Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu apstrādes rokasgrāmata
Oglekļa šķiedras kompozīti: apstrādes rokasgrāmata
Oglekļa šķiedras (CF) kompozītmateriālu apstrāde ir grūts bizness, ņemot vērā, ka lielākā daļa inženieru, kas domā par ražošanu vai projektēšanu, nāk no metāla detaļu projektēšanas fona.to sauc par melno alumīniju, un tā dizains un izgatavošana ir aprakstīta kā melna māksla.Kas tas tiešām ir?
Šīs projektēšanas rokasgrāmatas mērķis ir sniegt vispārīgu informāciju un specifikācijas par oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem, kā arī dažas vadlīnijas vieglu augstas veiktspējas produktu projektēšanai ar oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem.
Kāpēc oglekļa šķiedra
Oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem ir izcilas mehāniskās īpašības salīdzinājumā ar viendabīgiem metāliem un plastmasām.Materiāls ir stiprs, stingrs un viegls.Šie kompozītmateriāli ir izvēles materiāls lietojumiem, kur vissvarīgākā ir viegla un izcila veiktspēja, piemēram, kosmosa kuģu, kaujas lidmašīnu un sacīkšu automašīnu komponenti.
Kas ir oglekļa šķiedras kompozīti
Kompozītmateriāli tiek izgatavoti, apvienojot stiegrojumu (šķiedru) ar matricu (sveķiem), un šī šķiedras un matricas kombinācija nodrošina īpašības, kas ir labākas nekā vienam no materiāliem atsevišķi.Kompozītmateriālā šķiedra nes lielāko daļu slodzes un ir galvenais materiāla īpašību veicinātājs.Sveķi palīdz pārnest slodzi starp šķiedrām, novērš šķiedru izliekšanos un saista materiālus kopā.
Cik tas maksā?
Vēsturiski oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir bijuši ļoti dārgi, kas ierobežoja to izmantošanu tikai īpašiem lietojumiem.Tomēr pēdējo septiņpadsmit gadu laikā, pieaugot patēriņam un palielinoties ražošanas procesu automatizācijai, oglekļa šķiedras kompozītmateriālu cena ir samazinājusies.Kopējā ietekme ir samazinājusi augstākās klases alumīnija izstrādājumu kopējās izmaksas.Mūsdienās oglekļa šķiedras kompozītmateriāli ir ekonomiski dzīvotspējīgi daudzos lietojumos, piemēram, sporta precēs, jaudīgās laivās, augstas veiktspējas transportlīdzekļos un augstas veiktspējas rūpniecības iekārtās.
Lietojumprogrammas
Kompozītmateriāli ir ļoti daudzpusīgi.Inženieris var izvēlēties no visdažādākajām šķiedrām un sveķiem, lai iegūtu vēlamās materiāla īpašības.Arī materiāla biezumu un šķiedru orientāciju var optimizēt katram lietojumam.
Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu priekšrocības ir:
1. Augsta īpatnējā stingrība (stīvums dalīts ar blīvumu)
2. Augsta īpatnējā izturība (stiprība dalīta ar blīvumu)
3. Īpaši zems termiskās izplešanās koeficients (CTE)
4. Rentgena caurspīdīgs (zemās molekulmasas dēļ)
Kādos lietojumos tiek izmantoti oglekļa šķiedras kompozītmateriāli?
Oglekļa šķiedras kompozītmateriālu unikālais novietojums ar augstu īpatnējo stiprību, stingrību un zemu CTE nodrošina tiem unikālu vietu daudzās lietošanas jomās, kā parādīts tabulā zemāk:
Tipiski pielietojumi oglekļa šķiedras kompozītmateriāliem
Dizaina informācija
Oglekļa šķiedras kompozītmateriāli tiek uzskatīti par "dizainera materiālu", jo detaļas var pielāgot tā, lai tām būtu stiprība un/vai stingrība vajadzīgajos virzienos un vietās.Tas tiek panākts, stratēģiski izvietojot materiālus un orientējot šķiedras virzienu, lai tas vislabāk atbilstu prasībām.Turklāt oglekļa šķiedras kompozītmateriālu piedāvātā dizaina un ražošanas elastība sniedz iespējas optimizēt dizainu, piemēram, konsolidēt un iekļaut daudzas funkcijas in situ, lai vēl vairāk samazinātu kopējo daļas cenu.
Instrumenti
Veidnes tiek izmantotas, lai noteiktu kompozītmateriālu daļu formu.Saliktā daļa uzņems visas veidņu formas un īpašības;tāpēc detaļas kvalitāti lielā mērā ietekmē veidnes kvalitāte.Veidnes var būt gan vīriešu, gan sieviešu kārtas.Sieviešu veidnes ir visizplatītākās, un tās veidos daļu ar gludu ārējo virsmu, savukārt vīrišķā veidne veidos gludu iekšējo virsmu.Ja detaļu konsolidē, izmantojot presi, ir nepieciešama saskaņota veidne (vīrišķā un sievišķā).
Divdaļīgs instruments, ko parasti sauc par "atvāžamu"
Veidnes var izgatavot no kompozītmateriāliem, ar metālu pildīta epoksīda vai apstrādāt no alumīnija vai tērauda.Veidnes veids un izmantotie materiāli ir atkarīgi no detaļas veida un ražošanas daudzuma.
Ražošanas process
Uzlabotā oglekļa šķiedras ražošana parasti tiek veikta, izmantojot iepriekš impregnētu oglekļa šķiedru ar termoreaktīviem sveķiem.Divas galvenās izmantotās metodes ir:
1. Roku izkārtojums
Iepriekš impregnētu audumu materiālu klāšana ar rokām joprojām ir liela daļa no kompozītmateriālu ražošanas nozares, un, lai veidotu plakanas kārtas sarežģītās formās, ir nepieciešamas cilvēku darbaspēka prasmes un pieredze.Tas spēj ražot augstas veiktspējas un sarežģītas detaļas, taču tas var būt dārgs un ļoti mainīgs process.
2. Automātiskā šķiedras izvietošana (AFP)
Galvenās lietas, kas jāņem vērā, ir izmantotās šķiedras platums un blīvēšanas veltņa rādiuss.
