Termoplastiniai anglies pluošto laminatai ateityje gali būti gręžiami naudojant itin greito padavimo metodus.
Orlaivių ir automobilių gamyba yra dvi pramonės šakos, kurios geriausiai atspindi pramonės galimybes ir tiekimo grandinės užbaigtumą šiuolaikinėse pramonės srityse, apimančios daugybę technologijų ir medžiagų. Anglies pluoštas ir kompozitinės medžiagos šiuo metu yra labai populiarios naujos rūšies medžiagos pramoninėje gamyboje, dėl savo išskirtinių mechaninių savybių pritaikomos palankiai. Praktikoje anglies pluoštas yra armavimo medžiaga, kurią galima derinti su skirtingomis matricinėmis medžiagomis, todėl ją galima perdirbti į įvairių formų pramoninius komponentus, kai kuriuos iš jų galima pritaikyti aviacijos ir automobilių gamybos sektoriuose.
Šiuo metu pagrindinis termoreaktingas anglies pluoštas, kaip ir ateityje naudingesnis termoplastinis anglies pluoštas, laikomi didelio našumo kompozitinėmis medžiagomis, kurias sunku pranokti. Tačiau šių anglies pluošto kompozitų perdirbimas į gatavus gaminius kelia tam tikrų iššūkių, todėl reikia koordinuoti įvairią įrangą ir mašinas. Būtinos pagrindinės operacijos, tokios kaip gręžimas, pjovimas ir įdubimas. Tačiau nereikėtų nuvertinti šių pagrindinių apdorojimo etapų, nes apdirbimo operacijos taip pat yra labai susijusios su anglies pluošto gaminių veikimu. Šiame straipsnyje pateikiamos nuorodos į tarptautinę mokslinę literatūrą, kurioje pristatomas itin greito padavimo gręžimo metodas, ir lyginamas su kitais dviem apdorojimo metodais: ultragarsine vibracija ir abrazyviniu pjovimu vandens srove.
Trys termoplastinio anglies pluošto (CF/PA6) laminatų gręžimo metodai
1. Itin greitas gręžimas (UFFD): Pjovimo karštis ir trinties šiluma gali sukelti termoplastinės matricos išsilydymą, o tai turi įtakos gręžimo efektyvumui ir rezultatams. Norint ištirti tikrąjį itin greito padavimo gręžimo metodo poveikį, fiksuojamas termoplastinis anglies pluošto laminatas, parenkami 3000, 5000 ir 7000 mm/min padavimo greičiai, matavimui naudojant trijų komponentų dinamometrą.
2. Ultragarsinis vibracinis gręžimas (UVD): Įrangoje sumontuotas pjezoelektrinis kristalinis osciliatorius, užtikrinantis pastovų 70 kHz dažnį, leidžiantį stebėti tikrąjį ultragarso vibracijos poveikį gręžiant į termoplastinio anglies pluošto laminatus.
3. Abrazyvinis gręžimas vandens srove (AWJ): Abrazyvinis apdirbimas vandens srove šiuo metu yra pagrindinis termoreaktingų anglies pluošto gaminių pjovimo būdas. Vandens srovės trajektorija yra suprojektuota apskritimo formos, o tam tikras vandens slėgis taikomas gręžiant į termoplastinį anglies pluošto laminatą ir stebimas tikrasis poveikis.
Itin greito tiekimo gręžimo faktinio poveikio demonstravimas
1. Gręžimo efektų palyginimas: Lyginant 3000 mm/min padavimo greitį su mažu 50 mm/min padavimo greičiu, pirmasis pjovimas baigiasi greičiau, išstumia tik nedidelį kiekį drožlių ir nepalieka įbrėžimų šalia išgręžtos skylės. Priešingai, pastarasis rodo reikšmingą deformaciją, kai grąžtas prasiskverbia į priekinį laminatą, o aplink skylę susidaro daugiau drožlių likučių ir karūnėlę primenančių nuolaužų. Didžiausia trauka, esant 3000 mm/min., yra šešis kartus didesnė už 50 mm/min ir siekia beveik 22 N, o gręžimo laikas yra tik 1/60 pastarojo laiko, o tai žymiai padidina gręžimo efektyvumą ir pagerina gręžimo kokybę.
2.Delaminacija ir atplaišos padėtis: Stebėjimai naudojant 3D matavimo mikroskopą rodo, kad gręžimo įėjimo kryptimi atsiranda delaminacijos ir įbrėžimų, o skiriamoji linija yra 20 μm. Kai padavimo greitis yra 3000 mm/min., neatsižvelgiant į veleno sukimosi greitį, nesisluoksniuoja. Tačiau, kai padavimo greitis viršija 3000 mm/min, o veleno greitis viršija 20 000 min⁻¹, padidėjus padavimo greičiui, delaminacijos tūris didėja. Tai siejama su didesne trauka, sukuriama esant didesniam tiekimo greičiui.
Be to, didėjant veleno sukimosi greičiui, atsirandančių įdubimų tūris mažėja. Atlikus daugybę eksperimentų, buvo nustatyta, kad esant 3000 mm/min tiekimo greičiui ir 20 000 min⁻¹ suklio greičiui, nėra delaminacijos problemos, kartu išlaikomas mažesnis šerdies tūris. Apskritai tai pagerina gręžimo našumą.
3. Palyginimas su kitais dviem gręžimo būdais: Siekiant geriau palyginti gręžimo efektus, eksperimento metu buvo stebimi kiekvieno gręžimo metodo mikroskopiniai vaizdai. Atliekant itin greitą padavimo gręžimą (UFFD), kiekvienas anglies pluošto sluoksnis aiškiai matomas ant skylės sienelės, o ultragarsinio vibracinio gręžimo (UVD) ir abrazyvinio vandens srove (AWJ) gręžimo metu skylės sieneles dengia išlydyta matrica. , todėl paviršius tampa neryškesnis. Padidinus mikroskopinius vaizdus, AWJ skylių sienelės rodo didelę nailono pluoštų difuziją, o UFFD skylių kraštai pasižymi geresne kokybe. Remiantis skylių paviršiaus kokybės, formos tikslumo ir apdorojimo laiko palyginimu, itin greitas padavimo gręžimas (UFFD) pasirodė esąs perspektyvesnis termoplastinių anglies pluošto laminatų gręžimo būdas.
Skylių gręžimas termoplastinėse anglies pluošto plokštėse yra pagrindinis apdorojimo būdas, leidžiantis stabiliai sujungti su kitais pramoniniais komponentais ir padidinti jų komercinę vertę. Šiuo metu plačiai paplitęs termoplastinių anglies pluošto kompozitų taikymas vis dar yra ankstyvosiose stadijose, o vienkrypčių termoplastinių anglies pluošto kompozitų paruošimas kelia didelių iššūkių, o tai riboja šių medžiagų naudojimą nuo pat pradžių. Kaip viena iš nedaugelio Kinijos įmonių, galinčių savarankiškai gaminti ištisines anglies pluošto termoplastines kompozitines vienakryptes juostas, Zhishang New Materials mano, kad termoplastinių anglies pluoštų kūrimas turi prasidėti nuo pagrindinio lygio, o technologinė pažanga yra pagrindinė sąlyga esamoms problemoms išspręsti.
