Beim Formverfahren wird eine bestimmte Menge Prepreg in den Formhohlraum aus Metall gegeben. Mithilfe von Pressen und einer Wärmequelle wird eine bestimmte Temperatur und ein bestimmter Druck erzeugt, sodass das Prepreg im Formhohlraum durch die Hitze erweicht wird. Der Druck fließt, füllt den Formhohlraum vollständig aus und das Formprodukt härtet aus.
Der Formgebungsprozess zeichnet sich durch die Notwendigkeit des Erhitzens aus; der Zweck des Erhitzens besteht darin, das Prepreg durch Erweichen der Fließfähigkeit zu erweichen.HarzDas Prepreg füllt den Formhohlraum und beschleunigt die Aushärtungsreaktion des Harzmatrixmaterials. Beim Befüllen des Formhohlraums mit Prepreg fließen nicht nur die Harzmatrix, sondern auch das Verstärkungsmaterial, sodass Harzmatrix und Verstärkungsfasern gleichzeitig alle Bereiche des Formhohlraums ausfüllen.
Nur dieHarzDie Viskosität der Matrix ist sehr hoch, die Bindung ist sehr stark, damit die Verstärkungsfasern fließen können. Daher benötigt der Formprozess einen höheren Formdruck, was Metallformen mit hoher Festigkeit, hoher Präzision und Korrosionsbeständigkeit erfordert. Außerdem müssen spezielle Heißpressen eingesetzt werden, um die Temperatur des Aushärtungsformteils, den Druck, die Haltezeit und andere Prozessparameter zu kontrollieren.
Das Formpressverfahren zeichnet sich durch hohe Produktionseffizienz, Maßgenauigkeit und Oberflächengüte aus. Insbesondere bei komplexen Verbundwerkstoffprodukten kann der Formprozess in der Regel in einem Arbeitsgang durchgeführt werden, ohne die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs zu beeinträchtigen. Der Hauptnachteil liegt in der komplexeren Konstruktion und Fertigung der Form sowie den höheren Investitionskosten. Trotz dieser Nachteile spielt das Formpressverfahren weiterhin eine wichtige Rolle in der Verbundwerkstoffverarbeitung.
1. Vorbereitung
Mach deine Arbeit gutPrepreg, Formwerkzeuge herstellen, wobei das Ofenprüfstück als Stützmaterial dient, und die Form nach der letzten Verwendung von Harzresten und Ablagerungen reinigen, um die Form sauber und glatt zu halten.
2. Zuschneiden und Verlegen von Prepregs
Aus den vorbereiteten Kohlenstofffaser-Rohstoffen wird ein Prepreg hergestellt. Nach der Prüfung werden die Fläche der Rohmaterialien, die Materialmenge und die Anzahl der Lagen berechnet. Die Rohmaterialien werden Schicht für Schicht übereinandergelegt und gleichzeitig unter Vordruck gesetzt, um eine regelmäßige Form und eine bestimmte Anzahl dichter Einheiten zu erhalten.
3. Formen und Aushärten
Die gestapelten Rohmaterialien werden in die Form gegeben, gleichzeitig werden die inneren Kunststoff-Airbags eingefüllt. Anschließend wird die Form geschlossen und das Ganze in die Formmaschine eingeführt. Die inneren Kunststoff-Airbags werden einem bestimmten konstanten Druck, einer konstanten Temperatur und einer konstanten Zeit ausgesetzt, damit sie aushärten.
4. Abkühlen und Entformen
Nachdem der Druck außerhalb der Form eine gewisse Zeit angehalten hat, muss die Form zunächst eine Weile kalt bleiben. Anschließend wird die Form geöffnet und das Werkstück außerhalb des Formlochs entformt, um die Werkzeugform zu reinigen.
5. Formgebungsprozess
Nach dem Entformen muss das Produkt gereinigt werden. Dazu werden die Kunststoffreste mit einer Stahlbürste oder Kupferbürste abgekratzt und anschließend mit Druckluft poliert, sodass die Oberfläche glatt und sauber ist.
6. Zerstörungsfreie Prüfung und Endabnahme
Die zerstörungsfreie Prüfung und die Endkontrolle der Produkte erfolgen gemäß den Vorgaben der Konstruktionsunterlagen.
Analyse der technischen Aspekte des Prepreg-Formverfahrens
Seit der Entwicklung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen war deren Einsatz stets durch die Herstellungskosten und die Auswirkungen von Produktionsfehlern begrenzt und konnte nicht in großen Mengen erfolgen. Die Kosten für die Kohlenstofffaserproduktion und die damit verbundenen Fehler werden maßgeblich durch den Formgebungsprozess bestimmt.Kohlenstofffaser-VerbundwerkstoffEs gibt zahlreiche Formgebungsverfahren wie RTM, VARI, Heißpressen, Ofenhärtung von Prepregs (OOA) usw., die jedoch zwei Nachteile aufweisen: 1. lange Zykluszeiten; 2. hohe Kosten (im Vergleich zu Metallen und Kunststoffen). Das Prepreg-Pressformen ermöglicht die Serienfertigung und senkt die Produktionskosten, weshalb es immer häufiger eingesetzt wird.
Das Prepreg-Formverfahren bezeichnet das Pressen von Prepreg in einen vorgeformten Körper unter Einwirkung von Temperatur und Druck über einen bestimmten Zeitraum. Das Verfahren zeichnet sich durch hohe Formgeschwindigkeit, geringe Anlagenanforderungen und einfache Bedienung aus. Im Vergleich zu Heißpress-, VARI- und OOA-Verfahren bietet es Produkte mit exzellenter Oberflächenqualität und guter Dimensionsstabilität. Zudem ist der Prozess leicht zu steuern.
▲Ablaufdiagramm des Prepreg-Formprozesses
Vier Elemente des Formgebungsprozesses
1. Temperatur und Homogenität: Spiegelt den Reaktionsgrad zwischenHarzUndHärtungsmittelund die Gleichmäßigkeit der Reaktionsposition, die hauptsächlich die Qualität der Formoberfläche und den Aushärtungsgrad beeinflusst;
2. Druck und Gleichmäßigkeit: Sie spiegeln den Luftaustritt und den Strömungseffekt im Harz wider und kontrollieren die Oberflächenqualität und die mechanischen Eigenschaften des Formteils;
3. Die Dauer der Aushärtungszeit: Sie spiegelt den Aushärtungsgrad wider und gewährleistet so eine effiziente Produktion.
4. Dicke des Formhohlraums: Unter Berücksichtigung der Dicke des Produkts und der besonderen Eigenschaften des Kohlenstofffasermaterials selbst ist eine angemessene Hohlraumdicke zu entwerfen.
Prozessanwendbarkeit
PrepregTheoretisch kann mit dem Formgebungsverfahren jede beliebige Produktstruktur hergestellt werden. Ist die Produktstruktur jedoch zu komplex, wie beispielsweise eine umgekehrte Schnalle oder eine zu große Flanschfläche, führt dies zu einem erheblichen Anstieg der Werkzeugkosten und zu Produktionsschwierigkeiten. Daher ist die Anwendbarkeit des Verfahrens für besonders komplexe Bauteile nicht optimal. Allerdings können wir durch Strukturoptimierung oder Blockkonstruktion in Kombination mit Klebelösungen komplexe Teile herstellen.
Verwandte Technologien
1. Mehrlagen-Schneidetechnologie: Mehrlagige Prepregs werden gleichzeitig geschnitten; Prepregs mit unterschiedlichen Winkeln werden gleichzeitig geschnitten, um die Schneideffizienz zu verbessern.
2. Heiß-in/Heiß-out-Technologie: Die Form wird direkt auf die Aushärtungstemperatur erhitzt, das Vorformteil wird in die Form gegeben und in Form gepresst, was die Formgebungszeit verkürzt und den Energieverbrauch reduziert.
3. Netto-Formtechnologie: Die Vorform wird zunächst auf Nettogröße ausgestanzt und dann zum Aushärten in die Netto-Form gegeben, wodurch der Schneidevorgang reduziert wird.
Prozessschwierigkeiten
Schwierigkeiten bei der Formenkonstruktion für Produkte mit komplexer Struktur: Weisen die Produkte viele nach innen gewölbte Kanten und negative Ecken auf, erschwert dies die Formenherstellung und führt zudem nach längerem Gebrauch zu einer geringeren Präzision der Positionierung der Einsätze. Vermeiden Sie daher nach Möglichkeit nach innen gewölbte Kanten und negative Winkel bei der Produktkonstruktion.
Hinweis: Die Anforderungen an die Oberflächenqualität der äußeren Produktabdeckung sind sehr hoch. Häufige Probleme bei Kohlefaserteilen sind: trübe Oberflächen, weiße Flecken, unsaubere Oberflächenstruktur, Poren, mangelnde Haftung usw. Zusammenfassend sind die Ursachen: Das Härter im Prepreg ist nicht gleichmäßig vermischt oder die Reaktion ist unvollständig; die Formtemperatur ist ungleichmäßig; Temperatur und Druck stimmen nicht; die Formkonstruktion und -verarbeitung sind fehlerhaft; der Formgebungsprozess ist nicht kontrolliert; die FormFreisetzungsmittelreagiert, und so weiter.
Veröffentlichungsdatum: 17. Januar 2025