Sản xuất và gia công bộ phận sợi carbon

2025-09-09 09:57:41

Vật liệu tổng hợp sợi carbon, với tỷ lệ độ bền trên trọng lượng đặc biệt và sự tự do trong thiết kế, đang định hình lại bối cảnh sản xuất các bộ phận công nghiệp hiện đại. Bài viết này sẽ đi sâu vào sáu bước sản xuất cốt lõi của các thành phần sợi carbon, hé lộ những bí mật để tạo ra các sản phẩm composite cao cấp.

1. Cắt prereg: Bắt đầu chính xác

Quá trình sản xuất thành phần sợi carbon thường bắt đầu bằng prereg. Prereg được chia thành hai loại: nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo. Prereg nhiệt rắn yêu cầu bảo quản ở nhiệt độ thấp và phải được lấy ra khỏi kho lạnh và làm lạnh trước khi sử dụng; Mặt khác, prereg nhựa nhiệt dẻo có thể được sử dụng trực tiếp. Trong số hai loại sợi carbon, chất rắn nhiệt được sử dụng rộng rãi nhất. Bài viết này tập trung vào các sản phẩm sợi carbon nhiệt rắn. Dựa trên bản vẽ thiết kế, các prereg này được cắt bằng hệ thống cắt để điều chỉnh chính xác hình dạng và kích thước mong muốn với dung sai trong khoảng ±0,1mm. Điều này đảm bảo độ chính xác đường viền của các thành phần phức tạp và chuẩn bị cho quá trình xử lý tiếp theo.

2. Thiết kế bố cục: Được chế tạo tỉ mỉ từng lớp

Mỗi thành phần có thiết lập công cụ riêng, xác định cách bố trí prereg. Thiết kế layup rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của sản phẩm cuối cùng. Dựa trên yêu cầu hiệu suất thực tế của sản phẩm, các kỹ sư sử dụng phân tích phần tử hữu hạn để đảo ngược kế hoạch bố trí, xác định hướng và số lớp để đảm bảo độ bền và độ ổn định của kết cấu. Quá trình này tốn nhiều thời gian nhưng mọi chi tiết đều phải được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng cao của sản phẩm cuối cùng. Công nghệ phân lớp gradient được triển khai tại các khu vực chịu tải quan trọng, cho phép số lượng lớp cục bộ đạt trên 80, cải thiện đáng kể hiệu quả chịu tải của kết cấu.

3. Quá trình tạo khuôn: Tạo hình thức hoàn hảo

Đúc khuôn là một bước quan trọng trong việc biến prereg thành một thành phần hoàn thiện. Các phương pháp đúc phổ biến bao gồm đúc nén nhiệt độ cao và đúc nồi hấp. Sự lựa chọn phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của thành phần, chẳng hạn như độ phức tạp của cấu trúc, tiêu chuẩn hiệu suất và ngân sách chi phí. Đúc nén ở nhiệt độ cao phù hợp hơn với các bộ phận nhỏ, phức tạp, trong khi khuôn hấp áp lực phù hợp hơn với các bộ phận lớn, nguyên khối. Thông qua các quy trình đúc này, phôi thành phần sợi carbon ban đầu được tạo ra, nhưng đây chỉ là bước đầu tiên.

4. Gia công chính xác: Phấn đấu đạt đến sự xuất sắc

Sau khi tạo hình, phôi cần được hoàn thiện thêm để đáp ứng yêu cầu thiết kế cuối cùng. Bước này bao gồm cắt và khoan CNC để đảm bảo độ chính xác của linh kiện và yêu cầu lắp ráp. Do đặc tính độc đáo của sợi carbon, quá trình gia công đòi hỏi phải chú ý cẩn thận đến việc lựa chọn công cụ và điều chỉnh các thông số vận hành để tránh các vấn đề như đứt sợi và tách ma trận. Ví dụ, các dụng cụ được phủ kim cương được sử dụng với công nghệ bôi trơn tối thiểu, tốc độ trục chính đạt 20.000 vòng/phút và tốc độ tiến dao được tối ưu hóa đến 800 mm/phút. Điều này đạt được độ chính xác gia công của IT7 và độ nhám bề mặt Ra ≤ 0,8 μm.

5. Xử lý bề mặt: Cải thiện hình thức và chức năng

Sau khi hoàn thiện, các bộ phận bằng sợi carbon sẽ được xử lý bề mặt. Hầu hết các sản phẩm do Zhishang New Materials sản xuất đều trải qua quy trình phủ ba giai đoạn, mà chúng tôi gọi là hệ thống phủ ba giai đoạn. Đầu tiên, các bộ phận được làm sạch và loại bỏ chất giải phóng. Sau đó, sơn lót được áp dụng để cải thiện độ bám dính. Một lớp sơn màu ở giữa hoặc các yêu cầu về chức năng được áp dụng. Ví dụ: cần có con lăn mảnh cực bằng sợi carbon dẫn điện/chống mài mòn trong bước này. Cuối cùng phủ thêm lớp sơn phủ thứ 3 để tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm. Ví dụ, bề mặt của cánh tay robot bằng sợi carbon phải đạt được độ hoàn thiện giống như gương, điều này đạt được khi thực hiện lớp sơn phủ thứ ba.

6. Kiểm tra chất lượng: Kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt

Bước này liên quan đến việc kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt của thành phẩm. Các phương pháp bao gồm quét CT công nghiệp để phát hiện các khuyết tật bên trong, đo tọa độ ba chiều của các kích thước chính và kiểm tra độ mỏi để mô phỏng các điều kiện sử dụng nhằm xác minh độ chính xác về kích thước, chất lượng bề ngoài và hiệu suất thực tế. Chỉ những mẫu vượt qua tất cả các cuộc kiểm tra mới được chấp thuận để sản xuất hàng loạt. Thử nghiệm tại chỗ cũng rất cần thiết, đặc biệt là trong giai đoạn kiểm chứng, để đảm bảo rằng mỗi thành phần đều đáp ứng yêu cầu của người dùng cuối.

Khi sự phát triển công nghiệp tăng tốc, các thành phần sợi carbon đang hướng tới sự tích hợp và chức năng cao hơn. Chỉ bằng cách thiết lập một nền tảng đổi mới hợp tác cho vật liệu, quy trình và thiết bị cũng như đạt được những đột phá trong các công nghệ chủ chốt như đúc khuôn một bước các bộ phận phức tạp và phát hiện trực tuyến thông minh, chúng ta mới có thể phát huy tốt hơn lợi thế ứng dụng của các bộ phận công nghiệp bằng sợi carbon và tạo động lực mới vào sản xuất thiết bị cao cấp.