Laminatele din fibră de carbon termoplastică pot fi găurite folosind metode de alimentare ultra-rapide în viitor.
Industria aerospațială și producția de automobile sunt două industrii care reflectă cel mai bine capacitățile industriale și completitatea lanțului de aprovizionare în domeniile industriale moderne, implicând nenumărate tehnologii și materiale. Fibra de carbon și materialele compozite sunt în prezent un nou tip de material foarte popular în producția industrială, câștigând aplicații favorabile datorită proprietăților lor mecanice remarcabile. În aplicațiile practice, fibra de carbon servește ca material de întărire care poate fi combinat cu diferite materiale matrice, permițându-i să fie prelucrate în diferite forme de componente industriale, dintre care unele pot fi aplicate în sectoarele de producție aerospațială și auto.
În prezent, fibra de carbon termorezistentă principală, precum și fibra de carbon termoplastică mai avantajoasă în viitor, sunt considerate a fi materiale compozite de înaltă performanță care sunt greu de depășit. Cu toate acestea, procesarea acestor compozite din fibră de carbon în produse finite ridică anumite provocări, necesitând coordonarea diferitelor echipamente și utilaje. Operațiunile de bază precum găurirea, tăierea și golirea sunt esențiale. Cu toate acestea, nu ar trebui să subestimați acești pași de procesare de bază, deoarece operațiunile de prelucrare sunt, de asemenea, legate în mod esențial de performanța produselor din fibră de carbon. Acest articol face referire la literatura de specialitate internațională pentru a introduce metoda de foraj cu avans ultra-rapid și o compară cu alte două metode de procesare: vibrația ultrasonică și tăierea cu jet de apă abrazivă.
Trei metode de foraj pentru laminate din fibră de carbon termoplastică (CF/PA6).
1.Forare cu avans ultrarapid (UFFD): Căldura de tăiere și căldura de frecare pot duce la topirea matricei termoplastice, afectând eficiența și rezultatele forajului. Pentru a studia efectele reale ale metodei de foraj cu avans ultra-rapid, se fixează laminatul din fibră de carbon termoplastică și se selectează viteze de avans de 3000, 5000 și 7000 mm/min, folosind un dinamometru cu trei componente pentru măsurare.
2. Foraj cu vibrații cu ultrasunete (UVD): Un oscilator cu cristal piezoelectric este instalat pe echipament pentru a oferi o frecvență constantă de 70 kHz, permițând observarea efectelor reale ale vibrațiilor ultrasonice la găurirea în laminate din fibră de carbon termoplastică.
3. Foraj cu jet de apă abraziv (AWJ): Prelucrarea cu jet de apă abraziv este în prezent metoda principală de tăiere a produselor din fibră de carbon termorigide. Traiectoria jetului de apă este proiectată într-o formă circulară și se aplică o anumită presiune a apei pentru a găuri în laminatul din fibră de carbon termoplastică, cu efectele reale observate.
Demonstrarea efectelor reale ale forajului cu avans ultra-rapid
1. Comparația efectelor de foraj: Când se compară o viteză de avans de 3000 mm/min cu o viteză de avans scăzută de 50 mm/min, primul realizează finalizarea tăierii mai rapid, eliminând doar o cantitate mică de așchii și fără bavuri în apropierea găurii. În schimb, acesta din urmă prezintă o deformare semnificativă atunci când burghiul pătrunde în laminatul frontal, cu o cantitate mai mare de reziduuri de așchii și bavuri sub formă de coroană în jurul găurii. Împingerea maximă la 3000 mm/min este de șase ori mai mare decât cea de 50 mm/min, ajungând la aproape 22N, în timp ce timpul de găurire este de doar 1/60 din cel al acestuia din urmă, crescând semnificativ eficiența găuririi și îmbunătățind calitatea găuririi.
2.Delaminare și situație de bavură: Observațiile utilizând un microscop de măsurare 3D arată că delaminarea și bavurile apar în raport cu direcția de intrare a forajului, cu 20 μm servind drept linie de separare. Când viteza de avans este de 3000 mm/min, nu se observă nicio delaminare indiferent de viteza axului. Cu toate acestea, atunci când viteza de avans depășește 3000 mm/min și viteza axului depășește 20.000 min⁻¹, volumul de delaminare crește odată cu creșterea vitezei de avans. Acest lucru este atribuit forței mai mari generate la viteze de avans mai mari.
În plus, pe măsură ce viteza axului crește, volumul bavurilor care apar scade. Prin mai multe experimente, s-a constatat că la o viteză de avans de 3000 mm/min și o viteză a axului de 20.000 min⁻¹, nu există nicio problemă de delaminare, menținând în același timp un volum mai mic al bavurilor. În general, acest lucru are ca rezultat o performanță mai bună de foraj.
3. Comparație cu celelalte două metode de foraj: Pentru a compara mai bine efectele de foraj, în experiment au fost observate imagini microscopice ale fiecărei metode de foraj. În găurirea cu avans ultra-rapid (UFFD), fiecare strat de fibră de carbon este vizibil clar pe peretele găurii, în timp ce în găurirea cu vibrații ultrasonice (UVD) și găurirea cu jet de apă abrazivă (AWJ), pereții găurii sunt acoperiți de o matrice topită. , rezultând o suprafață mai neclară. Când imaginile microscopice sunt mărite, pereții găurilor AWJ prezintă o difuzie semnificativă a fibrelor de nailon, în timp ce marginile găurilor de la UFFD prezintă o calitate mai bună. Pe baza comparației dintre calitatea suprafeței găurii, precizia formei și timpul de procesare, forarea cu avans ultra-rapid (UFFD) se dovedește a fi o metodă de găurire mai promițătoare pentru laminatele din fibră de carbon termoplastică.
Forarea găurilor în panourile din fibră de carbon termoplastică este o metodă fundamentală de prelucrare, care permite conexiuni stabile cu alte componente industriale și sporește valoarea lor comercială. În prezent, aplicarea pe scară largă a compozitelor termoplastice din fibră de carbon este încă în fazele sale incipiente, iar prepararea compozitelor unidirecționale din fibră de carbon termoplastică ridică provocări semnificative, ceea ce limitează aplicarea acestor materiale încă de la început. Fiind una dintre puținele companii din China capabile să producă independent benzi unidirecționale din compozit termoplastic continuu din fibră de carbon, Zhishang New Materials consideră că dezvoltarea fibrelor de carbon termoplastic trebuie să înceapă de la un nivel fundamental, iar progresul tehnologic este condiția principală pentru a rezolva problemele existente.
