ورقه های فیبر کربن ترموپلاستیک را می توان با استفاده از روش های تغذیه فوق سریع در آینده سوراخ کرد.
صنعت هوافضا و خودروسازی دو صنعتی هستند که به بهترین وجه قابلیتهای صنعتی و کامل بودن زنجیره تامین را در زمینههای صنعتی مدرن، شامل فناوریها و مواد بیشماری منعکس میکنند. فیبر کربن و مواد کامپوزیت در حال حاضر نوع جدیدی از مواد بسیار محبوب در تولید صنعتی هستند که به دلیل خواص مکانیکی برجسته، کاربردهای مطلوبی پیدا میکنند. در کاربردهای عملی، فیبر کربن به عنوان یک ماده تقویتکننده عمل میکند که میتواند با مواد ماتریس مختلف ترکیب شود و به آن اجازه میدهد تا به اشکال مختلف اجزای صنعتی پردازش شود، که برخی از آنها میتوانند در بخشهای هوافضا و تولید خودرو اعمال شوند.
در حال حاضر، جریان اصلی فیبر کربن گرما سخت، و همچنین فیبر کربن گرمانرم سودمندتر در آینده، به عنوان مواد کامپوزیتی با کارایی بالا در نظر گرفته می شود که به سختی قابل پیشی گرفتن است. با این حال، پردازش این کامپوزیتهای فیبر کربن به محصولات نهایی چالشهای خاصی را به همراه دارد که نیازمند هماهنگی تجهیزات و ماشینآلات مختلف است. عملیات اساسی مانند حفاری، برش و سوراخ کردن ضروری است. با این حال، نباید این مراحل اولیه پردازش را دست کم گرفت، زیرا عملیات ماشینکاری نیز به طور اساسی با عملکرد محصولات فیبر کربن مرتبط است. این مقاله به ادبیات علمی بین المللی برای معرفی روش حفاری خوراک فوق سریع اشاره می کند و آن را با دو روش پردازش دیگر مقایسه می کند: ارتعاش اولتراسونیک و برش جت آب ساینده.
سه روش حفاری برای ورقه های الیاف کربن ترموپلاستیک (CF/PA6)
1. حفاری تغذیه فوق العاده سریع (UFFD): حرارت برش و حرارت اصطکاک می تواند منجر به ذوب ماتریس ترموپلاستیک شود و بر راندمان حفاری و نتایج تاثیر بگذارد. برای بررسی اثرات واقعی روش حفاری خوراک فوق سریع، ورقه ورقه الیاف کربن ترموپلاستیک ثابت می شود و سرعت های تغذیه 3000، 5000 و 7000 میلی متر در دقیقه با استفاده از دینامومتر سه جزیی برای اندازه گیری انتخاب می شود.
2. حفاری ارتعاشی اولتراسونیک (UVD): یک نوسان ساز کریستالی پیزوالکتریک بر روی تجهیزات نصب شده است تا فرکانس ثابت 70 کیلوهرتز را ارائه دهد، که امکان مشاهده اثرات واقعی ارتعاش اولتراسونیک را هنگام حفاری در لایه های فیبر کربنی گرمانرم فراهم می کند.
3. حفاری با جت آب ساینده (AWJ): ماشینکاری با جت آب ساینده در حال حاضر روش اصلی برای برش محصولات فیبر کربنی ترموست می باشد. مسیر جت آب به شکل دایره ای طراحی شده است و فشار آب معینی برای سوراخ کردن ورقه فیبر کربنی گرمانرم اعمال می شود و اثرات واقعی مشاهده می شود.
نشان دادن اثرات واقعی حفاری خوراک فوق سریع
1. مقایسه اثرات حفاری: هنگام مقایسه سرعت تغذیه 3000 میلیمتر در دقیقه با سرعت تغذیه پایین 50 میلیمتر در دقیقه، برش سریعتر انجام میشود، تنها مقدار کمی از تراشهها خارج میشود و هیچ سوراخی در نزدیکی سوراخ حفر شده باقی نمیماند. در مقابل، دومی تغییر شکل قابل توجهی را هنگامی که مته به لایه جلویی نفوذ می کند، با مقدار بیشتری از باقی مانده تراشه و سوراخ های تاج مانند در اطراف سوراخ نشان می دهد. اوج رانش در 3000 میلیمتر در دقیقه، شش برابر 50 میلیمتر در دقیقه است و به نزدیک 22 نیوتن میرسد، در حالی که زمان حفاری تنها 1/60 زمان دومی است که به طور قابلتوجهی راندمان حفاری را افزایش میدهد و کیفیت حفاری را بهبود میبخشد.
2. لایه برداری و وضعیت سوراخ: مشاهدات با استفاده از یک میکروسکوپ اندازه گیری سه بعدی نشان می دهد که لایه لایه شدن و سوراخ شدن در رابطه با جهت ورودی حفاری رخ می دهد و 20 میکرومتر به عنوان خط تقسیم عمل می کند. وقتی سرعت تغذیه 3000 میلیمتر در دقیقه باشد، بدون توجه به سرعت اسپیندل، لایهبرداری مشاهده نمیشود. با این حال، زمانی که سرعت تغذیه از 3000 میلی متر در دقیقه و سرعت دوک از 20000 دقیقه-1 بیشتر شود، حجم لایه لایه شدن با افزایش نرخ خوراک افزایش می یابد. این به رانش بیشتر ایجاد شده در سرعت های تغذیه بالاتر نسبت داده می شود.
علاوه بر این، با افزایش سرعت اسپیندل، حجم سوراخهایی که ظاهر میشوند کاهش مییابد. از طریق آزمایشهای متعدد، مشخص شد که در سرعت تغذیه 3000 میلیمتر در دقیقه و سرعت دوک 20000 دقیقه-1، مشکل لایهپوشی وجود ندارد، در حالی که حجم سوراخ کمتری نیز حفظ میشود. به طور کلی، این منجر به عملکرد بهتر حفاری می شود.
3. مقایسه با دو روش دیگر حفاری: برای مقایسه بهتر اثرات حفاری، تصاویر میکروسکوپی از هر روش حفاری در آزمایش مشاهده شد. در حفاری تغذیه فوق سریع (UFFD)، هر لایه از فیبر کربن به وضوح روی دیواره سوراخ قابل مشاهده است، در حالی که در حفاری ارتعاشی اولتراسونیک (UVD) و حفاری با جت آب ساینده (AWJ)، دیوارههای سوراخ توسط یک ماتریس ذوب شده پوشانده میشوند. و در نتیجه سطحی تار تر می شود. هنگامی که تصاویر میکروسکوپی بزرگنمایی میشوند، دیوارههای سوراخ AWJ انتشار قابلتوجهی از الیاف نایلونی را نشان میدهند، در حالی که لبههای سوراخهای UFFD کیفیت بهتری را نشان میدهند. بر اساس مقایسه کیفیت سطح سوراخ، دقت شکل و زمان پردازش، حفاری خوراک فوق سریع (UFFD) ثابت میکند که روش حفاری امیدوارکنندهتری برای ورقههای فیبر کربنی گرمانرم است.
حفاری سوراخ در پانل های فیبر کربن ترموپلاستیک یک روش پردازش اساسی است که امکان اتصال پایدار با سایر اجزای صنعتی و افزایش ارزش تجاری آنها را فراهم می کند. در حال حاضر، کاربرد گسترده کامپوزیت های فیبر کربنی گرمانرم هنوز در مراحل اولیه خود است و تهیه کامپوزیت های فیبر کربنی گرمانرم یک جهته چالش های مهمی را ایجاد می کند که کاربرد این مواد را از همان ابتدا محدود می کند. Zhishang New Materials بهعنوان یکی از معدود شرکتهایی در چین که قادر به تولید مستقل نوارهای یک طرفه کامپوزیت گرمانرم فیبر کربن پیوسته است، معتقد است که توسعه الیاف کربن ترموپلاستیک باید از سطح پایه آغاز شود و پیشرفت تکنولوژی شرط اولیه برای حل مشکلات موجود است.
