Способ контроля качества длинномерных полых конструкций из композиционных материалов, например лонжерона лопасти винта вертолета

 

Использование: в машиностроении при изготовлении длинномерных полых конструкций, в частности лонжеронов лопастей вертолетов из полимерных композиционных материалов. Сущность изобретения: для определения качества лонжеронов вместе с каждым из них в пресс-форме размещают образец-свидетель из того же материала, после чего производят их совместную полимеризацию. В качестве образца-свидетеля используют пластину, длина которой равна длине лонжерона, а ширина - ширине одной из сторон лонжерона. Толщина пластины выбрана с учетом установленных требований, предъявляемых к образцу при определении характеристик данного композиционного материала. Пластину размещают в пресс-форме на соответствующей поверхности лонжерона по всей его длине через прокладку, например, из целлофана. После полимеризации по характеристикам материала на различных участках по длине образца-свидетеля судят о качестве лонжерона на соответствующих участках его длины. 2 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления длинномерных полых конструкций, в частности лонжеронов лопастей вертолетов, из полимерных композиционных материалов и предназначено для контроля качества изготовленного изделия.

Процесс изготовления лонжерона лопасти заключается в намотке или выкладке на оправку заготовки из армирующего материала, пропитанного связующим, размещении заготовки в пресc-форме и окончательном формировании изделия методом прессования армирующего материала путем приложения равномерного давления и обеспечения температуры по длине и периметру заготовки для отверждения /полимеризации/ связующего, фиксации опрессованного изделия и получения материала с соответствующими физико-механическими свойствами /1, 2/.

Контроль качества изготовления лонжеронов лопастей из композиционного материала /КМ/ должен обеспечивать высокую надежность их в условиях эксплуатации при заданном ресурсе и календарном сроке службы и включает контроль процесса изготовления изделия качества изготовленного изделия.

Контроль качества изготовленного (полимеризованного) изделия (лонжерона лопасти) может включать определение прочности, степени испытания на специальной контрольной аппаратуре образцов полимеризованного материала, полученных следующими известными способами: вырезание образцов полимеризованного материала из пропусков после распрессовки изделия /выемка из пресс-формы/ /2/, вырезание из образцов-свидетелей, полученных путем прессования в пресс-форме одновременно с изделием /1,3/, вырезание образцов материала непосредственно из одного из изделий /1/.

Во всех случаях из материала вырезаются стандартные образцы по утвержденной схеме для проверки свойства полимеризованного композиционного материала /см. ГОСТ 11262-80/.

Метод выборочного контроля несовершенен, поскольку наличие в партии хотя бы одного некондиционного изделия должно в идеале вести к бракованию всей партии, качество которой он подтверждает и в авиационном производстве может применяться только при хорошо отлаженным процессе.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ контроля качества длинномерных полых конструкций из композиционных материалов, например, лонжерона лопасти винта вертолета, заключающийся в размещении в пресс-форме вместе с каждым лонжероном образца-свидетеля из того же материала и после их совместной полимеризации использовании образца-свидетеля для определения требуемых характеристик материала, по которым судят о качестве лонжерона /3/.

Основной недостаток известного способа обусловлен длинномерностью конструкции лонжерона и связанной с этим возможной неоднородностью материала изделия по его длине, а вследствие этого несоответствием качества полимеризованного композиционного материала /ПМК/ образца-свидетеля качеству ПМК изделия на некоторых участках по его длине.

Опыт изготовления изделий из ПКМ длиной более 1,5 м показывает, что избыток связующего в сыром, неполимеризованном материале (на 2-4% больше, чем в полимеризованном), обладающего высокой текучестью при достижении верхней точки температурного режима (160-180^oC), перемещается при подаче давления из средних участков изделия к его концам. Например, при требовании содержания связующего в материале лонжерона после полимеризации не ниже 24-26% в реальном изделии на концевых участках лонжерона этот процент составляет 28-30% и пластик в этой зоне обладает высокими прочностными качествами, а в средней части только 20-22% т.е. не соответствует паспортным данным на материал. Образец-свидетель длиной всего 1000 м имеет равномерные свойства материала по всей длине и не отражает истинной картины по прочности ПКМ изделия.

Изобретение направлено на повышение надежности контроля качества длинномерных полых конструкций из композиционного материала, благодаря возможности определять характеристики ПКМ, соответствующие любому месту по длине изделия.

Сущность способа контроля качества длинномерных полых конструкций из композиционных материалов, например лонжерона лопасти винта вертолета, заключающегося в размещении в пресс-форме вместе с каждым лонжероном образца-свидетеля из того же материала и использовании после их совместной полимеризации образца-свидетеля для определения требуемых характеристик материала, по которым судят о качестве лонжерона, состоит в том, что используют образец-свидетель в форме пластины, длина которой равна длине лонжерона, ширина ширине одной из поверхностей лонжерона, а толщина - соответствует установленным требованиям, предъявляемым к образцам при определении характеристик данного материала, которую размещают в пресс-форме на соответствующую поверхность лонжерона по всей его длине через прокладку, например через прокладку из целлофана, а после полимеризации по характеристикам материала на различных участках по длине пластины-свидетеля судят о качестве лонжерона на соответствующих по его длине участках.

Выполненный таким образом образец-свидетель позволяет получить достоверные характеристики ПКМ, отражающие изменения их к краям длинномерного изделия, что положительно отразится на надежности лонжерона. Изготовление образца-свидетеля с толщиной, определяемой требованиями к механическим и другим испытаниям образца материал, в частности, ГОСТ"ами, значительно сократит: расход на изготовление образцов-свидетелей в известном способе, особенно с учетом сплошного контроля изделий; расход материалов на удлинение пресс-формы и затрат электроэнергии.

Установка заготовки образца-свидетеля в виде пластины и отделение ее после распрессовки весьма просты.

На фиг.1 изображены изделие и образец-свидетель в пресс-форме; на фиг.2 то же, сечение А-А фиг.1.

Способ контроля качества лонжерона лопасти вертолета осуществляют следующим образом. На выложенную в прессформу 1 заготовку лонжерона 2 через разделительную прокладку 3, выполненную, например, из полиэтилена или целлофана, размещают заготовку образца-свидетеля в виде пластины 4. Заготовки выполнены из одного и того же композиционного материала, что и само изделие, например из нескольких слоев стеклоткани Т-10-80, пропитанного связующим ЭДТ-10П. Длина и ширина пластины заготовки образца-свидетеля совпадает с размерами поверхности лонжерона, на которую выложена заготовка. При этом толщина пластины равна 1-3 мм, что способствует требованиям ГОСТ"а 11262-80 на стандартные образцы ПКМ при их механических испытаниях. Материал и толщина прокладки 3 из целлофана или полиэтилена выбраны из соображений неспекания заготовок и образцов-свидетелей при их одновременной полимеризации.

При формировании ПКМ присутствуют два фактора: температура и давление. Температура обеспечивается нагревателями, вмонтированными в пресс-форму по ее длине и периметру. Давление обеспечивается за счет того, что перед намоткой или выкладкой изделия на оправку, и на эту оправку надевают герметичный мешок (или устанавливают на каждую поверхность оправки отдельный герметичный мешок), в который в процессе полимеризации подается давление, растягивающее изделие от оправки в направлении пресс-формы.

После окончания процесса полимеризации изделия и образца-свидетеля снимают последовательно крышку пресс-формы, пластину 4 образца-свидетеля, разделительную прокладку 3 и вынимают лонжерон 2.

Так как формование лонжерона 2 и образца-свидетеля 4 происходило в одних и тех же условиях, то образцы ПКМ, вырезанные из любого участка пластины образца-свидетеля, дадут точные данные о механических свойствах лонжерона на соответствующем участке. Причем толщина образца ПКМ, вырезанного из пластины образца-свидетеля, соответствует стандартным образцам для проверки механических свойств деталей изделий из ПКМ.

Применение образца-свидетеля в виде пластины, в процессе полимеризации примыкающей непосредственно через прокладку к поверхности изделия по всей длине длинномерной конструкции, дает возможность с высокой точностью контролировать качество изделия из ПКМ по всей его длине. Способ не требует изготовления дорогостоящих образцов-свидетелей, а также удлинения пресс-формы под образцы-свидетели, как имеет место в известном способе, исключает необходимость периодического разрушения самих изделий для выборочного контроля, как это происходит при выборочном контроле, а главное, повышается надежность лопасти в процессе эксплуатации.

Указанный способ контроля применим и для автоклавного формования материалов, где герметичный мешок надевается не на оправку, а уже на намотанное (или уложенное) изделие, и давление обеспечивается на изделие извне в сторону оправки.

Для лонжеронов лопастей несущих или рулевых винтов вертолетов наиболее приемлемым является размещение пластины, образца-свидетеля на их задней стенке, которая всегда прямая и дает возможность установить пластину и разделительную прокладку в тот момент, когда лонжерон уже уложен в пресс-форму.

Формула изобретения

Способ контроля качества длинномерных полых конструкций из композиционных материалов, например лонжерона лопасти винта вертолета, заключающийся в размещении в пресс-форме вместе с каждым лонжероном образца-свидетеля из того же материала и использовании после их совместной полимеризации образца-свидетеля для определения требуемых характеристик материала, по которым судят о качестве лонжерона, отличающийся тем, что используют образец-свидетель в форме пластины, длина которой равна длине лонжерона, ширина ширине одной из сторон лонжерона, а толщина выбрана с учетом установленных требований, предъявляемых к образцу при определении характеристик данного композиционного материала, при полимеризации образец-свидетель размещают в пресс-форме на соответствующей поверхности лонжерона по всей его длине через прокладку, например, из целлофана, а после полимеризации по характеристикам материала на различных участках по длине образца-свидетеля судят о качестве лонжерона на соответствующих участках по его длине.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2