СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОВЕСНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПАНЕЛИ Российский патент 1994 года по МПК B64F5/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления панелей на основе металлического ячеистого заполнителя, и может быть использовано при создании несущих платформ при оптических приборов и антенн в авиационно-космической технике.

В металлических панелях с ячеистым заполнителем в местах их крепления к корпусу или крепления к ним различных прецезионных приборов устанавливают местные усилительные элементы в виде профилей, втулок и т.д. для предотвращения смятия заполнителя.

Известен способ получения трехслойных панелей, включающий получение из гофрированной фольги металлических ячеистых сот, подготовку сот к пайке с несущими обшивками путем механической обработки, безразъемную сборку (пайку) трехслойной панели, заливку в отверстия в одной из обшивок клеевой композиции, сверление в отвержденной массе отверстий под болты или заклепки.

Недостатками данного способа являются:
трудоемкость изготовления панелей;
необходимость применения обшивок для придания панели несущей способности;
применение клеевых композиций с ограниченной по температурному диапазону областью применения;
разнородность химического состава материала в объеме панели, вызывающая низкую размерную стабильность при температурных возмущениях.

Известен способ получения трехслойных панелей с металлическими усилительными (подкрепляющими) элементами, взятый за прототип, сущность которого состоит в получении ячеистого металлического (сотового) заполнителя, укладке в заданные области заполнителя усилительных элементов из металла, подготовке заполнителя с усиливающими элементами к пайке путем совместной механической обработки, сборке трехслойной панели с предварительной укладкой фольгированного припоя между обшивками и заполнителем и ее пайке.

Способ-прототип устраняет лишь один недостаток описанного способа-аналога - исключает применение клеевых композиций, сохраняя другие недостатки.

Предлагаемый способ позволяет упростить технологию изготовления металлической легковесной панели и повысить ее размерную стабильность.

Заявляемый способ изготовления легковесной металлической панели, включающий получение ячеистого материала, введение в него усилительных элементов, отличается тем, что ячеистый материал получают путем нанесения суспензии на пенополиуретановую подложку, усилительные элементы выполняют из обезвоженной суспензии аналогичного состава и полученную заготовку спекают.

При необходимости (для повышения жесткости или герметизации оснований панели) панель может быть изготовлена в виде двух- и трехслойной конструкции. Для этого перед спеканием заготовки на ее основаниях устанавливают пластины (пластину) из обезвоженной суспензии.

Получение ячеистого материала путем нанесения суспензии на пенополиуретановую подложку с последующим спеканием способствует созданию панелей с высокой несущей способностью, т.к. пластина из получаемого ячеистого материала обладает изгибной жесткостью в отличие от сотового ячеистого заполнителя, у которого модуль упругости при изгибе практически равен нулю.

Кроме того, высокопроницаемая во всех направлениях ячеистая структура получаемого таким образом материала обеспечивает при необходимости возможность эффективного охлаждения всей конструкции за счет пропускания через нее хладагента.

Благодаря изготовлению усилительных элементов из обезвоженной суспензии аналогичного нанесенного на подложку состава и введению их в "сырую" пропитанную полимерную подложку, во-первых, гарантируется идентичность состава материала в объеме конструкции, во-вторых, совмещается операция соединения усилительных элементов с получением ячеистого заполнителя и, в-третьих, обеспечивается высокая прочность соединения усилительных элементов с ячеистым заполнителем (не ниже прочности самого заполнителя).

Способ иллюстрируется следующими примерами конкретного выполнения.

П р и м е р 1. В пенополиуретановом блоке (диаметр ячейки 3,5 мм) размером 360х360х60 мм пробковыми сверлами вырезали центральное отверстие диаметром 216 мм и девять отверстий диаметром 25 мм, пять из которых были расположены вокруг центрального отверстия на радиусе 276 мм и на одинаковом расстоянии друг от друга, а четыре - в углах блока на расстоянии 336 мм друг от друга.

Суспензию инварового порошка готовили путем смешивания карбонильного железного и никелевого порошков соответственно марок Р-100 и ПНКОТ-4 в весовом соотношении 64% Fe и 36% Ni в 9%-ном водном растворе поливинилового спирта. Приготовленной суспензией пропитывали пенополиуретановый блок до достижения им плотности 0,7 г/см3, а также заполняли девять бумажных цилиндрических форм диаметром 30 мм и высотой 60 мм для изготовления усилительных элементов. Суспензию в формах обезвоживали в вакуумированном термошкафе при температуре 40оС в течение 24 ч.

Полученные цилиндры из обезвоженной суспензии устанавливали в высверленных отверстиях пенополиуретанового блока. За счет клеящих свойств суспензии структурные элементы пенополиуретанового блока (перемычки) присоединялись к цилиндрам из обезвоженной суспензии. Далее полученную заготовку спекали в среде водорода при температуре 1220оС в течение 2 ч выходом на режим со скоростью 110 град/ч.

В результате спекания получали плиту из высокопористого проницаемого ячеистого инвара состава 36Н с усилительными цилиндрическими элементами из инвара, причем соединение частей конструкции - усилительных элементов и плиты из ячеистого инвара осуществлено с помощью спеченной инваровой суспензии, т.е. без инородного по отношению к инвару материала.

На чертеже показана панель, изготовленная описанным способом.

П р и м е р 2. Подготовка пенополиуретанового блока, изготовление усилительных элементов и приготовление суспензии аналогично примеру 1.

Дополнительно изготавливали пластины из суспензии путем ее заливки в форму с размерами в360х360х2 мм и последующего обезвоживания. Пенополиуретановый блок пропитывали суспензией инварового порошка, в сырую заготовку устанавливали усилительные элементы, а к основаниям заготовки присоединяли прижатием пластины, затем сушили заготовку. Далее трехслойную плиту с внутренними усилительными элементами спекали в среде водорода по режиму, описанному в примере 1.

Предлагаемый способ обеспечивает изготовление панелей с высокой размерной стабильностью, поскольку конструкция полностью выполнена из инвара с постоянным по объему КЛТР без какого-либо промежуточного материала между составляющими панели - ячеистым заполнителем и усилительными элементами. Последнее особенно важно, если в процессе эксплуатации панель подвергается переменным тепловым нагрузкам, но при этом к ней предъявляются высокие требования по сохранению неизменными ее размеров или их изменению пропорционально одному параметру - температуре. За счет трехмерной сетчато-ячеистой структуры изготовленные панели обладают высокой изгибной жесткостью даже без обшивок, что существенно упрощает технологию их изготовления.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления панелей на основе металлического ячеистого заполнителя, и может быть использовано при создании несущих платформ для оптических приборов и антенн в авиационно-космической технике. По способу изготовления легковесной металлической панели, включающему получение ячеистого материала, введение в него усилительных элементов, ячеистый материал получают путем нанесения суспензии на пенополиуретановую подложку, усилительные элементы выполняют из обезвоженной суспензии аналогичного состава и полученную заготовку спекают. При необходимости (для повышения жесткости или герметизации оснований панели) панель может быть изготовлена в виде двух- и трехслойной конструкции. Для этого перед спеканием заготовки на ее основаниях устанавливают пластины (пластину) из обезвоженной суспензии. Способ обеспечивает изготовление панелей с высокой размерной стабильностью с одновременным упрощением технологии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕГКОВЕСНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПАНЕЛИ, включающей получение ячеистого материала, введение в него усилительных элементов, отличающийся тем, что ячеистый материал получают путем нанесения суспензии на пенополиуретановую подложку, а усилительные элементы изготавливают из обезвоженной суспензии аналогичного состава и после введения их в материал полученную заготовку спекают. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основания заготовки перед спеканием покрывают пластинами из обезвоженной суспензии.