Fabricación y procesamiento de piezas de fibra de carbono

2025-09-09 09:57:41

Los compuestos de fibra de carbono, con su excepcional relación resistencia-peso y libertad de diseño, están remodelando el panorama de fabricación de componentes industriales modernos. Este artículo profundizará en los seis pasos principales de fabricación de los componentes de fibra de carbono y revelará los secretos para la creación de productos compuestos de alta gama.

1. Corte de preimpregnados: comienza la precisión

La fabricación de componentes de fibra de carbono normalmente comienza con el material preimpregnado. Los prepregs se dividen en dos tipos: termoestables y termoplásticos. Los preimpregnados termoestables requieren almacenamiento a baja temperatura y deben retirarse del almacenamiento en frío y refrigerarse antes de su uso; Los preimpregnados termoplásticos, por otro lado, se pueden utilizar directamente. De los dos tipos de fibra de carbono, la termoestable es la más utilizada. Este artículo se centra en productos de fibra de carbono termoestables. Según los dibujos de diseño, estos preimpregnados se cortan utilizando un sistema de corte para adaptar con precisión la forma y el tamaño deseados, con tolerancias de ±0,1 mm. Esto garantiza la precisión del contorno de componentes complejos y los prepara para el procesamiento posterior.

2. Diseño de disposición: meticulosamente elaborado capa por capa

Cada componente tiene su propia configuración de herramientas única, que determina cómo se coloca el preimpregnado. El diseño de la disposición es crucial ya que impacta directamente el rendimiento del producto final. Con base en los requisitos de rendimiento reales del producto, los ingenieros utilizan el análisis de elementos finitos para aplicar ingeniería inversa al plan de diseño, determinando la orientación y el número de capas para garantizar la resistencia y estabilidad estructural. Este proceso lleva mucho tiempo, pero cada detalle debe controlarse rigurosamente para garantizar la alta calidad del producto final. La tecnología de disposición en gradiente se implementa en áreas clave de carga, lo que permite que el recuento de capas locales alcance más de 80, lo que mejora significativamente la eficiencia de carga estructural.

3. Proceso de moldeado: creación de la forma perfecta

El moldeado es un paso clave para transformar el preimpregnado en un componente terminado. Los métodos de moldeo comunes incluyen el moldeo por compresión a alta temperatura y el moldeo en autoclave. La elección depende de los requisitos específicos del componente, como la complejidad estructural, los estándares de desempeño y el presupuesto de costos. El moldeo por compresión a alta temperatura es más adecuado para componentes pequeños y complejos, mientras que el moldeo en autoclave es más adecuado para componentes grandes y monolíticos. A través de estos procesos de moldeo, se crea el componente inicial de fibra de carbono, pero este es solo el primer paso.

4. Mecanizado de precisión: luchando por la excelencia

Después del conformado, la pieza en bruto requiere un acabado adicional para cumplir con los requisitos del diseño final. Este paso incluye corte y perforación CNC para garantizar la precisión de los componentes y los requisitos de ensamblaje. Debido a las propiedades únicas de la fibra de carbono, el proceso de mecanizado requiere una cuidadosa atención a la selección de herramientas y al ajuste de los parámetros operativos para evitar problemas como el desprendimiento de la fibra y la separación de la matriz. Por ejemplo, las herramientas recubiertas de diamante se utilizan con tecnología de lubricación mínima, las velocidades del husillo alcanzan las 20.000 rpm y las velocidades de avance se optimizan a 800 mm/min. De este modo se consigue una precisión de mecanizado de IT7 y una rugosidad superficial de Ra ≤ 0,8 μm.

5. Tratamiento de superficies: mejora de la apariencia y la funcionalidad

Después del acabado, las piezas de fibra de carbono se someten a un tratamiento superficial. La mayoría de los productos producidos por Zhishang New Materials se someten a un proceso de recubrimiento de tres etapas, al que llamamos sistema de recubrimiento de tres etapas. Primero, se limpian las piezas y se retira el agente desmoldante. Luego, se aplica una imprimación para mejorar la adherencia. Se aplica una capa intermedia de pintura de color o requisitos funcionales. Por ejemplo, en este paso se requieren rodillos de pieza polar de fibra de carbono conductores/resistentes al desgaste. Finalmente, se aplica una tercera capa de acabado para realzar la estética del producto. Por ejemplo, la superficie de un brazo robótico de fibra de carbono debe lograr un acabado similar a un espejo, que se logra durante la tercera capa de capa superior.

6. Inspección de calidad: riguroso control de calidad

Este paso implica una rigurosa inspección de calidad de los productos terminados. Los métodos incluyen escaneo CT industrial para detectar defectos internos, medición de coordenadas tridimensionales de dimensiones clave y pruebas de fatiga para simular condiciones de servicio para verificar la precisión dimensional, la calidad de la apariencia y el rendimiento real. Sólo se aprueban para la producción en masa las muestras que pasan todas las inspecciones. Las pruebas in situ también son esenciales, especialmente durante la fase de prueba, para garantizar que cada componente cumpla con los requisitos del usuario final.

A medida que se acelera el desarrollo industrial, los componentes de fibra de carbono avanzan hacia una mayor integración y funcionalidad. Sólo estableciendo una plataforma de innovación colaborativa para materiales, procesos y equipos y logrando avances en tecnologías clave, como el moldeado en un solo paso de componentes complejos y la detección inteligente en línea, podremos promover mejor las ventajas de las aplicaciones de las piezas industriales de fibra de carbono e inyectar un nuevo impulso a la fabricación de equipos de alta gama.