מדריך לעיבוד סיבי פחמן מרוכבים
סיבי פחמן מרוכבים: מדריך עיבוד
עיבוד חומרים מרוכבים של סיבי פחמן (CF) הוא עסק מסובך, בהתחשב שרוב המהנדסים שחושבים על ייצור או עיצוב מגיעים מרקע של עיצוב חלקים מתכתיים.זה נקרא אלומיניום שחור, והעיצוב והייצור שלו תוארו כאמנות שחורה.מה זה, באמת?
מטרת מדריך העיצוב הזה היא לספק מידע כללי ומפרטים על חומרים מרוכבים של סיבי פחמן וכמה קווים מנחים לעיצוב מוצרים קלים בעלי ביצועים גבוהים עם חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.
למה סיבי פחמן
לחומרים מרוכבים של סיבי פחמן תכונות מכניות יוצאות דופן בהשוואה למתכות ופלסטיק הומוגניים.החומר חזק, נוקשה וקל משקל.חומרים מרוכבים אלה הם החומר הנבחר עבור יישומים שבהם קל משקל וביצועים מעולים הם בעלי חשיבות עליונה, כגון רכיבים עבור חלליות, מטוסי קרב ומכוניות מירוץ.
מהו חומרי סיבי פחמן מרוכבים
חומרים מרוכבים מיוצרים על ידי שילוב של חיזוק (סיבים) עם מטריקס (שרף), ושילוב זה של הסיבים והמטריצה מספק מאפיינים עדיפים על כל אחד מהחומרים בלבד.בחומר מרוכב, הסיב נושא את רוב העומס והוא התורם העיקרי בתכונות החומר.השרף מסייע בהעברת עומס בין סיבים, מונע מהסיבים להתכווץ וקושר את החומרים יחד.
כמה זה עולה?
היסטורית, חומרים מרוכבים של סיבי פחמן היו יקרים מאוד, מה שהגביל את השימוש בהם ליישומים מיוחדים בלבד.עם זאת, במהלך שבע עשרה השנים האחרונות, ככל שהצריכה עלתה והאוטומציה בתהליכי הייצור עלתה, המחיר של חומרים מרוכבים של סיבי פחמן ירד.האפקט המשולב הוריד את העלות הכוללת של מוצרי אלומיניום יוקרתיים.כיום, חומרי סיבי פחמן מרוכבים משתלמים כלכלית ביישומים רבים כגון מוצרי ספורט, סירות ביצועים, כלי רכב ביצועים ומכונות תעשייתיות בעלות ביצועים גבוהים.
יישומים
חומרים מרוכבים הם מגוונים ביותר.המהנדס יכול לבחור מתוך מגוון רחב של סיבים ושרף לקבלת תכונות החומר הרצויות.כמו כן, ניתן לייעל את עובי החומר וכיווני הסיבים עבור כל יישום.
היתרונות של חומרים מרוכבים של סיבי פחמן הם:
1. קשיחות ספציפית גבוהה (נוקשות חלקי צפיפות)
2. חוזק ספציפי גבוה (חוזק חלקי בצפיפות)
3. מקדם התפשטות תרמית נמוך במיוחד (CTE)
4. שקוף בקרני רנטגן (בשל משקלו המולקולרי הנמוך)
באילו יישומים משתמשים בחומרים מרוכבים של סיבי פחמן?
המיקום הייחודי של חומרי סיבי הפחמן עם חוזק ספציפי גבוה, קשיחות ו-CTE נמוך מספק להם מקום ייחודי באזורי יישום רבים כפי שמוצג בטבלה שלהלן:
יישומים אופייניים עבור חומרים מרוכבים של סיבי פחמן
מידע עיצובי
חומרים מרוכבים של סיבי פחמן נחשבים ל"חומר של מעצבים" מכיוון שניתן להתאים את החלקים כך שיהיו להם חוזק או קשיחות בכיוונים ובמיקומים הדרושים.זה מושג על ידי מיקום אסטרטגי של חומרים וכיוון כיוון הסיבים כך שיתאים בצורה הטובה ביותר לדרישות.כמו כן, גמישות העיצוב והייצור שמציעים חומרים מרוכבים של סיבי פחמן מספקת הזדמנויות לייעל את העיצוב, כגון איחוד ושילוב תכונות רבות באתר, כדי להפחית עוד יותר את מחיר החלק הכולל.
כלי עבודה
תבניות משמשות להגדרת צורת החלקים המרוכבים.החלק המרוכב יקלוט את כל הצורות והתכונות של התבניות;לכן איכות החלק מושפעת מאוד מאיכות התבנית.העובשים יכולים להיות זכר או נקבה.התבניות הנשיות הן הנפוצות ביותר והן יפיקו חלק עם משטח חיצוני חלק ואילו תבנית זכר תייצר משטח פנימי חלק.נדרשת תבנית מותאמת (זכר ונקבה) אם החלק מאוחד באמצעות מכבש.
כלי עבודה דו-חלקים, המכונה בדרך כלל "צדפה"
ניתן לייצר את התבניות מחומרים מרוכבים, אפוקסי במילוי מתכת או במכונה מאלומיניום או פלדה.סוג התבנית והחומרים המשמשים תלויים בסוג החלק ובכמות הייצור.
תהליך ייצור
ייצור סיבי פחמן מתקדם מבוצע בדרך כלל באמצעות סיבי הפחמן המוספגים מראש עם שרפים טרמוסיסטים.שתי השיטות העיקריות בהן נעשה שימוש הן:
1. פריסת יד
הנחת היד של חומרים ארוגים שהוספגו מראש הוא עדיין חלק גדול מתעשיית הייצור המרוכבים, הדורש את הכישורים והניסיון של כוח עבודה אנושי כדי ליצור שכבות שטוחות לצורות מורכבות.הוא מסוגל לייצר ביצועים גבוהים וחלקים מורכבים אך יכול להיות תהליך יקר ומשתנה מאוד.
2. מיקום סיבים אוטומטי (AFP)
הדברים העיקריים שיש לקחת בחשבון הם רוחב הסיב שבו אתה משתמש ורדיוס רולר הדחיסה.
