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复合材料模具的制造

  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2014-12-18 00:00

复合材料模具的制造

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  • 发布时间:2014-12-18 00:00

          复合材料的使用已经不是什么新鲜事。到大英博物馆看一看就可以发现,古代埃及人已经采用简单但有效的稻草/泥土混合物建造他们的墓穴。现在,用于复合材料成型的模具也称为工具,可以采用任何材料制成。对于低温固化部件或原型部件来说,不需要严格控制尺寸的精确性,模具通常采用玻纤、高密度泡沫、可加工的环氧树脂板甚至粘土或木材制成。
          对于高温固化部件来说,或者需要高尺寸精度时,或者模具要用于大量部件的生产时,模具必须具有更高的性能。这类模具所采用的材料包括因钢(一种镍/不锈钢合金)、钢、铝、镍和碳纤维。
          模具材料的选择通常要参考热膨胀系数(CTE)、循环周期数、制品公差、表面质量要求、固化工艺、材料的玻璃化转变温度、固化设备和成本来进行。

          钢和铝通常是高性能模具的首选材料,但它们在生产复合材料部件时也有重大缺陷。在高温固化过程中,模具和部件的CTE通常相差很远而无法相容。高价金属合金(例如因钢)具有更加相似的CTE,但其加工成本很高。对于大型部件来说,这类模具的尺寸和重量使其难以加工、移动和存储。

          复合材料模具

          如果复合材料模具的材料与最终产品的材料相近,那么即使无需昂贵的金属模具也可以得到高性能的制品。过去复合材料模具仅仅是专业的航空和F1技术人员所知的一种艺术,而现在已被赛车制造商到航空业领导者(例如波音和空客)广泛应用。经过几十年的发展和改进,复合材料模具制造已不再那么艺术,而成为一种更加稳定高效的工艺。

         “工业复合材料的应用历史已经超过50年,”AMBER复合材料公司欧洲地区销售经理JEDILLSLEY说,“最初,树脂和织物的处理采用的是湿法手糊工艺,但这显然不是一种能够精确控制树脂用量的好方法。在高精度仪器严格控制浸渍条件的情况下,将织物用树脂浸渍后,就可以得到一种性能稳定的材料,也就是今天我们所熟知的预浸料。最近,模具预浸料已经成为高精度复合材料模具的标准制造方法。”

          随着预浸料性能(包括可操作性、室温下的使用寿命和正确的粘度)的逐渐改进,这种模具制造方法现在已变得更加简便和经济。新一代复合材料正在越来越多的领域得以应用。

          AMBER复合材料公司由一个小型的专家团队于1988年在英国创立,开发和生产高性能的复合材料预浸料。预浸料技术那时还处于初级阶段,早期的团队参与了预浸料商业化应用的一些研究。AMBER总部位于英国诺丁汉郡(革命性的工业织布和碳纤维工业的摇篮),在那里他们与F1车队和其他许多高性能应用设计人员紧密合作。正是这些高要求客户的需求推动了今天的模具材料的发展。

          今天,AMBER为全球众多行业提供服务,包括航空航天、汽车、船艇和通讯。

          AMBER的低温固化环氧树脂模具预浸料HX50和HX70以及先进复合材料集团(ACG)的LTM系列现在已成为航空、汽车、船艇、工业和赛车行业的标准产品。不断的改进使得这些材料便于处理和使用,并赋予模具A级表面和极长的使用寿命。有些系统现在可以承受200℃的高温,一些最新的材料使得复合材料模具适用于更多的成型工艺。
          ILLSEY提到了F1赛车生产商和美洲杯赛艇制造商:“F1车队需要大量小型但复杂的部件,而赛艇制造商可能会需要一个30米长的部件。两者都需要非常高的尺寸精度。”

          今天的高性能赛艇模具通常采用模具预浸料制成的,就像军事和航天行业的模具一样。经过长期的发展,复合材料甚至被商业航空领域广泛采用。例如,A350的整个机翼将采用碳纤维制成,大量的模具将采用复合材料预浸料。波音新机型B787由50%以上的复合材料组成,一些非常大的生产模具也是由复合材料模具预浸料制成的。

          最近,相关的一些公司开始通过开发无需高温高压处理或增加树脂用量的预浸料来开发低成本的复合材料模具。这种产品适用于制造大型部件和无法承受高温的部件。

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