Чем можно заменить алюминий
cnc-club.ru
Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.
Подскажите пластик на замену алюминию
Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение kstmkltr » 27 сен 2017, 12:45
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение AlexKota19 » 27 сен 2017, 13:06
Если пересекусь сегодня с технологом, отпишу.
Но подход, на мой взгляд не верный.
Вы будете где-то заказывать форму, отливать, если сами не занимаетесь этим. Если будете у кого-то заказывать, лучше обратиться в компании, которые и будут проектировать форму и т.д.. Тогда Вы можете сразу указать в ТЗ все свои требования. Вполне распространенная практика.
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение kstmkltr » 27 сен 2017, 13:39
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение Andy52280 » 27 сен 2017, 13:47
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение Udjin » 27 сен 2017, 14:16
ОТфрезеровать из дюральки будет дешевле.
Полиэтилен 100-110 градусов не выдержит.
Выдержат композиты со смолами горячего отверждения или препрег горячего отверждения.
Формы для таких задач не сложные. Вакуум формовка.
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение AlexKota19 » 27 сен 2017, 15:52
Если надумаете выпускать именно методом литья на ТПА, лучше обратится к специалистам в Вашем регионе. По опыту, не правильная проектировка увеличивает стоимость и время производства форм (в среднем от месяца, бывает от 14 дней, бывает 3 месяца). Если не говорить о проблемах с качеством самого изделия.
Что касается выпуска на ТПА, то без объемов (кол-во деталей), это убыточно. Тут уже сказали, о ценах, выпуск такого изделия от 60т.р. до бесконечности. Изделие не понятно, поэтому не удивляйтесь ценам. Лучше отправить нескольким компаниям, чтобы узнать примерные цены, а уже потом думать, а надо ли Вам это. Или остаться на алюминии или искать другие варианты получения пластиковых изделий.
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение aftaev » 27 сен 2017, 16:11
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение AlexKota19 » 27 сен 2017, 16:22
Говорил о температуре размягчения и рабочих температурах, они ниже.
А как происходит использования и т.д., мне не известно.
В любом случае, лучше обратится к тому, кто будет это делать.
Он будет нести ответственность за результат.
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение kstmkltr » 27 сен 2017, 18:18
Спасибо за наводку на полиамид поизучаю сейчас, по свойства вроде как очень даже не плох.
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение kstmkltr » 27 сен 2017, 18:45
Re: Подскажите пластик на замену алюминию
Сообщение AlexKota19 » 27 сен 2017, 19:05
Сделать композиты лучше, чем алюминий и начать продавать его
Одна инжиниринговая компания разработала теплопроводящий полимерный композит, который превосходит алюминий и другие металлы по своим эксплуатационным показателям при изготовлении изделий микроэлектроники, светодиодных элементов и компьютерной техники.
В ходе развития проекта для создания принципов управления показателями композиций разработчики экспериментировали с материалами на имеющейся лабораторной базе, регулирования их теплофизических свойств, электропроводности, механических характеристик, устойчивости к действию атмосферы и агрессивных сред, но в итоге получила составы с лучшей теплопроводностью. Сейчас полимерные компаунды компании обладают теплопроводимостью в 100 и более раз превосходящую теплопроводность обычных полимеров. Авторы проекта нашли производственную площадку, на которой возможна аренда оборудования и выпуск опытных партий новых композитных материалов.
«В LED-индустрии (светодиодной) достигнут «технологический предел», а для улучшения отвода тепла нужно создавать дополнительные сложные конструкции, поскольку алюминий не эффективный и дорог. Потребителями разработки являются производители LED-ламп (самая широкая область применения и самый растущий рынок), микроэлектроники и других отраслей, где важен теплообмен», – говорит руководитель проекта Андрей Косенов.
Теплопроводящие полимеры на 38% дешевле алюминия и других аналогов за счет сокращения этапности технологических операций. Перспективные композитные материалы решают проблемы переноса тепла и устойчивы к агрессивной внешней среде. По словам разработчиков, в мире не более 10 компаний разработали подобный материал.
«Можно сказать, что наступил век полимеров. Сейчас мы замахнулись на те области применения, на которые не решались ранее, создавая материалы с новыми свойствами. Мы можем предсказывать, как формируется надмолекулярная структура композита, протекают надмолекулярные взаимодействия в системе ингредиент-ингредиент, механизмы молекулярных реакций, построение новых полимерных структур при помощи вычислительной техники, применение которой облегчает и ускоряет разработку материалов. У нас есть возможность создания современных материалов, необходимых для применения в транспортной промышленности, микроэлектронике или передовом производстве. Например, современный самолет более чем на 50% состоит из композитных материалов», – говорит разработчик.
Композитный бизнес
В 2016 году разработчики выиграли венчурную ярмарку, после которой инвест-фонд вложил 5 млн рублей за 20% компании. Выпуск продукции был приостановлен до получения патента. При этом в том же году оборот по продажам составил 37 тыс. долларов. Чтобы выйти на рынок, компания разработала сразу готовое к эксплуатации изделие. Первым клиентом стал производитель светотехнического оборудования «Светозар», который заменил материалом от A.A.C.Polymers (это название инжиниринговой компании, которая сделала эти полимеры) итальянский композит фирмы LATI. Другим потенциальным потребителем на рынке LED-ламп стал «НЕПЕС РУС».
«Мы начали тестировать различные виды продукции при помощи 3D-печати и работать с целевыми аудиториями, которые находятся в промышленном секторе и ранее не представляли, как использовать этот материал, когда важен процесс теплопереноса в условиях агрессивных сред и специальных условиях. В наших планах получить патент, устранить барьеры, которые мешают применять его и вернуться к производству и продажам, поскольку шесть заводов ждут от нас композиты», – рассказал глава A.A.C.Polymers.
По данным аналитической компании Strategies Unlimited, мировой рынок теплопроводящих полимерных композитов составляет 2,1 млрд долл. К 2021 году прогнозируется рост до 11 млрд долларов. Компания планирует занять 0,2% мирового рынка.
Сравнение материалов из алюминия и углеродного волокна
Какой материал может заменить алюминий и предложить улучшенную прочность, а также уменьшенный вес?
Возможно ли изготовить компоненты, которые на 50% меньше алюминия, но обладают одинаковой или большей прочностью?
Каковы сильные и слабые стороны этих материалов?
Прочтите эту статью, чтобы узнать больше о сильных и слабых сторонах алюминия и углеродного волокна.
Введение
Углеродное волокно используется в промышленности, где требуется высокая прочность и жесткость по отношению к весу. например, в авиации, автоматизированных машинах, гоночных автомобилях, профессиональных велосипедах, реабилитационном оборудовании.
Благодаря своему уникальному дизайну, углеродное волокно также используется в производстве предметов роскоши, включая часы, кошельки и т. Д. Этот материал делает продукт уникальным в мире роскоши и элегантности и помогает ему быть на шаг впереди конкурентов.
Сила и жесткость компонента углеродного волокна создаются путем позиционирования тканей определенным образом. Это открывает возможности для производителя, но также требует больших знаний и опыта.
В этом исследовании анализируются 10 наиболее важных свойств для инженеров-строителей:
Обратите внимание, что любая ссылка на углеродное волокно и его характеристики в этой статье относится к композиту, изготовленному из углеродного волокна и эпоксидной смолы.
1. Жесткость и прочность материала по отношению к весу
Чтобы объяснить жесткость по отношению к весу, представьте себе плиту шириной 5 см, длиной 50 см и толщиной 2 мм. Когда вы суспендируете вес 5 кг с конца плиты, загрузка приведет к изгибу, а степень изгиба будет соответствовать жесткости. Для разных материалов плита одинаковой толщины будет показывать различные свойства изгиба. Чем жестче материал, тем меньше изгибается. После того, как груз будет удален, плита вернется к исходной форме.
А теперь представьте, что полоса материала подвергается более высокой нагрузке, что приведет к уступанию полосы и после освобождения от загрузки, полоса возобновит свою первоначальную форму. Именно сила делает это возможным. Чем больше сила материала, тем больше нагрузки она займет до того, как последует постоянный доход.
Помимо прочности и жесткости, еще одним важным свойством инженеров-конструкторов является вес элемента, который определяется плотностью.
Жесткость материала измеряется модулем Юнга. Однако этого параметра недостаточно, чтобы определить жесткость материала, не принимая во внимание вес данного элемента.
Эти цифры являются приблизительными только, поскольку на практике инженер-проектировщик задает геометрию для выбранного материала, например, в случае алюминиевой рамы велосипеда чаще всего увеличивается диаметр рамы, а также толщина стенки. В случае рамы велосипеда жесткость и прочность непосредственно связаны с геометрией и толщиной стенки (толщина стенки увеличилась в 2 раза, а жесткость улучшилась примерно в 8 раз).
Сила зависит не только от материала и толщины сечения, но и от его геометрии.
На самом деле существует много разных факторов, но именно отношение жесткости материала к его весу является общим знаменателем и упрощает сравнение и анализ различных материалов.
Углеродное волокно представляет собой материал, который обеспечивает жесткость и прочность при низкой плотности, которая легче алюминия и стали, что обеспечивает много практических преимуществ.
Анализ алюминиевого, стального и двунаправленного углеродного волокна относительно жесткости по отношению к весу и прочности по отношению к весу:
(Удельная прочность)
Единица kN · м / кг
Анализ алюминиевого, стального и однонаправленного углеродного волокна относительно жесткости по отношению к весу и прочности по отношению к весу:
(Удельная прочность)
Единица kN · м / кг
Вышеприведенные данные для листов из углеродного волокна относятся к образцу, изготовленному с использованием технологии эпоксидной смолы (70/30% отношения углеродного волокна к смоле).
Вышеприведенное заявление показывает много преимуществ углеродного волокна, а также элементов, разработанных и изготовленных из углеродного волокна. Ткани с улучшенным и высоким модулем относятся к специальным материалам (к сожалению, очень дорогостоящим), которые обеспечивают характеристики жесткости в 2 раза больше, чем стандартное углеродное волокно, и используются в основном в военных применениях и в аэрокосмической промышленности.
Чтобы интерпретировать результаты, показанные в таблице, представьте, что инженер-конструктор собирается построить прочный и легкий лист из углеродного волокна 1 м 2 с максимальным весом 10 кг, и он рассматривает алюминий, сталь и углеродное волокно.
Стальная плита толщиной около 1,5 мм.
Алюминиевая плита толщиной около 4 мм.
Слой из углеродного волокна толщиной около 7 мм.
Углеродное волокно обеспечивает 2 основных преимущества.
2. Жесткость и прочность материала при той же толщине стенки элемента
Жесткость и прочность при одинаковой толщине стенки: для алюминия, стали и двунаправленного углеродного волокна :
Жесткость и прочность при одинаковой толщине стенки: для алюминия, стали и одностороннего углеродного волокна :
Замена алюминия с углеродным волокном в результате этого водолазного веса Backplate сокращается на 55% (от 700 до 450 грамм).
Компонент из стандартного углеродного волокна такой же толщины, как и алюминиевый, будет обеспечивать на 31% большую жесткость, чем алюминиевый, и в то же время вес на 50% меньше и имеет на 60% больше прочности.
Использование углеродного волокна с более высоким модулем и односторонней тканью может обеспечить x в 4 раза большую жесткость по сравнению с алюминием при одинаковой или улучшенной прочности.
Обратите внимание, что на практике сталь и алюминий имеют предельную прочность ниже, чем указано в таблице. Это связано с тем, что до полного разрушения (расчет предела прочности был основан на этом моменте) металлический элемент подвергнется постоянной деформации (не восстановит его первоначальные размеры).
В приведенном ниже фильме показано сравнение устойчивости к повреждениям приводного вала из углеродного волокна со стальным и описывается процесс разрушения материала:
Что касается интерпретации результатов в таблице, то очевидно, что углеродное волокно с самым высоким модулем обеспечивает чрезвычайную жесткость. Однако сопротивление разрушению уменьшается по мере увеличения жесткости (более высокий модуль).
Используя другой пример, плита из углеродного волокна максимальной жесткости, изготовленная из тканей с самым высоким модулем, будет оказывать меньшую устойчивость к повреждениям. Чем больше компонент усилен тканями с высоким модулем, тем больше он будет подвержен разрушению во время изгиба.
Дальнейший анализ будет проводиться с использованием углеродного волокна стандартного модуля, а композиты, изготовленные из тканей самого высокого модуля, обеспечат возможности благодаря углеродным композитам.
Обратите внимание, что как алюминий, так и углеродное волокно могут использоваться как «гибриды», которые придают компоненту другие рабочие характеристики. В случае алюминия это относится к сплавам наряду с другими металлами, а в случае углеродного волокна относится к одновременному использованию волокон арамида, стекла, базальта или волокон.
3. Вес / плотность материала
Вес очень важен для многих продуктов. Например, уменьшая вес рычага / ловушки автоматизированной тяжелой машины, которая работает со скоростью 10 м / с. позволит увеличить его скорость и продлить ее срок службы. В промышленных масштабах это может привести к увеличению мощности производственных мощностей и значительной экономии.
Другим примером может быть кресло-коляска, где уменьшение его веса облегчает подъем и выход из автомобиля, а также обеспечивает лучший контроль. Это очень заметно в случае гоночных автомобилей Формулы 1, где алюминий заменен углеродным волокном, привело к снижению веса, что имеет решающее значение для этого вида спорта.
Автоматическая ручка KUKA, изготовленная из углеродного волокна, позволяет увеличить рабочую скорость и одновременно уменьшить ее вес, что приводит к снижению нагрузки на подшипники и другие компоненты, подверженные износу.
Автоматическая ручка KUKA, изготовленная из углеродного волокна, позволяет увеличить рабочую скорость и одновременно уменьшить ее вес, что приводит к снижению нагрузки на подшипники и другие компоненты, подверженные износу.
Из сравнения алюминия с углеродным волокном мы знаем, что плотность материала напрямую влияет на его вес.
Один квадратный метр листа углеродного волокна толщиной 6 мм имеет массу:
47,1 кг для стального листа
16,2 кг для алюминиевого листа
8,7 кг для листа из углеродного волокна.
При проектировании изделий и при выборе материала необходимо учитывать жесткость, а также прочность данного материала, как описано в разделах 1 и 2 настоящего исследования. На практике возможности снижения веса компонентов путем замены алюминия на углеродное волокно потребовали дополнительных испытаний и экспериментов. Каждый элемент относится к отдельному случаю уникальной геометрии и параметров. Как правило, можно уменьшить вес на 30-50% за счет использования углеродного волокна.
Автомобиль из углеродного волокна позволил BMW снизить вес модели IS на 300 кг.
BMW запустила производство полных кузовов автомобилей из углеродного волокна для своей модели I3. Корпус из углеродного волокна позволил им уменьшить вес каждого автомобиля на 300 кг. Каждый год компания производит десятки тысяч этих автомобилей. На самом деле больше клиентов интересует эта модель, чем первоначально прогнозировалось BMW.
Снижение веса за счет использования углеродного волокна возможно и выгодно, особенно для продуктов, в которых значительная направленная прочность. В отличие от металлов композиты не демонстрируют одинаковой прочности в любом направлении (неравномерно). Фактически именно во время производственного процесса принимаются решения относительно направления тканей (при использовании однонаправленных тканей) и направления, которое будет иметь наибольшую силу, за счет снижения прочности в других местах. Это решение позволяет еще больше уменьшить вес компонентов углеродного волокна.
4. Обработка / резка
Хотя высококачественные конструкции из углеродного волокна, полученные вакуумным методом (смола инфузия, препрег), могут быть нарезаны резьбой, где требуется много резьбовых соединений, вместо этого используются специальные вставки.
Алюминиевые элементы чаще всего свариваются, заклепываются или со вставками. С углеродным волокном склеивание используется чаще всего, при необходимости усиливая заклепки и вкладыши. Современные эпоксидные клеи обеспечивают прочность сцепления, аналогичную сварке.
При сравнении склеивания со сваркой обратите внимание, что для склеивания требуется простая технология (хотя необходимы ноу-хау и опыт).
Технология склеивания широко используется в авиационной промышленности для снижения веса и, в то же время, снижения расхода топлива.
Однако склеивание имеет некоторые недостатки, включая подготовку поверхности или время, необходимое для склеивания адгезионного покрытия. Во многих случаях компоненты, которые могут подвергаться воздействию (например, в автомобильной аварии), усилены специальными вставками для противодействия внезапной разрывной нагрузке.
Технология связывания будет использоваться чаще из-за разработки более мощных адгезивов и повышения осведомленности о ее преимуществах и возможных возможностях.
5. Тепловое расширение
Каждый материал отображает различные характеристики теплового расширения.
Тепловое расширение связано с изменением размеров материала из-за изменения температуры. Углеродное волокно на практике демонстрирует почти нулевое тепловое расширение и поэтому широко используется в устройствах, включая 3D-сканеры.
Поскольку на практике углеродное волокно демонстрирует почти нулевое тепловое расширение, оно широко используется в устройствах, включая 3D-сканеры.
Инженеры-конструкторы все чаще убеждаются в многочисленных преимуществах, которые предлагает углеродное волокно из-за низкого теплового расширения по сравнению с традиционными материалами, такими как сталь или алюминий. Углеродное волокно демонстрирует экстраординарные параметры в этом отношении и подходит, в частности, для высокоточных элементов, таких как оптические устройства, 3D-сканеры, телескопы и другие, где крайне важно минимальное тепловое расширение.
Углеродное волокно (композит из углеродного волокна и эпоксидной смолы) представляет собой материал с тепловым расширением х в 6 раз меньше, чем алюминий, и более чем в 3 раза меньше, чем сталь.
В приведенной ниже таблице представлен анализ распределения тепла различными материалами с учетом соотношения дюймов / градус по Фаренгейту. Указанные единицы приведены для справки только в отношении различий между материалами.
6. Теплопроводность
Углеродное волокно является идеальным изолятором. На приведенной выше фотографии показан вход для турбины с углеродным волокном.
Теплопроводность в основном зависит от переноса / проводимости энергии из областей высокой температуры в области низкой температуры. Высокая теплопроводность материалов переносит температуру легче, чем материалы с низкой теплопроводностью.
Композит из углеродного волокна и эпоксидной смолы представляет собой материал с теплопроводностью х 40 раз меньше, чем алюминий, и в 10 раз меньше, чем сталь. Поэтому можно предположить, что углеродное волокно является очень хорошим изолятором.
В этой таблице сравнивается теплопроводность различных материалов, включая углеродное волокно (единица измерения W / m *)
| материал | Теплопроводность |
| Углеродно-волокнистый эпоксидный композит | 5-7 |
| Стали | 50 |
| алюминий | 210 |
7. Устойчивость к температуре
Для обеспечения устойчивости к высокой температуре во время производства могут использоваться только материалы, демонстрирующие такое сопротивление, при условии, что композитная выпечка выполняется надлежащим образом в диапазоне температур, подобных желаемому сопротивлению композита. Использование смол, устойчивых к высоким температурам, без дополнительного затвердевания внутри духовки, не обеспечит требуемого сопротивления.
Стандартные эпоксидные композиты из углеродного волокна, которые выдерживают надлежащее сопротивление выпечке до 70-100 ° C (160-210 ° F).
Если для более высокой температуры требуется сопротивление, используются фенольные смолы, и эти композиты имеют мгновенное сопротивление до 500 ° C / 930 ° F.
Хотя такое сопротивление может быть обеспечено для композитов, обратите внимание, что эти специальные материалы являются дорогостоящими и требуют не только закалки в печи при высокой температуре, но и ноу-хау. Поэтому все это приводит к высокой цене за композиты, которые устойчивы к очень высоким температурам.
8. Долгосрочная производительность
Углеродное волокно обладает коррозионной стойкостью, что дает еще одно преимущество по сравнению с алюминием.
Углеродно-эпоксидный композит имеет недостаток, который связан с уменьшенной устойчивостью к УФ-излучению, поэтому композит, подверженный УФ-излучению, должен быть защищен применением верхнего покрытия, что в качестве дополнительного процесса приводит к более высоким издержкам производства.
9. Производственная реализация
Почему углеродное волокно широко не используется в производстве, хотя оно обладает многими преимуществами по сравнению с очень популярным алюминием?
Чаще всего это обусловлено ценой: элементы углеродного волокна стоят больше, чем алюминиевые, потому что углеродное волокно стоит дороже, а производство углеродных продуктов занимает больше времени.
С другой стороны, при сравнении затрат, связанных с реализацией производства алюминия и углеродного волокна, во многих случаях производство элемента углеродного волокна будет дешевле и, что более важно, доступным в случае небольшого пробега, для которого реализация производства алюминиевых элементов не будет рентабельным.
Следующий фильм показывает производство элементов углеродного волокна с использованием технологии препрега.
Наконец, мы должны упомянуть о широко распространенном недоверии о преимуществах и преимуществах углеродного волокна по сравнению с традиционными материалами, включая алюминий или сталь. Мы надеемся, что эта статья дает больше информации о углеродном волокне и о том, что делает этот материал отличным от алюминия, а также какие преимущества возможны за счет замены алюминия углеродным волокном.
10. Резюме
Мы надеемся, что в этом исследовании была представлена дополнительная информация о свойствах углеродного волокна по сравнению с алюминием. Со временем все больше и больше инженеров-конструкторов будут использовать этот материал, поскольку углеродное волокно обладает многими преимуществами, включая легкий вес, практически полное отсутствие тепла, легкую механическую обработку и высокую жесткость.