Guide för bearbetning av kolfiberkompositer
Kolfiberkompositer: Processguide
Att bearbeta kolfiberkompositer (CF) är en knepig verksamhet, med tanke på att de flesta ingenjörer som funderar på att tillverka eller designa kommer från en bakgrund av att designa metalldelar.det har kallats svart aluminium, och dess design och tillverkning har beskrivits som svart konst.Vad är det egentligen?
Syftet med denna designguide är att tillhandahålla allmän information och specifikationer om kolfiberkompositmaterial och några riktlinjer för att designa lätta högpresterande produkter med kolfiberkompositer.
Varför kolfiber
Kolfiberkompositer har exceptionella mekaniska egenskaper jämfört med homogena metaller och plaster.Materialet är starkt, styvt och lätt.Dessa kompositer är det valda materialet för applikationer där lättvikt och överlägsen prestanda är av största vikt, såsom komponenter för rymdfarkoster, stridsflygplan och racerbilar.
Vad är kolfiberkompositer
Kompositmaterial tillverkas genom att kombinera förstärkning (fiber) med matris (harts), och denna kombination av fiber och matris ger egenskaper som är överlägsna något av materialen ensamt.I ett kompositmaterial bär fibern huvuddelen av belastningen och är den största bidragsgivaren till materialegenskaperna.Hartset hjälper till att överföra belastning mellan fibrer, förhindrar att fibrerna bucklas och binder samman materialen.
Hur mycket kostade det?
Historiskt sett har kolfiberkompositer varit mycket dyra, vilket har begränsat användningen till enbart speciella applikationer.Men under de senaste sjutton åren, eftersom konsumtionen har ökat och automatiseringen i tillverkningsprocesser har ökat, har priset på kolfiberkompositer sjunkit.Den kombinerade effekten har sänkt den totala kostnaden för avancerade aluminiumprodukter.Idag är kolfiberkompositer ekonomiskt lönsamma i många applikationer som sportartiklar, prestandabåtar, prestandafordon och högpresterande industrimaskiner.
Ansökningar
Kompositmaterial är extremt mångsidiga.Ingenjören kan välja mellan en mängd olika fibrer och hartser för att erhålla de önskade materialegenskaperna.Dessutom kan materialtjockleken och fiberorienteringarna optimeras för varje applikation.
Fördelarna med kolfiberkompositer är:
1.Hög specifik styvhet (styvhet dividerat med densitet)
2.Hög specifik hållfasthet (styrka dividerad med densitet)
3. Extremt låg termisk expansionskoefficient (CTE)
4. Röntgentransparent (på grund av dess låga molekylvikt)
I vilka tillämpningar används kolfiberkompositer?
Den unika placeringen av kolfiberkompositerna med hög specifik hållfasthet, styvhet och låg CTE ger dem en unik plats i många applikationsområden som visas i tabellen nedan:
Typiska applikationer för kolfiberkompositer
Designinformation
Kolfiberkompositer anses vara "designers material" eftersom delarna kan skräddarsys för att ha styrka och eller styvhet i de riktningar och platser som är nödvändiga.Detta uppnås genom att strategiskt placera material och orientera fiberriktningen för att bäst passa kraven.Den design- och tillverkningsflexibilitet som kolfiberkompositer erbjuder ger också möjligheter att optimera designen, som att konsolidera och införliva många funktioner på plats, för att ytterligare minska det totala delpriset.
Verktyg
Formar används för att definiera formen på kompositdelarna.Den sammansatta delen kommer att plocka upp alla former och egenskaper hos formarna;därför påverkas delens kvalitet kraftigt av formens kvalitet.Formarna kan vara antingen hanar eller honor.Honformarna är de vanligaste och de kommer att producera en del med en slät yttre yta medan en hanform kommer att producera en slät inre yta.En matchad form (hane och hona) krävs om delen konsolideras med en press.
Tvådelat verktyg, vanligen kallat "clamshell"
Formarna kan tillverkas med kompositmaterial, metallfylld epoxi eller bearbetas av aluminium eller stål.Vilken typ av form och material som används beror på typen av del och produktionskvantiteten.
Tillverkningsprocess
Avancerad produktion av kolfiber utförs vanligtvis med förimpregnerade kolfiber med härdplaster.De två nyckelmetoderna som används är:
1. Handuppläggning
Handläggningen av förimpregnerade vävda material är fortfarande en stor del av komposittillverkningsindustrin, och kräver kompetens och erfarenhet av en mänsklig arbetsstyrka för att forma platta skikt till komplexa former.Det är kapabelt att producera högpresterande och komplexa delar men kan vara en dyr och mycket varierande process.
2. Automatiserad fiberplacering (AFP)
De viktigaste sakerna att tänka på är bredden på fibern du använder och packningsvalsradien.
