СПОСОБ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ СОТ И СОТОВЫХ ПАНЕЛЕЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК B29B11/02 B29C37/00 

Изобретение относится к способам пескоструйной обработки и может быть использовано для разрезки сот и сотовых конструкций из полимерных композиционных материалов с помощью абразивно-жидкостной струи.

Известен способ обработки абразивно-жидкостной струей [1] Подача абразива в водяную струю производится в связанном виде, в виде тонкой твердой подложки, на которую нанесен слой абразива.

Недостатком этого способа является то, что при прохождении высоконапорной струи параллельно стенкам сот в месте контакта со стенкой соты струя "обтекает" ее, рассекается стенкой, снижая при этом свои "режущие" свойства, что ограничивает глубину реза по высоте соты. При этом, вследствие уменьшения кинетической энергии струи в месте ее контакта с нижней обшивкой, не прорезая ее, изменяет направление на 90^o, насыщая при этом стенки соседних сот водой и механически воздействуя на клеевое соединение, приводящее его к разрыву.

Известен другой способ гидроабразивной резки листовых деталей [2] включающий подачу на обрабатываемую поверхность струи рабочей жидкости под высоким давлением и абразивных частиц, при котором абразивные частицы на обрабатываемую поверхность подают путем нанесения их в виде суспензии, которую отверждают, после чего подают рабочую жидкость.

Этот способ гидроабразивной резки, принятый нами в качестве прототипа, несколько повышает точность резки неметаллических материалов. Отверждение абразивной среды, наносимой на обрабатывающую поверхность детали, служит для образования коркового слоя абразива, что способствует улучшению условий взаимодействия струи воды и материала в зоне обработки.

Однако этот способ обладает такими же недостатками, как и способ резки по патенту США N 4507898 при обработке сот и сотовых конструкций. Кроме того, раствор воска в бензине при воздействии высокоскоростной струи имеет склонность к охрупчиванию, что снижает качественные показатели процесса. При резке сот и сотовых конструкций из полимерных композиционных материалов недопустимо производить смывку покрытия горячей водой, т.к. это приводит к разрушению сот, их разлохмачиванию и нарушению геометрической формы, что в целом снижает физико-механические свойства этих конструкций. Резка водяной струей высокого давления сотовых конструкций обусловлена особенностью их конструктивного исполнения и большой разницей их механических характеристик: высокая прочность на растяжение и сжатие, склонность к расслоению верхней и нижней обшивок, высокая прочность на осевое сжатие тонкостенного сотого заполнителя. При прохождении высоконапорной струи параллельно стенкам сот в месте контакта со стенкой соты струя "обтекает" ее, рассекается стенкой и снижает свои режущие свойства. Вследствие уменьшения кинетической энергии струи, последняя в месте контакта с нижней обшивкой, не прорезая ее, изменяет направление под углом 90^o, насыщая при этом стенки соседних сот водой и воздействуя на клеевое соединение. Происходит растрескивание связующих в местах концентрации остаточных напряжений, ослабление адсорбционного воздействия на границе волокно-смола, что приводит к ухудшению физико-механических свойств материала и сотовой панели в целом.

Известные способы резки позволяют производить обработку сотовых панелей небольшой высоты до 8 12 мм и шириной реза при этом 0,3 0,6 мм.

Предлагаемый способ гидроабразивной резки за счет равномерного распределения абразива по всей высоте панели обеспечивает высокое качество реза и сохраняет физико-механические свойства клеевого соединения "обшивка-сота-обшивка" при обработке трехслойных сотовых панелей из полимерных композиционных материалов высотой до 25 мм с шириной реза 0,15 мм.

Это достигается тем, что в способе гидроабразивной резки сот и сотовых панелей из полимерных композиционных материалов посредством воздействия на панель гидроабразивной струей высокого давления и абразивных частиц, соты по конфигурации предполагаемой линии реза предварительно заполняют водостойким наполнителем полимерно-клеевого состава с абразивом в количестве 20 70% от общего объема наполнителя, такой же состав наносят на поверхность панели по линии предполагаемого реза. При этом в качестве наполнителя можно использовать состав, содержащий (в вес. частях):
смола эпоксидная 55 61
продукт конденсации димеризованных метиловых эфиров кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов 38,3 44,3
1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан 0,5 0,6
диэтиламино-метил-триэтоксисилан 0,1 0,2
а в качестве абразива можно использовать стеклянные микросферы или электрокорунд белый.

Использование абразива в количестве 20-70% от общего объема наполнителя позволяет совместно со струей жидкости, подаваемой с высокой скоростью, создать наилучшие условия для прорезки.

Микросферы, обладая абразивными свойствами, при прохождении водяной струи приобретают кинетическую энергию и создают благоприятные условия для резки, что ведет к увеличению возможностей глубины прорезания. Кроме стеклянных микросфер в качестве абразива может быть использован электрокорунд белый или другие абразивы в виде порошков.

Заполнение сот панели водостойким наполнителем в виде полимерно-клеевого состава в процессе сборки панели по конфигурации предполагаемой линии реза позволяет увеличить площадь клеевого соединения соты с обшивкой, что обеспечивает герметичность стенок реза и прямолинейность реза в процессе воздействия на сотовую конструкцию гидроабразивной струи. В результате сохраняется качество панели и ее физико-механические свойства. Отсутствуют сколы, трещины, снижается шероховатость обработанной поверхности соты. Кроме того, исключается насыщение сотового заполнителя водой.

Состав наполнителя и вещества, входящие в него, известны:
смола эпоксидная ЭД-20 ГОСТ 10587-84;
продукт конденсации димеризованных метиловых эфиров кислот растительных масел (отвердитель) ПО-ЗОО ТУ 6-10-1108-78;
1-аминогексаметилен-6-анинометилентриэтоксисилан (катализатор) АГМ З ТУ 6-02-586-86;
диэтиламинометилтриэтоксисилан (катализатор) АДЭ-3 ТУ 6-11-156-79.

Кроме предлагаемого состава в качестве наполнителя могут быть использованы водостойкие составы на основе фенолоформальдегидных смол или на основе бутадиен нитрильного каучука.

Нанесение на поверхность панели такого же состава по линии предполагаемого реза, содержащего абразивные частицы, как и состав, которым заполняют соты, позволяет производить качественную прорезку верхней обшивки и сотовой конструкции в целом, не нарушая геометрической формы. Возможно нанесение на поверхность панели и другого водостойкого абразива, используемого для резки полимерных композиционных материалов струей жидкости под высоким давлением.

При содержании в наполнителе смолы эпоксидной менее 55% продукта конденсации димеризованных метиловых эфиров кислорастительных масел и полиэтиленполиаминов менее 38,3, катализатора 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан менее 0,5% катализатора диэтиламинометилтриэтоксисилан менее 0,1 отмечается низкая адгезионная связь, не обеспечивается прочность склеивания "сота-обшивка".

При содержании смолы эпоксидной более 61% продукта конденсации более 44,3% катализатора 1-аминогексаметилен-6-аминометилентриэтоксисилан более 0,6% и катализатора диэтиламинометилтриэтоксисилан более 0,2 не обеспечивается устойчивость полимерно-клеевого состава к факторам высшего воздействия, происходит растрескивание состава от воздействия гидроструи сверхвысокого давления.

Таким образом, заполнение сот наполнителем в виде полимерно-клеевого состава в процессе сборки панели по конфигурации предполагаемой линии реза и наличие абразива 20-70% от общего объема наполнителя позволяют обеспечить качественную прорезку сот и сотовых панелей на глубину 25 мм, обеспечивая при этом качество и прямолинейность реза и высокие физико-механические свойства панели в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен срез панели, осуществленный предлагаемым способом.

Способ осуществляется следующим образом. На нижнюю обшивку 1, уложенную на оправку, наносят пленочный клей 2, на который укладывают сотовый заполнитель 3. По конфигурации предполагаемого реза в изделии соты на всю их высоту заполняют водостойким полимерно-клеевым составом 4, к которому добавляют абразив 20 70% от общего объема наполнителя. Затем укладывают верхнюю обшивку 5, на которую со стороны приклейки сотового заполнителя нанесен пленочный клей 2. На верхнюю поверхность обшивки 5 наносят такой же водостойкий полимерно-клеевой состав 4 с абразивом по всей предполагаемой линии реза. Собранную таким образом панель помещают в термическую печь, где согласно режимам технологического процесса осуществляется склейка верхней и нижней обшивок с сотовым заполнителем и в стыках торцов сот. Таким же образом можно собирать и другие сотовые конструкции, панели с одной обшивкой и др.

Формообразование в готовое изделие производят на установке гидрорезания с программным управлением. Сотовую панель из композиционного полимерного материала после термообработки укладывают на стол установки и закрепляют на нем. По заданной программе с использованием в качестве режущего инструмента кинетической энергии высокоскоростной струи жидкости малого сечения, вырезают изделие.

Пример конкретного исполнения.

Высокоскоростной водяной струей разрезали трехслойную панель высотой H 24 мм, представляющую собой сочетание обшивок верхней и нижней из углепластика КМУ 4, толщиной 1,5 мм, сотового заполнителя ССП-1, с шестигранной ячейкой, длина стороны которой равна 2 мм, а толщина "единичной" стенки 0,2 мм, выполненной в соответствии с ТУ-6-19-95-78.

На оправку укладывали нижнюю обшивку 1, на которую наносили пленочный клей 2 ВК 36 ТУ 6-17-1179-82. На обшивку 1 укладывали сотовый заполнитель 3 ССП 1 с шестигранной ячейкой-сотой. Затем по линии предполагаемого реза соты заливались по всей высоте ячейки водостойким наполнителем в виде полимерно-клеящего состава (ПКС), содержащего смолы эпоксидной ЭД 20 57 в/част. продукта конденсации ПО-ЗОО (отвердитель) 42,3 в/ч, катализатора АДЭ 3 0,2 в/ч, катализатора АГМ З 0,5 в/ч, микросферы стеклянные МСО - А 9 ТУ 6 11-156-79 45% от всего объема наполнителя. Соты заполняли на ширину 12 мм. На верхнюю обшивку 5 наносили пленочный клей ВК 36 ТУ 6-17-1179-82 и укладывали на сотовый заполнитель 3, заполненный водостойким полимерно-клеевым составом. Такой же состав наносили на поверхность панели 5 по контуру реза. Собранную таким образом трехслойную сотовую панель помещали в термопечь АРП - 9, где проводили ее полимеризацию по заданному режиму. После этого сотовую панель устанавливали на столе станка гидроструйной резки "Пагрус" с расходом воды 5 л/мин. рабочее давление P 220 МПА, формирующее струю сопло с диаметром отверстия 0,17 мм. Для сравнительной оценки резка производилась на участках, где соты по линии реза были заполнены водостойким полимерно-клеящим составом и абразивом и без наполнителя. Скорость резания V=100 мм/мин. На участке, где соты по линии реза были заполнены полимерно-клеевым составом, было получено полное и качественное прорезание на глубину 14 мм, шероховатость обработанной поверхности R=40. На участке, где соты не были заполнены наполнителем, глубина реза достигала 8 12 мм. Шероховатость обработанной поверхности в этом случае достигала R=55. При этом наблюдалось повышенное насыщение водой как стенок сот, так и соседних, наблюдалось появление трещин в зоне склеивания "сота-нижняя обшивка".

Использование предлагаемого изобретения позволит исключить водопоглощение как сплошного сечения за счет нанесении полимерно-клеевого состава с абразивом на поверхность по контуру предполагаемого реза, так и сотового заполнителя в месте контакта его со струей жидкости за счет заполнения его наполнителем в виде водостойкого полимерного клеевого состава, и получить ширину реза не более 0,5 мм с шероховатостью поверхности не ниже R=40. Обеспечивается стабильность процесса резки за счет исключения "обтекания" струей жидкости стенок сот, а наличие абразива в виде порошка, распределенного в наполнителе по всей площади поперечного сечения разрезаемого материала и по всей высоте панели, обеспечивает повышение качества реза, прямолинейности и глубины реза в 1,5-2 раза, исключая при этом появление гидроудара, нарушающего клеевое соединение "обшивка-сота-обшивка".

Использование: для разрезки сот и сотовых конструкций из полимерных композиционных материалов с помощью абразивно-жидкостной струи. Сущность изобретения: способ резки гидроабразивной струей, включающий подачу на обрабатываемую поверхность струи рабочей жидкости под высоким давлением и абразивных частиц, при котором соты по конфигурации предполагаемой линии реза заполняют водостойким наполнителем полимерно-клеевого состава с абразивом в количество 20 - 70% от общего объема наполнителя, такой же состав наносят на поверхность верхней обшивки панели по линии предполагаемого реза. В качестве наполнителя может быть использован состав, содержащий (в вес.част.): смола эпоксидная - 55 - 61, продукт конденсации димеризованных метиловых эфиров кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов - 38,3 - 44,3, 1-аминогексаметилен-б-аминометилентриэтоксилан - 0,5 - 0,6, диэтиламинометилтриэтоксисилан - 0,1 - 0,2, а в качестве абразива используют стеклянные микросферы, электрокорунд белый. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ гидроабразивной резки сот и сотовых панелей из полимерных композиционных материалов, включающий подачу на обрабатывающую поверхность струи рабочей жидкости под высоким давлением и абразивных частиц, отличающийся тем, что соты по конфигурации предполагаемой линии реза предварительно заполняют водостойким наполнителем полимерно-клеевого состава с абразивом в количестве 20 70% от общего объема наполнителя и такой же состав наносят на поверхность верхней обшивки панели по линии предполагаемого реза. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют состав, содержащий, мас.ч.

Смола эпоксидная 55 61
Продукт конденсации димеризованных метиловых эфиров кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов 38,3 44,3
1-Аминогексаметилен-6-аминометилен-триэтоксисилан 0,5 0,6
Диэтиламинометилтриэтоксисилан 0,1 0,2
3. Способ по п.1, отличающийся тем что в качестве абразива используют стеклянные микросферы или электрокорунд белый.