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碳纤维自行车整体车架成型工艺

分类:
工艺及技术
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华子碳纤维复合材
发表时间:
2013-12-05

成型工艺是碳纤维车架制品的关键环节 ,成型工艺的选择取决于制品的形状、物理性能要求和用途,常见有以下几种:

裱糊成型工艺 

它是用手工将预浸料裱糊在模具上,然后固化成型。此法最大的优点是工艺装备简单,手工完成比较复杂的操作,能加工出形状复杂的零件,适用于小批量生产,缺点是生产效率低,劳动条件差,劳动强度大,采用该工艺制出的碳纤维整体车架样件,表观质量尚可,但尺寸精度较差,工艺稳定性差。

纤维缠绕成型工艺

它是开发最早的连续成型工艺,即纤维通过树脂胶槽浸上树脂后按照一定的规律缠绕在转动的芯模上,然后经加热使胶液固化成型。它的一个突出特点是能够按照制品的受力情况,将纤维按一定规律排布,从而充分发挥纤维的强度,获得轻质高强的制品,在工艺上能实现连续化、机械化生产,并且生产周期短,生产效率高,劳动强度小,适用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形制品 。

拉挤工艺

它是发展速度较快的一种成型工艺,即纤维通过树脂槽浸渍树脂后进入加热模具固化,制成各种各样不同形状的型材。其优点是能一次压制出形状复杂、尺寸准确的零件,生产率高,但工艺装备复杂,不适于制备批量小、尺寸大的产品。

树脂传递模压工艺 ( RTM) 

RTM( resin transfer moulding)工艺是 9 0年代最热门的一种成型工艺 ,即先将增强材料做成预成型件放入封闭模具中,在真空和压力的条件下,树脂被注入模具而固化成型。其特点是:
1)工艺过程简单,避免了预浸料这一中间环节。
2)低压注胶,节约了附加设备的费用
3)封闭式模具操作,作业环境清洁
4)易于实现自动化和计算机控制
5)制件表面质量好

因此,RTM技术有很好的发展前景.   

碳纤维自行车车架的结构具有自由形态的三维曲面、非等径结构、截面变化比较大等特点 ,因而无法采用缠绕法和拉挤法 ;而编织成型工艺 ,在编织之前 ,必须使用计算机对制作零件的编织物进行设计和计算 ,由于车架是三维自由曲面 ,难于构造出数学模型 ,无法进行编程计算 ,因此难以采用编织法 .基于以上原因 ,在多方调研和分析比较的基础上 ,决定采用 RTM的改进工艺——真空辅助 RTM成型工艺 . 

工艺装置 

真空辅助RTM工艺装置主要由树脂注射机、成型模具、抽真空设备三部分组成,

树脂注射机由计量泵、注射头组成。计量泵含有树脂泵、固化剂泵及计量装置。

树脂及固化剂经计量泵按一定的比例加压输入注射头中,经注射头混合后注入模具。这种方法注射速度易于控制,树脂和固化剂只在注射头中混合,因而可长期存放,且注射结束后易于清洗。

成型模具采用铝合金制造,铝合金模具使用寿命长 ( >25000次 ),表面质量良好。模具结构为组合形式,有定位、锁紧、开启、密封装置。注射口位于模具最低点即车架前脸管附近,排出口在树脂较难流到的车架后钩处。抽真空设备同排出口相连接 ,在注射机注射树脂的同时抽真空。这样能增加树脂传递压力,排除模具及树脂中的气泡和水分,并为树脂在模腔中打开通道 ,形成完整的通路,从而大大提高制品成功率,使得制品质量上升。

工艺特点及材料 

RTM工艺的技术关键是树脂系统的选择。为了提高车架的质量,建议选用韧性好、同碳纤维亲合力强的改性环氧树脂。

车架成型工艺流程图 

1、制备自行车
2、架泡沫内芯
3、铺设碳纤维脱模剂处理模具
4、模具的清理制品后加工脱模
5、固化  
6、注射机压注树脂抽真空  
7、组装模具
8、密封材料的准备 

RTM法可以实现复杂形状的车架一次整体性成型,从而简化了车架结构,并且减少了车架组成零件和联接零件的数量,因而能有效地减轻车架重量,降低工艺消耗和提高车架结构的使用性能。

RTM法成型形状复杂的制品比较方便。因为树脂在固化前具有一定的流动性,纤维很柔软,能依模具形成所要求的形状和尺寸。这对单件和小批量产品尤为方便,是金属制品工艺无法相比的。

真空辅助 RTM工艺制造的碳纤维自由形态自行车架的纤维浸润性好,层间结合力高,力学性能良好。

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文章来源:华子碳纤维
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