Fabrication et traitement de pièces en fibre de carbone

2025-09-09 09:57:41

Les composites en fibre de carbone, avec leur rapport résistance/poids exceptionnel et leur liberté de conception, remodèlent le paysage de fabrication des composants industriels modernes. Cet article se penchera sur les six étapes principales de fabrication des composants en fibre de carbone, révélant les secrets de la création de produits composites haut de gamme.

1. Découpe de préimprégnés : la précision commence

La fabrication de composants en fibre de carbone commence généralement par le préimprégné. Les préimprégnés sont divisés en deux types : thermodurcissables et thermoplastiques. Les préimprégnés thermodurcissables nécessitent un stockage à basse température et doivent être retirés de l'entrepôt frigorifique et réfrigérés avant utilisation ; les préimprégnés thermoplastiques, en revanche, peuvent être utilisés directement. Parmi les deux types de fibres de carbone, la fibre thermodurcissable est la plus utilisée. Cet article se concentre sur les produits en fibre de carbone thermodurcissables. Sur la base des dessins de conception, ces préimprégnés sont découpés à l'aide d'un système de découpe pour adapter précisément la forme et la taille souhaitées, avec des tolérances de ± 0,1 mm. Cela garantit la précision des contours des composants complexes et les prépare pour un traitement ultérieur.

2. Conception de layup : méticuleusement conçue couche par couche

Chaque composant possède sa propre configuration d'outillage unique, qui détermine la manière dont le préimprégné est posé. La conception de la superposition est cruciale car elle a un impact direct sur les performances du produit final. Sur la base des exigences de performance réelles du produit, les ingénieurs utilisent l'analyse par éléments finis pour procéder à l'ingénierie inverse du plan de superposition, déterminant l'orientation et le nombre de couches pour garantir la résistance et la stabilité structurelles. Ce processus prend du temps, mais chaque détail doit être rigoureusement contrôlé pour garantir la haute qualité du produit final. La technologie de superposition en dégradé est mise en œuvre dans les zones porteuses clés, permettant au nombre de couches locales d'atteindre plus de 80, améliorant considérablement l'efficacité portante de la structure.

3. Processus de moulage : créer la forme parfaite

Le moulage est une étape clé dans la transformation du préimprégné en un composant fini. Les méthodes de moulage courantes comprennent le moulage par compression à haute température et le moulage en autoclave. Le choix dépend des exigences spécifiques du composant, telles que la complexité structurelle, les normes de performance et le budget. Le moulage par compression à haute température convient mieux aux petits composants complexes, tandis que le moulage en autoclave convient mieux aux grands composants monolithiques. Grâce à ces processus de moulage, l’ébauche initiale du composant en fibre de carbone est créée, mais ce n’est que la première étape.

4. Usinage de précision : recherche de l'excellence

Après le formage, le flan nécessite une finition supplémentaire pour répondre aux exigences de conception finale. Cette étape comprend la découpe et le perçage CNC pour garantir la précision des composants et les exigences d'assemblage. En raison des propriétés uniques de la fibre de carbone, le processus d'usinage nécessite une attention particulière à la sélection des outils et à l'ajustement des paramètres de fonctionnement afin d'éviter des problèmes tels que l'arrachement des fibres et la séparation de la matrice. Par exemple, les outils diamantés sont utilisés avec une technologie de lubrification minimale, les vitesses de broche atteignent 20 000 tr/min et les vitesses d'avance sont optimisées à 800 mm/min. Cela permet d'obtenir une précision d'usinage de IT7 et une rugosité de surface Ra ≤ 0,8 μm.

5. Traitement de surface : amélioration de l’apparence et de la fonctionnalité

Après finition, les pièces en fibre de carbone subissent un traitement de surface. La plupart des produits fabriqués par Zhishang New Materials sont soumis à un processus de revêtement en trois étapes, que nous appelons système de revêtement en trois étapes. Tout d'abord, les pièces sont nettoyées et l'agent de démoulage retiré. Ensuite, un apprêt est appliqué pour améliorer l'adhérence. Une couche intermédiaire de peinture colorée ou des exigences fonctionnelles sont appliquées. Par exemple, des rouleaux de pièces polaires en fibre de carbone conducteurs/résistants à l'usure sont nécessaires à cette étape. Enfin, une troisième couche de finition est appliquée pour rehausser l'esthétique du produit. Par exemple, la surface d'un bras de robot en fibre de carbone doit obtenir une finition semblable à un miroir, ce qui est obtenu lors de la troisième couche de finition.

6. Inspection qualité : contrôle qualité rigoureux

Cette étape implique une inspection qualité rigoureuse des produits finis. Les méthodes comprennent la tomodensitométrie industrielle pour détecter les défauts internes, la mesure de coordonnées tridimensionnelles des dimensions clés et les tests de fatigue pour simuler les conditions de service afin de vérifier la précision dimensionnelle, la qualité de l'apparence et les performances réelles. Seuls les échantillons qui réussissent toutes les inspections sont approuvés pour la production de masse. Les tests sur site sont également essentiels, notamment pendant la phase de vérification, pour garantir que chaque composant répond aux exigences de l'utilisateur final.

À mesure que le développement industriel s’accélère, les composants en fibre de carbone évoluent vers une plus grande intégration et fonctionnalité. Ce n'est qu'en établissant une plate-forme d'innovation collaborative pour les matériaux, les processus et les équipements et en réalisant des percées dans des technologies clés telles que le moulage en une étape de composants complexes et la détection en ligne intelligente que nous pourrons mieux promouvoir les avantages d'application des pièces industrielles en fibre de carbone et injecter un nouvel élan dans la fabrication d'équipements haut de gamme.