Композитные материалы позволяют создавать изделия, которые сочетают небольшую массу, прочность, устойчивость к внешним воздействиям и широкие возможности по выбору формы.
При этом для производства композитных деталей используются разные технологии — от автоматизированного горячего прессования до вакуумной инфузии и RTM.
Одним из наиболее доступных и универсальных способов остаётся контактное формование. Метод особенно хорошо подходит для изготовления единичных изделий, прототипов, малых серий и крупногабаритных деталей сложной формы. На производственной площадке «ПМ-Композит» контактное формование применяется как для изготовления технологической оснастки, так и для выпуска коммерческой продукции.
Что такое контактное формование
Контактное, или ручное, формование — это способ производства композитных изделий в открытой форме. Армирующий материал укладывается непосредственно на подготовленную поверхность технологической оснастки и пропитывается полимерным связующим.
Главная особенность метода — сравнительно простая организация процесса. Для него не требуется сложная закрытая пресс-форма или оборудование, создающее большое давление. «ПМ-Композит» отмечает, что при контактном формовании используется простая открытая технологическая оснастка, благодаря чему технология подходит в том числе для крупногабаритных изделий.
Несмотря на сравнительно высокую долю ручных операций, метод даёт широкую свободу при выборе геометрии, армирующих материалов и покрытий.
Как проходит процесс контактного формования
Производство начинается с подготовки формы, которая задаёт геометрию и качество одной из поверхностей будущего изделия.
1. Подготовка технологической оснастки
Рабочую поверхность очищают и подготавливают к формованию. При необходимости применяется разделительный состав, который впоследствии облегчает извлечение готовой детали.
Если к внешнему виду изделия предъявляются повышенные требования, на этом этапе может формироваться декоративный или защитный поверхностный слой.
2. Укладка армирующего материала
В форму помещается армирующий материал. В зависимости от требований к изделию могут использоваться стекловолокно, углеродное волокно и другие виды армирования.
Количество слоёв и их расположение определяются конструкцией детали и предполагаемыми нагрузками.
В отличие от традиционных однородных материалов, композит можно проектировать таким образом, чтобы усиление располагалось именно там, где оно необходимо.
3. Нанесение связующего
На армирующий материал наносится полимерное связующее. Оно должно равномерно пропитать волокна и объединить их в единую конструкцию.
При формовании важно контролировать количество смолы. Её недостаток может привести к неполной пропитке, а чрезмерное количество увеличивает массу изделия без необходимости.
4. Уплотнение материала
После нанесения связующего слой уплотняется. Задача операции — обеспечить качественную пропитку армирования и уменьшить количество воздушных включений.
Затем последовательно укладываются следующие слои до достижения необходимой толщины конструкции.
5. Отверждение
После формирования всей структуры изделие выдерживается до отверждения полимерной матрицы.
Конкретный режим зависит от используемой системы связующего, толщины изделия и технологических требований.
6. Извлечение и финишная обработка
После полимеризации деталь снимается с формы. При необходимости выполняются обрезка кромок, сверление отверстий, механическая обработка и другие операции.
В результате получают готовое композитное изделие, соответствующее заданной геометрии.
Почему технология остаётся востребованной
На фоне автоматизированных методов контактное формование может показаться слишком простым. Однако именно эта простота является одним из его основных преимуществ.
Метод не требует дорогостоящего прессового оборудования и сложной закрытой оснастки, поэтому позволяет сравнительно быстро организовать выпуск новой продукции.
«ПМ-Композит» характеризует контактное формование как быстрый и доступный процесс, который благодаря простоте организации подходит для штучного и малосерийного производства.
Возможность производства крупных изделий
При горячем прессовании размеры продукции ограничиваются рабочей зоной оборудования и пресс-формы.
При контактном формовании таких ограничений значительно меньше. Открытая форма может иметь большие размеры, поэтому метод подходит для производства габаритных панелей, корпусов, кожухов и других конструкций.
На сайте «ПМ-Композит» возможность изготовления изделий больших габаритов прямо отмечается среди особенностей технологии.
Это делает контактное формование интересным для проектов, где создание массивной металлической пресс-формы было бы экономически неоправданным.
Изделия сложной геометрии
Армирующий материал укладывается непосредственно по поверхности формы, благодаря чему можно получать детали с изгибами, углублениями, выступами и другими геометрическими особенностями.
Метод подходит для:
- защитных кожухов;
- корпусов;
- декоративных элементов;
- строительных изделий;
- панелей;
- элементов транспортной инфраструктуры;
- прототипов;
- технологической оснастки.
При необходимости конструкцию можно усиливать в отдельных участках дополнительными слоями армирования.
Возможность установки закладных элементов
Ещё одно важное преимущество технологии — возможность интегрировать дополнительные компоненты непосредственно в структуру изделия.
В процессе формования могут предусматриваться закладные детали, которые затем используются для монтажа, крепления или соединения готового изделия с другими элементами конструкции.
«ПМ-Композит» отдельно отмечает возможность включения закладных элементов в изделия, выпускаемые методом контактного формования.
Это позволяет уменьшать количество дополнительных сборочных операций после изготовления детали.
Свобода выбора материалов
Одно и то же изделие можно адаптировать к различным условиям эксплуатации за счёт изменения состава композита.
Выбирая полимерную матрицу, армирование и защитные покрытия, можно изменять эксплуатационные характеристики конструкции.
Например, при проектировании могут учитываться требования к:
- механической прочности;
- массе;
- влагостойкости;
- химической стойкости;
- внешнему виду;
- электрическим характеристикам;
- устойчивости к условиям окружающей среды.
Широкий выбор материалов и покрытий «ПМ-Композит» также называет одним из преимуществ контактного формования.
Экономичность для небольших партий
Для массового выпуска десятков тысяч одинаковых изделий рационально использовать высокоавтоматизированные технологии, позволяющие сократить продолжительность каждого производственного цикла.
При изготовлении нескольких экземпляров ситуация меняется.
Создание дорогой закрытой пресс-формы может значительно увеличить стоимость проекта. Контактное формование требует более простой технологической оснастки, поэтому особенно хорошо подходит для:
- единичных изделий;
- опытных образцов;
- прототипов;
- малых и средних серий;
- изделий, конструкция которых ещё может изменяться.
Именно возможность экономично производить штучные и малосерийные изделия является одной из причин применения этой технологии на «ПМ-Композит».
Контактное формование и вакуумная инфузия: в чём разница
Обе технологии могут применяться для изготовления крупных композитных изделий с использованием открытой жёсткой формы. Однако принцип пропитки армирования различается.
При контактном формовании связующее наносится непосредственно на армирующий материал, а пропитка и уплотнение выполняются в процессе ручных операций.
При вакуумной инфузии сначала формируется сухая армирующая заготовка, которая закрывается вакуумным пакетом. Затем смола поступает внутрь материала под действием перепада давления.
Вакуумная инфузия позволяет сильнее контролировать процесс пропитки, но требует более сложной подготовки. Контактное формование проще организовать и поэтому особенно удобно при изготовлении небольших партий и нестандартных изделий.
На производственной площадке «ПМ-Композит» применяются обе технологии, а также RTM, горячее прессование, пултрузия и полимербетонное литьё.
Контактное формование или горячее прессование
Разница между этими технологиями ещё существеннее.
Горячее прессование предполагает использование закрытой пресс-формы, высокой температуры и значительного давления. Процесс хорошо автоматизируется и подходит для серийного производства большого количества одинаковых деталей.
Контактное формование требует больше ручных операций, зато позволяет значительно проще запустить новое изделие и изготовить крупную или нестандартную конструкцию без создания дорогостоящей прессовой оснастки.
Поэтому технологии не конкурируют напрямую, а решают разные производственные задачи.
Как обеспечить качество при ручном формовании
Простота оборудования не означает простоту технологического контроля.
Качество конечного изделия зависит от множества факторов:
- подготовки формы;
- точности раскроя армирующих материалов;
- количества слоёв;
- ориентации армирования;
- дозировки связующего;
- качества пропитки;
- удаления воздуха;
- соблюдения режима отверждения;
- квалификации персонала.
Именно поэтому ручной процесс должен выполняться по утверждённой технологии и контролироваться специалистами.
На «ПМ-Композит» процесс контактного формования контролируется технологами. Предприятие также располагает собственной конструкторско-технологической службой и лабораторным комплексом, позволяющим разрабатывать рецептуры, испытывать образцы и проводить технологический контроль на этапах производства.
Когда стоит выбрать контактное формование
Технология особенно хорошо подходит, если необходимо:
- изготовить опытный образец;
- выпустить небольшую серию;
- произвести крупногабаритную деталь;
- получить изделие сложной геометрии;
- интегрировать закладные элементы;
- быстро освоить производство нового изделия;
- сократить затраты на технологическую оснастку;
- изготовить мастер-модель или оснастку для другого производственного процесса.
Для крупносерийного производства относительно небольших одинаковых изделий выгоднее может оказаться горячее прессование или RTM. Поэтому оптимальный метод следует выбирать после оценки размеров, геометрии, требований к поверхности, физико-механических характеристик и предполагаемого объёма выпуска.
От идеи до готового изделия
В производстве композитов важно правильно выбрать не только материал, но и сам способ формования.
«ПМ-Композит» располагает собственной конструкторско-технологической службой. Компания выполняет разработку технических заданий, проектирование трёхмерных моделей, изготовление прототипов, испытания и подготовку конструкторской и технологической документации для серийного производства.
Наличие нескольких технологий позволяет подобрать способ изготовления под конкретную задачу — от единичной крупногабаритной детали до серийного композитного изделия.
Итог
Контактное формование — сравнительно простая, гибкая и экономически эффективная технология производства композитов. Она не требует сложного прессового оборудования, позволяет работать с открытой оснасткой, создавать крупные изделия, использовать разные виды армирования и интегрировать закладные элементы.
Наиболее выгодно применять метод при изготовлении прототипов, штучной продукции и небольших серий, когда затраты на сложную автоматизированную оснастку не оправданы.
При этом качество изделия зависит от правильного проектирования, выбора материалов и строгого соблюдения технологии. Именно сочетание инженерной подготовки, квалифицированного производства и технологического контроля позволяет раскрыть преимущества контактного формования и получить надёжное композитное изделие для конкретной задачи.
