perjantai 20. lokakuuta 2017

Komposiittiosien valmistus alipainetekniikalla

Kopioin tämän jutun kuten muunkin lujitemuoviasian MMAF:n dokumenttiarkistosta. Kyseiset sivut ovat jääneet jossain määrin sivuraiteelle joten päädyin siirtämään ja päivittämään artikkelit blogiini.
 
Hiilikuitulokarin valmistus käytännössä.
Edellisessä jutussani käsiteltiin komposiitti- ja muovimateriaaleja moottoripyöräkäytössä. Siinä selvitin yleiset periaatteet yksinkertaisen kuorirakenteen valmistuksesta ja työturvallisuudesta. Sen lukeminen ensin on välttämätöntä alla olevan ymmärtämiseksi jos ei sitten omaa alan ammattitietoa ennestään.

Materiaalin ei välttämättä tarvitse olla epoksia ja hiilikuitua vaan asian olisi voinut suorittaa paljon halvemmalla tekemällä se polyesterihartsista ja lasikuidusta. Silloin osat olisi pitänyt maalata lakkauksen sijasta.

Esimerkkinä käytän CliMax 1200 pyörän etulokarin valmistusta. Aivan kaikista vaiheista ei valitettavasti ole kuvia koska työnjohtajana, työntekijänä ja valokuvaajana toimi sama henkilö.

Pyörä on alkuperältään Yamaha V-Max jostain 90-luvulta jota on sittemmin piristetty ahtimella ja ilokaasulla. Myös rakenteita on muokattu jonkin verran. Osan muutoksista voi päätellä kuvista. Tehoa on rapiat 200 hevosvoimaa. Pyörä on edelleenkin omistajallaan viimeisessä kuvassa näkyvässä kuosissaan.

Kuva 1 antaa lähtökohdan. Yksipuoleisen etuhaarukkaratkaisun vuoksi ei perinteinen lokasuoja tule kysymykseen eikä 200 mm:ä leveään eturenkaaseen sellaista helposti löydy. Lisäksi yhden jarrulevyn ja kahden nelimäntäisen puristimen tuottama lämpö jarrulevystä ja –satuloista pitää johtaa pois, päädyttiin integroimaan lokasuojaan myös ilmanohjain jarrulle.

Kuva 1. Lähtökohta suunnittelulle ja valmistukselle.

Kuva 2. Päätettiin tehdä lokarin malli suoraan vanteen ja renkaan päälle. Samalla suoritettiin päätelmät tarvittavista materiaalimääristä ja rakenteen muodosta. Muoto antaa paremmin lujuutta komposiittiratkaisussa kuin materiaalin paksuus. Vanne suojattiin vanerilevyllä, muovikelmulla ja maalarinteipillä liki kauttaaltaan.

Kuva 2. Mallin valmistuksen tukirakenne ja hahmottelua.

Kuvat 3 ja 4. Muotoa haettiin karkeasti puupalojen ja tavallisen seinätasoitteen avulla. Hiotun tasoitteen päälle levitettiin autopakkelia, hiottiin sekin muotoonsa ja maalattiin. Maalin kuivuttua malli vahattiin useaan kertaan monen päivän aikana.

Kuva 3. Seinätasoitteen levitys.

Kuva 4. Muotoa haetaan tasoitteen avulla.

Tasoitteen on annettava kuivua perusteellisesti. Jos tulee kuivumishalkeamia niin täytetään tasoitteella. Hionta tarkkaan muotoon ja viimeistely autopakkelilla joka antaa tarkat muodot sekä on pohjana kaksikomponenttiselle maalille. Mallin pitää näyttää muodoiltaan aivan kuin osa olisi jo valmis. Jälkeenpäin korjauksia on vaikea tehdä.

Kuva 5. Mallin päälle laminoitiin kauttaaltaan vähintään kolme kerrosta katkokuitumattoa (lasikuitua rautakauppamoodissa) ja polyesterihartsia. Pintaan vielä nailonkangas silottamaan.

Kuva 5. Muottiaihio laminoituna mallin päälle.

Kuvassa näkyy muotin muotoja jäykisteiden osalta. Muotissa pitää olla riittävästi työvaraa että lopullisessa tuotteessa on mahdollista tehdä vielä hieman hienosäätöä muodon suhteen. Lisäalaa 10 - 20%.

Seuraavista vaiheista ei ole kuvia. Muotti irrotettiin parin päivän kuluttua mallista, jälkikovetus korotetussa lämpötilassa, reunat viimeisteltiin ja muottipinta vahattiin. Vahan kovetuttua laminoitiin hiilikuitukankaat muotin pintaan ja suoritettiin alipainesäkitys.

Kuva 6. Alipainesäkitys.

Kuva 6. Työn tilaajan vanha T-paita sai hoitaa imukankaan virkaa alipainesäkitysvaiheessa. Paita on harmaa mutta vielä sulana virtaava ylimääräinen hartsi saa sen näyttämään mustalta. 
Rakenteen järjestys: muotti, epoksihartsi ja hiilikuitu, karhennuskangas, perforoitu muovikalvo, imumateriaali ja säkityskalvo ympäriinsä. Painetta säkissä noin 0,2 baaria eli vallitsevan ilmanpaineen puristuspaine noin 0,8 baaria.
Alipainepumppu oli käynnissä seuraavaan iltapäivään asti jolloin säkitys purettiin mutta kappaletta ei vielä irrotettu muotista. Kovettamista jatkettiin korotetussa lämpötilassa usean eri päivän aikana. Vain osittain kovettuneen hiilikuitulaminaatin leikkaus on erittäin vaikeaa ja saattaa syntyä myös delaminaatiota.

Kuva 7. Lokasuoja-aihion leikkauksen suunnittelua.

Muistan tehneeni ensimmäisen muotin tähän pyörään kesällä 2002. Että ei mikään kovin ripeä projekti. Pääosa komposiittirakenteista valmistettiin alkukesällä 2007 kun oli sopivan lämpimät säät ja jälkikovetus onnistui auringonpaisteessa tallin seinustalla. Työnjohdosta huolehti allekirjoittanut, työn tilaaja hikoili rahoituksen, materiaalihankinnan, kuljetuksien, palikoiden ja kokoonpanon kanssa. Sepi ja Teemu lakkasivat osat. JL Meccanica hoiti metallintyöstön ja vaativan metallirakennesuunnittelun.
Kuva 8. Lokasuoja on leikattu muotoonsa ja ilmanohjain kiinnitetty. Kaikille kiinnityskohteille on tehty reiät ja muodot. Valmis vietäväksi maalarille lakattavaksi kaksikomponenttisella uv-suojalakalla.

 Kuva 8.

Kuvat 9 ja 10. Lokasuoja lakattuna ja paikoillaan. Huomaa toispuoleisen muotoilun liioittelu leikkauksissa. Lokasuojan etu- ja takapää ovat eri linjassa kuin renkaan keskilinja. Edessä ja takana enemmän vasemmalla.

Kuva 9.

Kuva 10.

Osia oli lukuisia tehtäväksi kuten alla olevasta kuvasta voi päätellä. Jokaiseen osaan oli tehtävä malli, muotti ja sitä kautta varsinainen osakin. Hiilikuidusta on puristettu liki kaikki mahdollinen hartsi pois. Yhteensä kateosien paino on vain pari kiloa. Satulan pohja on lasikuitua. Valmistus omaa tuotantoani.
"Tankin" kohdalle tehty korotus on ilmansuodatinta varten. Mekaaninen ahdin lisäsi moottorin korkeutta merkittävästi.
Kuva 11. Likimain valmis pyörä Helsingin Messukeskuksessa helmikuussa 2008.

Kuva 11.

Aika kulkee lähinnä vain yhteen suuntaan mutta tämän, voisiko sanoa, silloisen näytetyön, jälkeen on tapahtunut kehitystä tekniikan suhteen. Kuorirakenteiden ohella on tullut opittua myös kantavien rakenteiden valmistusta. 

Komposiittirakenne mahdollistaa sen korjauksen lujuuden kärsimättä kunhan se tehdään oikein. Se taas on oma "taiteenlajinsa". Siitä joskus myöhemmin.

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti