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浅析亚洲复合材料市场及复合材料低成本制造技术(下)
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发布者:admin 发布时间:2013/5/23 阅读:1836次 【字体:

浅析亚洲复合材料市场及复合材料低成本制造技术(下)

参展2012JEC Asia 复合材料展的美国UMECO 公司是全球领先的先进复合碳纤维和玻璃纤维增强预浸料的制造商,已经研发出了一系列用于非热压罐固化的树脂基体系。UMECO MTM®45-1 环氧基碳纤维预浸料体系已经通过了空客的质量认证,包括纤维布和单向两种形式,均适用于制造飞机的基本和次级结构。经过130℃的低压、真空袋固化,使高韧环氧基体的性能得到优化,并在180℃的后固化工艺后实现其全部性能。日前,UMECO 公司又推出了新的低压固化预浸料系统MTM®47,补充了包括MTM®44-1MTM®45-1MTM®46 在内的现有高韧性低压固化系统。

    总地来说,低温低压固化高性能复合材料技术具有如下优点:(1)制备构件时可以使用低成本工装模具;(2)适于制备大尺寸复合材料构件,尤其是低温真空压力成型体系,无需使用热压罐,复合材料构件的尺寸可以不受热压罐大小的限制;(3)固化温度低,复合材料构件尺寸变形小,可明显提高复合材料构件的尺寸精度;(4)低能耗,由于固化温度低,尤其是低温真空压力成型复合材料,不使用热压罐,能耗降低[9]

    2 复合材料自动铺放技术

    全球复合材料行业发展的强劲势头带动了厂家对工艺自动化解决方案的需求,这其中,复合材料自动铺放技术得了迅速发展和广泛应用以应对复合材料用量的增长以及大型整体结构件数量和尺寸的不断增加。复合材料自动铺放技术包括自动铺带技术(ATL)和纤维丝束铺放技术(FP),这两种复合材料自动化制造技术在帮助复合材料生产企业优化成本、提高生产率、改善产品质量等方面显示出极为突出的优越性和极大的潜力[10]

    1)自动铺带技术。

    自动铺带技术采用带离型纸的单项预浸带(宽300150 75mm 3种规格),预浸带的剪裁、定位、舖叠和轴压均采用数控技术自动完成;多轴龙门式机械臂完成铺带为位置的自动定位;铺带头上装有预浸带输送和预浸带切割系统,根据待铺放构件边界轮廓自动完成预浸带特定形状的切割;预浸带在压辊作用下沿设定轨迹铺放到模具表面。自动铺带具有表面平整、位置准确、精度高、速度快、质量稳定性高等优点,特别适用于手工铺叠困难的大中型尺寸、变截面飞机后蒙皮的制造。

参展2012JEC Asia 复合材料展的美国UMECO 公司是全球领先的先进复合碳纤维和玻璃纤维增强预浸料的制造商,已经研发出了一系列用于非热压罐固化的树脂基体系。UMECO MTM®45-1 环氧基碳纤维预浸料体系已经通过了空客的质量认证,包括纤维布和单向两种形式,均适用于制造飞机的基本和次级结构。经过130℃的低压、真空袋固化,使高韧环氧基体的性能得到优化,并在180℃的后固化工艺后实现其全部性能。日前,UMECO 公司又推出了新的低压固化预浸料系统MTM®47,补充了包括MTM®44-1MTM®45-1MTM®46 在内的现有高韧性低压固化系统。

    总地来说,低温低压固化高性能复合材料技术具有如下优点:(1)制备构件时可以使用低成本工装模具;(2)适于制备大尺寸复合材料构件,尤其是低温真空压力成型体系,无需使用热压罐,复合材料构件的尺寸可以不受热压罐大小的限制;(3)固化温度低,复合材料构件尺寸变形小,可明显提高复合材料构件的尺寸精度;(4)低能耗,由于固化温度低,尤其是低温真空压力成型复合材料,不使用热压罐,能耗降低[9]

    2 复合材料自动铺放技术

    全球复合材料行业发展的强劲势头带动了厂家对工艺自动化解决方案的需求,这其中,复合材料自动铺放技术得了迅速发展和广泛应用以应对复合材料用量的增长以及大型整体结构件数量和尺寸的不断增加。复合材料自动铺放技术包括自动铺带技术(ATL)和纤维丝束铺放技术(FP),这两种复合材料自动化制造技术在帮助复合材料生产企业优化成本、提高生产率、改善产品质量等方面显示出极为突出的优越性和极大的潜力[10]

    1)自动铺带技术。

    自动铺带技术采用带离型纸的单项预浸带(宽300150 75mm 3种规格),预浸带的剪裁、定位、舖叠和轴压均采用数控技术自动完成;多轴龙门式机械臂完成铺带为位置的自动定位;铺带头上装有预浸带输送和预浸带切割系统,根据待铺放构件边界轮廓自动完成预浸带特定形状的切割;预浸带在压辊作用下沿设定轨迹铺放到模具表面。自动铺带具有表面平整、位置准确、精度高、速度快、质量稳定性高等优点,特别适用于手工铺叠困难的大中型尺寸、变截面飞机后蒙皮的制造。

近日,知名自动铺带机生产商美国MAG公司宣布,其CHARGERTM龙门式低轨复合材料铺带机将用于生产中国C919 以及C929 飞机的主翼、平尾以及中央翼盒,CHARGERTM 铺带机可在复杂曲面外形上实现业内一流的高速、航空航天级精密铺贴,能够在任意方向上铺设任意层数的75mm150mm 300mm 宽碳纤维树脂预浸带,确保质量一致的部件形状、厚度和强度,同时龙门式低轨平台采用高结构刚性设计,使得铺设准确,快捷可靠。

    2)纤维丝束铺放技术。

    纤维丝束铺放技术综合了纤维缠绕和自动铺带技术的优点,丝束铺放头把缠绕技术中不容预浸丝束独立输送和自动铺带技术的压实、切割、重送功能结合在一起,由丝束铺放头将数根预浸丝束在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度变化通过程序控制预浸丝束根数自动调整)后铺放在芯模表面,加热软化预浸丝束并压实定型。纤维丝束铺放技术在铺层时切割预浸丝束及增减预浸丝束根数,可对铺层进行剪裁以适应局部加厚/ 混杂、铺层递减及开口铺层等多方面的需要;由于各预浸丝束独立输送,其铺放轨迹自由度更大,对制品的适应性更强,既可实现凸面也可满足凹面等大曲率复杂型面结构的铺叠,能够满足各种设计要求,实现低成本、高性能要求和设计制造一体化。

    参展2012 JEC Asia 复合材料展的西班牙M.Torres 公司,众多产品得到航空航天企业的青睐,其中TORRESFIBERLAYUP 自动铺丝机是M.Torres 公司针对极复杂型面碳纤维航空部件(如机身段)的加工而特别设计的具有极高生产效率的设备,该设备综合了M.Torres 在自动铺带机和造纸业设备研究制造方面多年的丰富经验,某些独特设计已取得了专利。

    3 复合材料切削加工技术

    复合材料进行切削加工的难度较大,一般需采用超硬刀具。认识和掌握复合材料切削加工的规律,正确选择刀具材料和切削用量,才能保证加工质量和较高的加工效率,从而降低复合材料的制造成本。一般情况下,树脂基的复合材料较易切削;金属基的稍难;陶瓷基的更难;纤维加强的复合材料较易切削,颗粒加强的很难切削。

JEC Asia 2012 展会上,山特维克可乐满展示了在航空航天领域应用的复合材料切削刀具产品系列。山特维克可乐满与Precorp 通力合作,开发出一系列新的标准钻头、铰刀和锪钻,以求高效地加工航空工业内最常见的螺栓孔和铆钉孔。秉承业内长期积累的经验,这些刀具专为复合材料解决方案而开发。借鉴订制刀具成功经验,以及现有孔加工、修边加工和表面加工标准刀具产品系列的发展,共同促成了新的452 系列。CoroDrill 452 标准钻头专为碳纤维增强塑料(CFRP)和碳纤维增强塑料金属叠层孔加工的手动风钻应用而设计。对于452-C 系列产品(用于CFRP),是业内经证明的具有诸多优点的结合体。独特的排屑槽与钻尖结构不仅可提供极佳的孔圆度,同时将钻削轴向力最小化。切削时仅需很低的进给力,对复材的孔出端损伤做到最小。山特维克可乐满公司与Precorp 公司近日达成一项合作协议,双方将致力于成为复合材料加工解决方案的联合供应商。作为合作伙伴,山特维克可乐满和Precorp公司将利用聚晶金刚石(PCD)整体烧结技术和创新的硬质合金解决方案,向复合材料行业提供独特的产品及专业的工艺加工经验。PCD整体烧结技术是在切削刃表面嵌入PCD材料并进行精密烧结,从而提高刀具的质量和加工效率。

    结束语

    综上所述,随着亚洲复合材料行业的快速发展,中国将成为全球复合材料发展最活跃、增长最快的地区。在机遇与挑战面前,复合材料的低成本制造工艺和专用设备是先进复合材料的关键技术之一,我们应看好前景,找准差距,准确定位,加大投入对复合材料关键技术进行研发,为促进我国复合材料制造技术逐步赶上国际先进水平,为我国各工业领域的高速发展尤其是大飞机项目的顺利实施创造条件。(全文结束)

 
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