Способ изготовления деталей из композиционных материалов



Способ изготовления деталей из композиционных материалов
Способ изготовления деталей из композиционных материалов

Владельцы патента RU 2708417:

Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов (КМ), а именно оболочек вращения для силовых конструкций. Способ изготовления деталей из композиционных материалов включает изготовление ленты из полос пропитанной связующим угольной ткани, сшивая внахлест концы полос ткани между собой, и намотку ленты с натягом на жесткую формообразующую оправку с воздействием температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку. При намотке на оправку перед прохождением каждого участка ленты со сшитыми внахлест концами полос ткани через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, после прохождения указанного участка ленты через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты возобновляют. Технический результат заключается в получении требуемой однородной и монолитной структуры материала оболочек вращения без местных не сплошностей и искривлений слоев материала. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в повышении качества изготовления из КМ деталей для силовых конструкций за счет улучшения структуры материала и в повышении прочности конструкций. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек вращения для силовых конструкций.

При изготовлении оболочек из композиционных материалов (КМ) осуществляют кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим ленты материала на оправку, конфигурация наружной поверхности которой соответствует конфигурации внутренней поверхности оболочки.

Известен способ изготовления деталей из композиционных материалов, включающий намотку пропитанной связующим ленты на жесткую формообразующую оправку (см. И.М. Буланов, В.В. Воробей. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998 г. - стр. 446-449).

Известный способ позволяет изготавливать высокопрочные конусообразные оболочки вращения, толщина стенки которых практически не меняется по длине детали.

Однако применение этого способа показало, что он не позволяет получить требуемую монолитную структуру материала детали, без расслоений и вспучиваний по толщине и длине намотанного пакета.

Установлено, что наличие расслоений и вспучиваний материала обусловлено недостаточно плотным контактом между слоями ленты в процессе намотки пакета композиционного материала, из-за недостаточно высокой деформативности наматываемой ленты.

Известен также способ изготовления деталей из композиционных материалов, включающий намотку пропитанной связующим ленты на жесткую формообразующую оправку с нагревом ленты под воздействием температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку (см. патент РФ №2412051), являющийся наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению.

Ленту изготавливают из полос пропитанной связующим угольной ткани, сшивая внахлест концы полос ткани между собой.

Намотку ленты осуществляют с воздействием температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку.

В известном способе воздействие температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку позволяет уменьшить вязкость связующего и увеличить деформативность ленты, и тем самым обеспечить при намотке плотный контакт между слоями наматываемого пакета композиционного материала.

Однако после препарации деталей при контрольно-выборочных испытаниях было обнаружено, что в структуре материала имеются местные несплошности и искривления слоев, неравномерно расположенные по толщине и длине намотанного пакета, что ухудшает структуру материала, соответственно снижает качество изготовления и является недопустимым для деталей особо ответственных силовых конструкций, так как возможна потеря прочности при силовом нагружении конструкции.

Выяснено, что недостаточно качественная структура материала связана с состоянием ленты в момент намотки на оправку.

Выявлено, что на участке ленты со сшитыми внахлест концами полос ткани перед намоткой на оправку происходит сужение и коробление ленты, которое и приводит при намотке к местным несплошностям и искривлениям слоев материала.

Установлено, что сужение и коробление ленты обусловлено деформацией ленты из-за температурного воздействия на поверхность ленты в зоне нахлеста полос ткани, обладающей меньшей прочностью, по сравнению с остальной поверхностью ленты, из-за наличия ослабляющих отверстий под нить, сшивающую полосы ткани.

При этом не исключается возможность обрыва ленты в зонах сшивки полос ткани из-за подгорания сшивающих нитей под действием на них температуры.

Таким образом, известные способы не позволяют получить качественную однородную и монолитную структуру материала без местных несплошностей и искривлений слоев материала, что приводит к снижению качества изготовления оболочек вращения.

Технической проблемой изобретения является обеспечение качественного изготовления оболочек вращения за счет усовершенствования технологического процесса.

Технический результат заключается в получении требуемой однородной и монолитной структуры материала оболочек вращения без местных несплошностей и искривлений слоев материала.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления деталей из композиционных материалов, включающем изготовление ленты из полос пропитанной связующим угольной ткани, сшивая внахлест концы полос ткани между собой, и намотку ленты на жесткую формообразующую оправку с воздействием температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку, при намотке на оправку перед прохождением каждого участка ленты со сшитыми концами полос ткани через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, после прохождения указанного участка ленты через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты возобновляют.

Температурное воздействие на поверхность ленты осуществляют при помощи обогревающих плит.

Температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, размыкая обогревающие плиты.

Намотку осуществляют с воздействием на поверхность ленты температуры 50-70°С.

Температурное воздействие на поверхность ленты осуществляют в локальной зоне, длиной 400-500 мм.

Температурное воздействие на поверхность ленты не осуществляют на участке, длиной 180-200 мм.

Воздействие температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку позволяет уменьшить вязкость связующего и увеличить деформативность ленты, что необходимо для обеспечения при намотке плотного контакта между слоями наматываемого пакета композиционного материала.

Прерывание температурного воздействия на поверхность ленты позволяет исключить сужение и коробление ленты на участках со сшитыми концами полос ткани, ослабленных наличием отверстий под нить, сшивающую полосы ткани, а также исключить возможность обрыва ленты в зонах сшивки полос ткани из-за подгорания сшивающих нитей под действием на них температуры.

Возобновление температурного воздействия на поверхность ленты после прохождения при намотке участка ленты со сшитыми концами полос ткани через локальную зону температурного воздействия позволяет продолжить процесс уменьшения вязкости связующего и увеличения деформативности ленты на участках между нахлестами полос ткани.

Осуществление температурного воздействия на поверхность ленты при помощи обогревающих плит, размещенных с обеих сторон ленты, позволяет наиболее просто и качественно осуществлять двустороннее температурное воздействие на поверхность ленты.

Прерывание температурного воздействия на поверхность ленты, временно размыкая обогревающие плиты, позволяет исключить в процессе намотки ленты необходимость частого включения и выключения ламп нагрева обогревающих плит, что положительно сказывается на их работоспособности.

Осуществление намотки с воздействием на поверхность ленты температуры 50-70°С является оптимальным для достижения достаточного уменьшения вязкости связующего и требуемого увеличения деформативности ленты на участках между нахлестами полос ткани.

Осуществление температурного воздействия на поверхность ленты в локальной зоне, длиной 400-500 мм, является оптимальным с точки зрения исключения чрезмерного увеличения габаритов обогревающих плит.

Длина участка 180-200 мм, на котором не осуществляется температурное воздействие на поверхность ленты, является достаточной для гарантированного исключения возможности местного сужения и коробления ленты.

Данная последовательность операций позволяет получить требуемую структуру материала и тем самым обеспечить технический результат.

Структура материала деталей, изготовленных по данному способу, является оптимальной с точки зрения обеспечения требуемой прочности.

На чертеже показана схема нанесения композиционного материала на оправку.

Изготовление деталей из КМ предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Угольную ткань марки УРАЛ-Т-22Р пропитывают термореактивным связующим, марки СФ-010 в пропиточной машине и наматывают на гильзы в рулоны.

Пропитанную ткань разрезают по направлению основы на полосы, шириной 90,0-130,0 мм, из которых изготавливают ленту требуемой длины.

При изготовлении ленты наматывают на кассету конец первой полосы ткани, к которой подшивают вторую полосу ткани и так далее.

Полосы ткани сшивают между собой хлопчатобумажной нитью в два сложения, соединяя внахлест концы полос ткани.

Ширина нахлеста должна составлять 180-200 мм, при этом в краях лент, уложенных друг на друга и на резиновую подложку, прокалывают шилом отверстия под иглу, диаметром 2,5-3,0 мм.

Проводят монтаж жесткой формообразующей конусообразной оправки 1, выполненной в виде оболочки вращения переменного диаметра, при этом устанавливают на оправку 1 и скрепляют с ней крышку 2 и фланец 3.

Устанавливают кассету с лентой в намоточный станок и заправляют ленту в натяжитель намоточного станка.

За натяжителем ленты намоточного станка, непосредственно перед оправкой 1, с обеих сторон ленты устанавливают две содержащие лампы нагрева поворотные обогревающие плиты, обеспечивающие воздействие на поверхность ленты температуры 50-70°С с двух сторон в локальной зоне, длиной 400-500 мм (не показано).

Закрепляют конец ленты на оправке 1 у крышки 3 и осуществляют 2-3 оборота оправки 1 без подачи суппорта намоточного станка, для надежного закрепления ленты на оправке 1.

Затем производят намотку ленты на оправку 1, обеспечивая требуемую скорость вращения оправки (3,0-5,0 оборотов в минуту) и усилие натяжения (60,0-125 кгс) ленты, выходящей из натяжителя намоточного станка.

Намотку ленты осуществляют с переменным шагом намотки 4,0-4,5 мм на оборот оправки, выбираемым в зависимости от угла конусности оправки.

Переменность шага намотки обеспечивается соответствующей подачей суппорта намоточного станка вдоль оправки 1 по направлению намотки.

После выхода ленты из натяжителя намоточного станка, непосредственно перед нанесением ленты на оправку, при помощи обогревающих плит осуществляют воздействие на поверхность ленты температуры 50-70°С с двух сторон в локальной зоне, длиной 400-500 мм, смыкая обогревающие плиты.

Намотка всех зон заготовки лентой производится с включенными плитами обогрева.

Перед прохождением каждого участка ленты со сшитыми концами полос ткани, длиной 180-200 мм, через локальную зону нагрева температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, размыкая обогревающие плиты.

После прохождения указанного участка ленты со сшитыми концами полос ткани через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты возобновляют, смыкая обогревающие плиты.

Во время остановки вращения оправки или обрыва ленты температурное воздействие обогревающих плит автоматически отключается.

Не позднее чем через 24 часа после окончания намотки осуществляют режим отверждения заготовки 4, для чего помещают оправку 1 с заготовкой 4 в гидроклав с эластичной диафрагмой.

Отверждение производят под воздействием требуемой температуры, вакуума и давления рабочей среды в пределах 37-47 кгс/см2.

Использование изобретения позволяет повысить качество изготовления из КМ деталей для силовых конструкций за счет улучшения структуры материала и повышения прочности, что подтверждено при практическом применении предлагаемого способа.

1. Способ изготовления деталей из композиционных материалов, включающий изготовление ленты из полос пропитанной связующим угольной ткани, сшивая внахлест концы полос ткани между собой, и намотку ленты с натягом на жесткую формообразующую оправку с воздействием температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку, отличающийся тем, что при намотке на оправку перед прохождением каждого участка ленты со сшитыми внахлест концами полос ткани через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, после прохождения указанного участка ленты через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты возобновляют.

2. Способ изготовления деталей из композиционных материалов по п. 1, отличающийся тем, что температурное воздействие на поверхность ленты осуществляют при помощи обогревающих плит.

3. Способ изготовления деталей из композиционных материалов по п. 2, отличающийся тем, что температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, размыкая обогревающие плиты.

4. Способ изготовления деталей из композиционных материалов по п. 1, отличающийся тем, что намотку осуществляют с воздействием на поверхность ленты температуры 50-70°С.

5. Способ изготовления деталей из композиционных материалов по п. 1, отличающийся тем, что температурное воздействие на поверхность ленты осуществляют в локальной зоне длиной 400-500 мм.

6. Способ изготовления деталей из композиционных материалов по п. 1, отличающийся тем, что температурное воздействие на поверхность ленты не осуществляют на участке длиной 180-200 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления изделий из композиционных материалов с наполнителями и может быть использовано при производстве и изготовлении изделий из композиционных материалов посредством прессования.

Изобретение относится к технологии производства композиционных изделий из углепластика и стеклопластика методом термоштампования, а именно к автоматизированному процессу изготовления изделий из армированных композитов с термопластичным связующим материалом, и предназначено для использования в процессе производства изделий для авиационной, судовой, автомобильной и строительной отраслей, а также спортивного инвентаря.

Предложены системы, способы и устройство для управления потоком материала через компонент транспортного средства. В некоторых вариантах реализации устройство может содержать множество разделительных слоев, каждый разделительный слой из множества разделительных слоев имеет контур, причем по меньшей мере одно пространство между по меньшей мере некоторыми из множества разделительных слоев определяет по меньшей мере один путь потока.

Изобретение относится к способу пропитки волокнистой структуры полой формы. Техническим результатом является упрощение распределения частиц внутри структуры.

Изобретение относится к волокнистой заготовке лопатки газотурбинного двигателя, а также к моноблочной лопатке, полученной посредством такой заготовки, лопаточному колесу и газотурбинному двигателю, содержащим такую лопатку.

Способ изготовления каскадной решетчатой панели для реверсора тяги реактивного двигателя включает обеспечение наличия множества термопластических лопаток и множества термопластических силовых планок.

Изобретение относится к устройству для формования армированных волокнами композиционных элементов. Описано устройство для формования армированных волокнами композиционных элементов, включающее: первую форму, имеющую полость, которая приводится в контакт с препрегом, выполненным из тканого волокнистого полотна, пропитанного смолой, вторую форму, которая, в состоянии смыкания форм, прижимает ламинированные листы препрега к полости первой формы, и нагревательную систему для нагревания смолы в препреге через первую форму и вторую форму, и выполненное с возможностью формования армированного волокнами композиционного элемента из ламинированных листов препрега посредством приложения давления в процессе нагревания смолы в препреге между первой формой и второй формой с помощью нагревательной системы, причем первая форма снабжена предотвращающей теплоотвод из полости частью, которая предотвращает теплоотвод к окружению полости в процессе нагревания смолы в препреге, вторая форма имеет сердцевину, которая в состоянии смыкания форм взаимодействует с полостью в первой форме, в результате чего ламинированные листы препрега прижимаются к полости, и снабжена предотвращающей теплоотвод из сердцевины частью, которая предотвращает теплоотвод к окружению сердцевины в процессе нагревания смолы в препреге, и полость в первой форме, а также сердцевина второй формы имеют формовочную поверхность, разделенную на множество областей, первая форма, а также вторая форма имеют множество нагревательных ячеек, соответствующих множеству областей и открытых на стороне, противоположной формовочной поверхности, внутри каждой нагревательной ячейки расположен нагреватель, предотвращающая теплоотвод из полости часть содержит предотвращающие теплоотвод ячейки, образованные в первой форме и окружающие множество нагревательных ячеек и нагревателей, расположенных внутри предотвращающих теплоотвод ячеек, и предотвращающая теплоотвод из сердцевины часть содержит предотвращающие теплоотвод ячейки, образованные во второй форме и окружающие множество нагревательных ячеек и нагревателей, расположенных внутри предотвращающих теплоотвод ячеек.

Изобретение относится к устройству 1 для формования композитного элемента с волоконным армированием. Устройство содержит пару полуформ 2, 3 для зажимания многослойного препрега Р, или наложенных один на другой листов препрега, состоящих из длинных углеродных волокон, пропитанных смолой, катушки 8 для индукционного нагрева, предназначенные для нагрева термопластичной смолы, содержащейся в препреге, через полуформы 2, 3, и каналы 9 охлаждения.

Устройство и способ относятся к области формованных композитных изделий, армированных волокном, Устройство 1 формования армированного волокном композитного элемента содержит нижнюю пресс-форму 2 с полостью 21, верхнюю пресс-форму 3 с формовочным стержнем 31 для зажатия многослойного препрега P в полость 21 и патронные нагреватели 4 для нагрева многослойного препрега P через нижнюю пресс-форму 2 и верхнюю пресс-форму 3, а также каналы 5 для охлаждающего носителя для охлаждения многослойного препрега P через нижнюю пресс-форму 2 и верхнюю пресс-форму 3.

Изобретение относится к способу изготовления панели. Согласно способу обеспечивают первый слой термопластичного материала.

Предложены системы, способы и устройство для управления потоком материала через компонент транспортного средства. В некоторых вариантах реализации устройство может содержать множество разделительных слоев, каждый разделительный слой из множества разделительных слоев имеет контур, причем по меньшей мере одно пространство между по меньшей мере некоторыми из множества разделительных слоев определяет по меньшей мере один путь потока.

Предложены системы, способы и устройство для управления потоком материала через компонент транспортного средства. В некоторых вариантах реализации устройство может содержать множество разделительных слоев, каждый разделительный слой из множества разделительных слоев имеет контур, причем по меньшей мере одно пространство между по меньшей мере некоторыми из множества разделительных слоев определяет по меньшей мере один путь потока.

Настоящим изобретением предлагается способ изготовления детали из композиционного материала, предусматривающий формирование волокнистой структуры из огнеупорных волокон, укладку волокнистой структуры в пресс-форму поверх элемента из пористого материала, установленного в нижней части пресс-формы в камере пропитки.

Изобретение относится к способу изготовления композиционной детали. Техническим результатом является повышение стабильности передачи пониженного давления вдоль длины слоистой заготовки.

Группа изобретений относится к способу формования композиционных материалов и композиционному материалу. Способ содержит операции: процесс S1 придания формы, включающий придание формы слоистому материалу, имеющему волокнистые листы, наслоенные поверх друг друга, путем сгибания слоистого материала в направлении X и направлении Y в трехмерной ортогональной системе координат.

Изобретение относится к способу изготовления крупногабаритных композитных изделий для промышленного и гражданского строительства методом вакуумной инфузии. При реализации изобретения для формирования наполнителя используют блоки с П-образным поперечным сечением, армированные мультиаксиальной стеклотканью, которые последовательно укладывают на обшивочный мат матрицы, имеющей выступ с контуром внешней поверхности, соответствующим контуру внутренней поверхности блоков формируемого наполнителя, противолежащие торцы которого при ориентации в продольном направлении данного выступа фиксируют между опорами, шагово смещенными на длину формируемого наполнителя.

Изобретение относится к способу предотвращения просачивания через уплотнитель внутренней камеры вакуумного мешка. Техническим результатом является обеспечение целостности и повышение эффективности уплотнителя внутренней камеры мешка в процессе отверждения композитной укладки.

Изобретение относится к способу изготовления композитной фермовой конструкции. Техническим результатом является повышение эффективности способа изготовления фермовых конструкций.
Изобретение относится к изготовлению трехслойных конструкций из композиционного материала и может быть использовано в интерьере современных пассажирских самолетов для изготовления панелей интерьера.

Изобретение относится к способам формования изделий из композитных материалов, таких как стеклопластик, углепластик и т.п. Способ состоит в укладке в пресс-форму листов армирующего материала, пропитанного связующим веществом, помещении внутрь этих листов эластичной емкости и последующей накачке эластичной емкости, причем в пресс-форму укладывается число эластичных емкостей, на единицу большее числа предусмотренных лонжеронов.

Изобретение относится к воздухоплавательным аппаратам. Способ компоновки воздухоплавательного вакуумного аппарата дискообразной формы заключается в разделении многослойно навитого углепластиковой нитью с полимерным связующим герметичного и вакуумируемого корпуса на секции, которые изготовляют раздельно.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек вращения для силовых конструкций. Способ изготовления деталей из композиционных материалов включает изготовление ленты из полос пропитанной связующим угольной ткани, сшивая внахлест концы полос ткани между собой, и намотку ленты с натягом на жесткую формообразующую оправку с воздействием температуры на поверхность ленты в локальной зоне перед нанесением на оправку. При намотке на оправку перед прохождением каждого участка ленты со сшитыми внахлест концами полос ткани через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты прерывают, после прохождения указанного участка ленты через локальную зону температурного воздействия температурное воздействие на поверхность ленты возобновляют. Технический результат заключается в получении требуемой однородной и монолитной структуры материала оболочек вращения без местных не сплошностей и искривлений слоев материала. Технический результат, достигаемый при использовании способа по изобретению, заключается в повышении качества изготовления из КМ деталей для силовых конструкций за счет улучшения структуры материала и в повышении прочности конструкций. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх