriței.Mucegaiurile pot fi masculine sau feminine.Mucegaiurile feminine sunt cele mai comune și vor produce o parte cu o suprafață exterioară netedă, în timp ce o matriță masculină va produce o suprafață interioară netedă.O matriță potrivită (mascul și femela) este necesară dacă piesa este consolidată cu o presă.
Scule din două părți, numite în mod obișnuit „cochilă”
Formele pot fi realizate din materiale compozite, epoxidice umplute cu metal sau prelucrate din aluminiu sau otel.Tipul de matriță și materialele folosite depind de tipul piesei și de cantitatea de producție.
Proces de fabricație
Producția avansată de fibră de carbon se realizează de obicei folosind fibră de carbon preimpregnată cu rășini termosecuri.Cele două metode cheie utilizate sunt:
1. Întinderea mâinilor
Amplasarea manuală a materialelor țesute pre-impregnate este încă o mare parte a industriei de fabricare a compozitelor, necesitând abilitățile și experiența unei forțe de muncă umane pentru a forma straturi plate în forme complexe.Este capabil să producă piese complexe și de înaltă performanță, dar poate fi un proces costisitor și foarte variabil.
2. Plasarea automată a fibrelor (AFP)
Principalele lucruri de luat în considerare sunt lățimea fibrei pe care o utilizați și raza rolei de compactare.
