Termoplastisia hiilikuitulaminaatteja voidaan porata jatkossa ultranopeilla syöttömenetelmillä.
Ilmailu- ja autoteollisuus ovat kaksi alaa, jotka parhaiten kuvastavat teollista kapasiteettia ja toimitusketjun täydellisyyttä nykyaikaisilla teollisuuden aloilla, jotka sisältävät lukemattomia teknologioita ja materiaaleja. Hiilikuitu- ja komposiittimateriaalit ovat tällä hetkellä erittäin suosittu uudentyyppinen materiaali teollisessa tuotannossa, joka on saanut suotuisia käyttökohteita erinomaisten mekaanisten ominaisuuksiensa ansiosta. Käytännön sovelluksissa hiilikuitu toimii lujitemateriaalina, jota voidaan yhdistää eri matriisimateriaalien kanssa, jolloin siitä voidaan jalostaa erimuotoisia teollisia komponentteja, joista osa soveltuu ilmailu- ja autoteollisuudessa.
Tällä hetkellä valtavirran lämpökovettuvia hiilikuituja sekä tulevaisuudessa edullisempia termoplastisia hiilikuituja pidetään korkean suorituskyvyn komposiittimateriaaleina, joita on vaikea ylittää. Näiden hiilikuitukomposiittien jalostaminen valmiiksi tuotteiksi asettaa kuitenkin tiettyjä haasteita, mikä edellyttää erilaisten laitteiden ja koneiden koordinointia. Perustoiminnot, kuten poraus, leikkaus ja koverrus, ovat välttämättömiä. Näitä perusprosessointivaiheita ei kuitenkaan pidä aliarvioida, sillä myös työstötoiminnot liittyvät olennaisesti hiilikuitutuotteiden suorituskykyyn. Tässä artikkelissa viitataan kansainväliseen tieteelliseen kirjallisuuteen ultranopean syöttöporauksen esittelemiseksi ja verrataan sitä kahteen muuhun käsittelymenetelmään: ultraäänivärähtelyyn ja hankaavaan vesisuihkuleikkaukseen.
Kolme porausmenetelmää termoplastisille hiilikuitulaminaateille (CF/PA6).
1.Ultra-Fast Feed Drilling (UFFD): Leikkauslämpö ja kitkalämpö voivat johtaa termoplastisen matriisin sulamiseen, mikä vaikuttaa porauksen tehokkuuteen ja tuloksiin. Ultranopean syöttöporausmenetelmän todellisten vaikutusten tutkimiseksi termoplastinen hiilikuitulaminaatti kiinnitetään ja syöttönopeudet valitaan 3000, 5000 ja 7000 mm/min käyttäen kolmikomponenttidynamometriä mittaukseen.
2. Ultraäänivärähtelyporaus (UVD): Laitteeseen on asennettu pietsosähköinen kideoskillaattori, joka tarjoaa jatkuvan 70 kHz:n taajuuden, mikä mahdollistaa ultraäänivärähtelyn todellisten vaikutusten tarkkailun porattaessa termoplastisia hiilikuitulaminaatteja.
3. Abrasive Water Jet Drilling (AWJ): Hiomavesisuihkukoneistus on tällä hetkellä yleisin menetelmä lämpökovettuvien hiilikuitutuotteiden leikkaamiseen. Vesisuihkun liikerata on suunniteltu pyöreäksi, ja termoplastiseen hiilikuitulaminaattiin porataan tiettyä vedenpainetta, jolloin todelliset vaikutukset havaitaan.
Ultranopean syöttöporauksen todellisten vaikutusten esittely
1. Poraustehosteiden vertailu: Kun syöttönopeutta 3000 mm/min verrataan alhaiseen 50 mm/min syöttönopeuteen, edellinen saavuttaa sahauksen valmiiksi nopeammin, karkottaa vain pienen määrän lastua ja ei jätä jäysteitä poratun reiän lähelle. Sitä vastoin jälkimmäisessä näkyy merkittäviä muodonmuutoksia, kun poranterä tunkeutuu etulaminaatin läpi, jolloin reiän ympärillä on suurempi määrä lastujäämiä ja kruunumaisia purseita. Huipputyöntövoima nopeudella 3000 mm/min on kuusinkertainen 50 mm/min:iin verrattuna ja saavuttaa lähes 22 N, kun taas porausaika on vain 1/60 jälkimmäisestä, mikä lisää merkittävästi porauksen tehokkuutta ja parantaa porauksen laatua.
2. Delaminaatio ja pursetilanne: 3D-mittausmikroskoopilla tehdyt havainnot osoittavat, että delaminaatiota ja purseita esiintyy suhteessa porauksen sisääntulosuuntaan, ja 20 μm toimii jakoviivana. Kun syöttönopeus on 3000 mm/min, delaminaatiota ei havaita karan nopeudesta huolimatta. Kuitenkin, kun syöttönopeus ylittää 3000 mm/min ja karan nopeus ylittää 20 000 min-1, delaminaatiomäärä kasvaa syöttönopeuden kasvaessa. Tämä johtuu suuremmasta työntövoimasta, joka syntyy suuremmilla syöttönopeuksilla.
Lisäksi karan nopeuden kasvaessa esiintyvien purseiden määrä vähenee. Useiden kokeiden avulla havaittiin, että syöttönopeudella 3000 mm/min ja karan nopeudella 20 000 min⁻¹ ei ole delaminaatioongelmia, mutta samalla säilytetään pienempi pursetilavuus. Kaiken kaikkiaan tämä johtaa parempaan poraustehoon.
3. Vertailu kahteen muuhun porausmenetelmään: Porausvaikutusten vertailua varten kokeessa tarkkailtiin mikroskooppisia kuvia kustakin porausmenetelmästä. Ultranopeassa syöttöporauksessa (UFFD) jokainen hiilikuitukerros näkyy selvästi reiän seinämässä, kun taas ultraäänivärähtelyporauksessa (UVD) ja abrasiivisessa vesisuihkuporauksessa (AWJ) reiän seinämät peitetään sulalla matriisilla. , jolloin pinta on epäselvä. Kun mikroskooppisia kuvia suurennetaan, AWJ-reikien seinämät osoittavat merkittävää nailonkuitujen diffuusiota, kun taas UFFD:n reikien reunat ovat parempia. Reiän pinnan laadun, muodon tarkkuuden ja käsittelyajan vertailun perusteella ultranopea syöttöporaus (UFFD) osoittautuu lupaavammaksi porausmenetelmäksi termoplastisille hiilikuitulaminaateille.
Reikien poraus termoplastisiin hiilikuitupaneeleihin on perusprosessointimenetelmä, joka mahdollistaa vakaat liitokset muihin teollisiin komponentteihin ja lisää niiden kaupallista arvoa. Tällä hetkellä termoplastisten hiilikuitukomposiittien laaja käyttö on vielä alkuvaiheessa, ja yksisuuntaisten kestomuovihiilikuitukomposiittien valmistus asettaa merkittäviä haasteita, mikä rajoittaa näiden materiaalien käyttöä alusta alkaen. Yhtenä harvoista yrityksistä Kiinassa, joka pystyy itsenäisesti tuottamaan jatkuvia hiilikuituisia kestomuovikomposiittiteippejä, Zhishang New Materials uskoo, että termoplastisten hiilikuitujen kehittämisen on aloitettava perustasolta, ja teknologinen kehitys on ensisijainen edellytys olemassa olevien ongelmien ratkaisemiselle.
