Termoplastiske kulfiberlaminater kan bores ved hjælp af ultrahurtige fremføringsmetoder i fremtiden.
Rumfart og bilfremstilling er to industrier, der bedst afspejler industrielle kapaciteter og fuldstændigheden af forsyningskæden i moderne industriområder, der involverer utallige teknologier og materialer. Kulfiber og kompositmaterialer er i øjeblikket en meget populær ny type materiale i industriel produktion, der opnår gunstige anvendelser på grund af deres fremragende mekaniske egenskaber. I praktiske applikationer tjener kulfiber som et forstærkningsmateriale, der kan kombineres med forskellige matrixmaterialer, hvilket gør det muligt at forarbejde det til forskellige former for industrielle komponenter, hvoraf nogle kan anvendes i luftfarts- og bilindustrien.
I øjeblikket anses mainstream termohærdende kulfiber, såvel som de mere fordelagtige termoplastiske kulfiber i fremtiden, for at være højtydende kompositmaterialer, som er svære at overgå. Forarbejdning af disse kulfiberkompositter til færdige produkter giver dog visse udfordringer, hvilket kræver koordinering af forskellige udstyr og maskiner. Grundlæggende operationer såsom boring, skæring og udhulning er afgørende. Alligevel bør man ikke undervurdere disse grundlæggende forarbejdningstrin, da bearbejdningsoperationerne også er afgørende forbundet med ydeevnen af kulfiberprodukter. Denne artikel refererer til international videnskabelig litteratur for at introducere boremetoden med ultrahurtig tilførsel og sammenligner den med to andre behandlingsmetoder: ultralydsvibrationer og slibende vandstråleskæring.
Tre boremetoder til termoplastiske kulfiber (CF/PA6) laminater
1. Ultrahurtig Feed Boring (UFFD): Skærevarme og friktionsvarme kan føre til smeltning af den termoplastiske matrix, hvilket påvirker boreeffektiviteten og resultaterne. For at studere de faktiske effekter af boremetoden med ultrahurtig tilførsel fastgøres det termoplastiske kulfiberlaminat, og der vælges fremføringshastigheder på 3000, 5000 og 7000 mm/min ved hjælp af et tre-komponent dynamometer til måling.
2. Ultralyd Vibration Boring (UVD): En piezoelektrisk krystaloscillator er installeret på udstyret for at give en konstant frekvens på 70 kHz, hvilket muliggør observation af de faktiske effekter af ultralydsvibrationer, når der bores i termoplastiske kulfiberlaminater.
3. Slibemiddel vand stråle boring (AWJ): Slibende vandstrålebearbejdning er i øjeblikket den almindelige metode til skæring af termohærdende kulfiberprodukter. Vandstrålebanen er designet i en cirkulær form, og der påføres et vist vandtryk for at bore i det termoplastiske kulfiberlaminat, med de faktiske effekter observeret.
Demonstration af de faktiske effekter af ultrahurtig tilførselsboring
1.Sammenligning af boreeffekter: Når man sammenligner en fremføringshastighed på 3000 mm/min med en lav fremføringshastighed på 50 mm/min, opnår førstnævnte skæreafslutning hurtigere, udstøder kun en lille mængde spåner og efterlader ingen grater i nærheden af det borede hul. I modsætning hertil viser sidstnævnte betydelig deformation, når boret trænger ind i det forreste laminat, med en større mængde spånerester og kronelignende grater rundt om hullet. Spidstrykket ved 3000 mm/min er seks gange større end 50 mm/min og når næsten 22N, mens boretiden kun er 1/60 af sidstnævntes, hvilket øger boreeffektiviteten markant og forbedrer borekvaliteten.
2. Delaminering og burr situation: Observationer ved hjælp af et 3D-målemikroskop afslører, at delaminering og grater forekommer i forhold til boreindgangsretningen, hvor 20 μm tjener som skillelinje. Når fremføringshastigheden er 3000 mm/min, observeres ingen delaminering uanset spindelhastigheden. Når fremføringshastigheden imidlertid overstiger 3000 mm/min, og spindelhastigheden overstiger 20.000 min. Dette tilskrives det større tryk, der genereres ved højere fremføringshastigheder.
Derudover falder mængden af grater, når spindelhastigheden øges. Gennem flere eksperimenter blev det fundet, at der ved en fremføringshastighed på 3000 mm/min og en spindelhastighed på 20.000 min⁻¹ ikke er noget delamineringsproblem, samtidig med at der opretholdes et mindre gratvolumen. Samlet set resulterer dette i bedre boreydelse.
3.Sammenligning med de to andre boremetoder: For bedre at sammenligne boreeffekterne blev mikroskopiske billeder af hver boremetode observeret i eksperimentet. Ved ultrahurtig tilførselsboring (UFFD) er hvert lag kulfiber tydeligt synligt på hulvæggen, hvorimod ved ultralydsvibrationsboring (UVD) og abrasiv vandstråleboring (AWJ) er hulvæggene dækket af en smeltet matrix , hvilket resulterer i en mere sløret overflade. Når de mikroskopiske billeder forstørres, viser AWJ-hulvæggene betydelig diffusion af nylonfibre, mens kanterne af hullerne fra UFFD udviser bedre kvalitet. Baseret på sammenligningen af huloverfladekvalitet, formnøjagtighed og behandlingstid viser ultrahurtig tilførselsboring (UFFD) sig at være en mere lovende boremetode for termoplastiske kulfiberlaminater.
Boring af huller i termoplastiske kulfiberpaneler er en grundlæggende forarbejdningsmetode, der muliggør stabile forbindelser med andre industrielle komponenter og øger deres kommercielle værdi. I øjeblikket er den udbredte anvendelse af termoplastiske kulfiberkompositter stadig i sine tidlige stadier, og fremstillingen af ensrettede termoplastiske kulfiberkompositter udgør betydelige udfordringer, hvilket begrænser anvendelsen af disse materialer fra starten. Som en af de få virksomheder i Kina, der er i stand til uafhængigt at producere kontinuerlige kulfiber termoplastiske komposit ensrettet tape, mener Zhishang New Materials, at udviklingen af termoplastiske kulfibre skal starte fra et grundlæggende niveau, og teknologiske fremskridt er den primære betingelse for at løse eksisterende problemer.
