Характерным параметром связующего является также точка деструкции, при которой начинается заметное разложение матрицы, сопровождающееся разрывом молекулярных связей. Устойчивость к деструкции характеризуется термостойкостью, которую следует отличать от теплостойкости, отражающей способность полимера к размягчению.
Параметры формования.
Для того чтобы обеспечить нужные качества композиту, необходимо создать определенные условия для отверждения связующего и его сцепления с армирующим материалом.
Температурный режим обеспечивает необходимые условия для полимеризации связующего. Повышенное давление необходимо для плотной укладки слоев армирующего материала, удаления излишков связующего и для более прочного сцепления связующего с арматурой.
К основным технологическим параметрам относятся: давление, температура, скорость их изменения по времени и степень отверждения.
Конкретной комбинации связующего и арматуры будут соответствовать свои параметры. В процессе производства их величину необходимо строго выдерживать.
Классификация способов формования.
В настоящее время существует много различных способов формования изделий из ПКМ. Это объясняется разнообразием свойств исходных компонентов композитов, а также различными требованиями к прочности и другим параметрам изделий.
Рис.5. Классификация схем формования.
Для получения нашей детали мы выбрали пневмо-гидрокомпресснонные методы формования, а именно автоклавное формование.
Пневмо-гидрокомпрессионное формование объединяет группу методов, в которых рабочей средой, осуществляющей давление на поверхность препрега, является газ или жидкость. Другими характерными признаками являются наличие эластичной герметичной диафрагмы и создание вакуума под диафрагмой со стороны препрега.
Автоклавное формование - формуемое изделие помещают в специальное оборудование - автоклав, где создается избыточное давление.
Рис.6. Формирование в автоклаве:
1 – форма; 2 – препрег; 3 – эластичная мембрана; 4 – уплотнители;
5 – тележка; 6 – рельсы; 7 – корпус автоклава; 8 – крышка.
Автоклав (рис.6.) представляет собой герметичную емкость в виде прочного, цилиндрической формы корпуса 7 с открывающейся крышкой 8.
В автоклаве может создаваться избыточное давление до 15 атмосфер и температура до 300°С. Давление создается или с помощью насосов, или за счет испарения жидкого азота; температура - с помощью электрических нагревательных элементов или аэродинамическим нагревом специально спрофилированных мощных вентиляторов.
Автоклавы имеют числовые системы управления, позволяющие изменять и поддерживать давление и температуру в соответствии с заданным законом. Типовые автоклавы для авиационного производства имеют диаметр до 3 метров и длину 10-12 метров. Наибольший по размерам автоклав (производство Фирмы Scholz (ФРГ)) установлен на УАПК. Его диаметр около 6 метров, а длина рабочей камеры 21 метр.
Автоклав является универсальным оборудованием. Он позволяет осуществлять формование изделий различного конструктивного исполнения, в том числе больших размеров и сложной конфигурации. При этом давление на любой части поверхности изделия одинаково.
К недостаткам следует отнести большую стоимость автоклава и большие энергетические затраты в пересчете на одну деталь. Особенно в случае, если загрузка объема автоклава неполная. Кроме того, автоклав является взрывоопасным объектом. Мощность взрыва пропорциональна объему и давлению в емкости.
Тем не менее, автоклавное формование является наиболее распространенным в авиационной промышленности.
2.3. Составление номенклатуры оснастки для придания формы и процесса формования.
Для обеспечения необходимой геометрии детали из полимерного композиционного материала и условий формования к материалам для изготовления формообразующей металлической оснастки предъявляют следующие требования:
- легкость механической обработки;
- низкая стоимость и недефецитность;
- хорошая свариваемость.
1. Выклеечная оснастка.
2. Автоклав.
3. Вакуумная трубка.
4. Вакуумный чехол.
2.4. Выбор необходимого оборудования.
Необходимо использовать такие средства индивидуальной защиты, как х/б халаты, косынки, тапочки, х/б перчатки, фартуки и полиэтиленовые нарукавники.
Пресс гидравлический должен быть снабжен системой регулирования и контроля температуры, давления и времени выдержки. Разъем съемных пресс-форм должен быть механизирован.
Автоклав. Герметичность соединения крышки с корпусом обеспечивается с помощью затвора. Затвор должен быть герметичным и надежным, он должен позволять многократно, быстро и безопасно открывать крышку. Обычно автоклавы снабжают механизмом для поворота и открывания в паре с электродвигателем. Должно быть предусмотрено блокирующее устройство с целью исключения впуска пара в аппарат при незакрытой крышке, также для исключения открывания крышки при давлении в аппарате.
Станки для раскроя препрега для получения пакетов заготовок деталей. На станках должны быть надежно закреплены формы и оправки для намотки и выкладки. Конструкция вакуумной системы станка выкладки должна исключать засорение всасывающих концов вакуумных трубок, попадание масла от насосов в секции вакуумного стола. Должно быть исключено повреждение электропневматического и гидрошлангов.
2.5. Схема увязки оснастки.
Обеспечение заданной точности обводообразующего элемента конструкции требует: применения единой системы базовых плоскостей и осей для координации положения всех взаимосвязанных элементов и оснастки в процессе их изготовления и сборки; применения единых способов базирования всей технологической цепочки.
2.6. Расчет ожидаемой точности изготовления.
Расчет ожидаемой точности сводится к прогнозированию погрешности, которая возникает в результате изготовления изделия. В процессе расчета определяем разницу между Т.К. и Д.К. Разница – погрешность, которая характеризует ожидаемую точность. Т.К. – это номинальный размер, задается мат. моделью агрегата, Д.К. – то, что получилось в результате нашей работы. Оценка погрешности изделия осуществляется на основе знаний о техпроцессе изготовления конструкции.
Погрешность изготовления обшивки.
При оценке погрешности изготовления обшивки δо все обшивочные детали удобно разделить на три типа, отличающиеся конструктивным исполнением и жесткостью:
- обшивки малой толщины с линейчатой поверхностью (цилиндрической или конической формы), которая разворачивается на плоскость;
- обшивки малой толщины, представляющие собой оболочки сложной формы (но разворачивающиеся на плоскость);
- обшивки в виде монолитных панелей.
1. Обшивочные детали первой группы, как правило, могут быть прижаты к обводообразующим элементам приспособления практически без зазора (рис.7), поэтому под погрешностью изготовления обшивки здесь следует понимать только допуск на изготовление листа при прокате его на металлургическом заводе. Для тонкой обшивки с линейчатой образующей:
δо = [δлиста] ≈ ± 0,15 мм.
2. Детали второй группы, имея сложную форму, даже при незначительной толщине листа, могут иметь значительную жесткость. При этом дефект отклонения формы такой детали от заданной поверхности не всегда удается исключить путем более частого расположения прижимов приспособления. Поэтому погрешность изготовления такой обшивки δо можно представить как сумму допуска на катаный лист δл и погрешность формообразования оболочки δф.
δo = δ л + δф.
Для определения δф необходимо рассмотреть цепь переноса размера с первоисточника на отформованную оболочку. Например, при инструментально-шаблонном методе увязки и изготовлении обшивки обтяжкой по пуансону (рис.8.) схема будет следующей:
погрешность формообразования будет складываться из погрешностей на каждом этапе переноса размера:
3. Для третьей группы обшивочных деталей (монолитных панелей) δо будет зависеть от технологии изготовления плоских заготовок δз (механическим фрезерованием и т.п.) и от метода пластического формообразования δф (свободной гибкой, гибкой - прокаткой, гибкой дробеударным методом и т.п.):
δо = δз + δф
Наиболее распространенный метод получения плоских панелей - механическое фрезерование, точность определяется возможностями станка (δз ≈ ± 0,15 мм).
Точность определения формообразования, например, гибкой (рис. 9.), может быть определена из рассмотрения схемы увязки размеров:
Погрешность базирования обшивки.
При рассмотрении вопроса базирования обшивки следует выделить три случая: базирование по рубильникам, по макетным элементам и по деталям каркаса.
Во всех случаях погрешность базирования - это зазор между установочной базой и обшивкой. Величина зазора определяется рассогласованием их увязки, т.е. суммой погрешностей, возникающих на несвязанных этапах переноса размеров при изготовлении объекта, реализующего установочную базу (рубильник, деталь каркаса), и обшивкой.
1. При установке обшивки по рубильникам (рис. 10,а) с использованием ИШМ схема увязки может быть представлена в виде:
Верхняя ветвь схемы увязки относится к изготовлению рубильника, а нижняя - к изготовлению обшивки обтяжкой по пуансону. Погрешность базирования δБО определяется по формуле:
,
где к - коэффициент, учитывающий поджатие обшивки к рубильнику.
Если поджатие осуществляется в нескольких точках, то к приблизительно может быть определен по таблице. Если же обшивка прижимается по всему контуру рубильника, например, упругой прокладкой ложемента, то к стремится к нулю.
2. При установке обшивки по макетным элементам (рис.10,б) схема увязки может быть следующая:
Верхняя ветвь относится к изготовлению монолитной панели на прессе свободной гибкой, нижняя ветвь показывает перенос размера на макетный элемент с помощью инструментально-шаблонного метода увязки.
