包覆成型可用于复合材料,航空航天到汽车

中共格兰斯登(北爱尔兰贝尔法斯特)一个多世纪以来一直在高级工程领域工作。其中40年专门用于制造先进的复合材料,从严苛环境下的大型玻璃纤维增​​强结构(2-3米直径)开始。2012年,公司通过采用新的先进技术和制造轻质热塑性复合材料,确定了发展机遇。战略合作伙伴经理Scott King说:“航空和汽车市场引起了很多关注。“我们看到了一个合适的地方,我们可以使用新的创新流程为我们的客户提供更好的性能 。

格兰斯登开始探索的一个机会就是超模压。 它与Engel (奥地利Schwertberg)合作,通过当地办事处Engel UK Ltd.(Warwick)安装vduo 1100工作单元,并将其发展成为一个先进的大批量先进复合材料生产系统。恩格尔工作单元将热压成型和注塑成型相结合,实现单级复合包覆成型。

CCP Gransden使用Engel vduo 1100工作单元,将压缩和注塑成型结合到一体成型的复合材料中。
消息来源:中共格拉斯登。

King说:“这个过程始于一种被称为有机薄板的增强热塑性塑料,在我们独特的烤箱里加热。”独特?他解释说,红外烘箱具有一些集成在其中的设计特征,以增加过程控制和加热速度。然后使用高速多轴机器人将加热后的坯料转移到冲压工具上。当压机关闭完成热压成型过程时,注塑成型装置同时喷射出高性能熔融热塑性塑料。“这种热塑性塑料常常填充短切纤维。King说:“这是一个超级快速,一个阶段的流程,根据零件的尺寸和复杂性,提供不到两分钟的循环时间。

示范部分是用20%CF PPS化合物包覆成型的CF / PPS有机片。
消息来源:中共格拉斯登。
他指出,最初是一个挑战,因为航空航天业想要使用聚醚酰亚胺(PEI),聚苯硫醚(PPS)和聚醚醚酮(PEEK),而汽车通用聚酰胺(PA,尼龙)。“所以我们开始与PEEK和聚醚酮酮(PEKK)合作,开发了一个重要的专业知识。”他说,公司只需要一天的时间就可以从PEEK转移到PA。“PEEK有一个狭窄的加工窗口,以便从注射器流入模具。工具上适当的热量分布是非常关键的。“成功之后,处理PA看起来相对简单。

他指出:“由于我们的数据记录功能,我们的单元制造的每个组件都具有完整的工艺可追溯性。“这意味着我们可以有效地给每个组件出具一份出生证明,以便为我们的客户提供信心,即每个组件都是通过一个标准化,可重复的过程按照AS9100标准制造的。”

King说,这种包覆成型技术为CCP Gransden公司在高性能部件的设计和制造方面带来了巨大的好处:

冲压成型热塑性层压板具有高强度,刚度和形状。
集成注塑成型的加固结构,在提供功能特征和装配附件的同时提高刚性。
能够生产轻量级,复杂的组件。
令人印象深刻的低周期时间,通常每部分2分钟。
能够使用更大范围的材料。
优秀的粘合,创建界面被认为是一个结构。
大量减少模具和工艺步骤。
美观的热焊接。
单阶段过程
许多这些好处是由单阶段过程成为可能。King解释说:“以前,采用两阶段工艺,在一个工具中完成热压成型工艺。然后,需要进行二次操作来在第二模具中进行注塑循环。“

他声称,单级工艺给了包覆成型和基材之间更好的结合。King说:“在两种材料都处于半熔融状态时形成,然后将它们混合,导致相互扩散。“所以你得到更好的机械性能。否则,它是一个熔化界面。这也产生了一个美观的加入/ overmold,在侧面没有溢出和干净,锋利的边缘。虽然这可能不会影响部分的实力,但它肯定会传达我们没有控制力和精确度。但是,我们当然是这样做的。“他补充道,CCP格兰登还可以在热塑性层压板和二次模塑中使用相同的聚合物基体,这在两阶段工艺中是不可行的。

那么即使在单阶段工艺中,将PEEK注塑到PEEK基层压板上的困难又如何呢?“我们如何实现这一目标的具体内容是专有的,”King回答说,“但温度控制和操作速度至关重要。”

以上用碳纤维/ PPS制成的示范部件在此示出为单向CF / PA,玻璃织物/ PEI和织物碳纤维/ PEEK。玻璃/ PA版本也已经生产。消息来源:中共格拉斯登。

 

经济可行性
那么认为重叠注塑非常昂贵,加工成本高呢?“有些人认为,零件成本会遇到数千,”国王说,“但这不是我们如何看待它。它可以具有成本效益,特别是如果您查看完整的生命周期,因为它会消除组装阶段。您不再需要多种不同的材料和插入物,而是只提供一个集成零件。我们也希望进一步降低重叠注塑的成本。例如,许多人认为模具成本将在85,000-100,000英镑(约合12,000-140,000美元)以上,但是  我们已经能够利用成本低至10,000-15,000英镑(14,000-21,000美元)的模具来生产复杂的超模压部件。所以我们在这里取得了很大的进步。“

他指出,零件的体积和成本影响是在模具材料选择和设计中考虑的关键因素,例如是否使用顶针。金说:“这  会增加很多额外的成本。“你可以做很多工作来量身定制满足客户需求的解决方案。我们以自己的能力而自豪,也为我们的客户快速工作的能力。“

他说:“我们每24小时可以生产1000-1500个零件。”他指出,CF / PPS示范零件在60秒内被压制/成型。“我们甚至可以进一步减少。”

他还强调成本效益的设计和发展。“我们花了12周的时间从设计到成品部件,包括模具,工艺和材料开发。我们想要证明,从概念到商业产品并不需要花费数年的时间。这可以在几周内完成。“

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