Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов Советский патент 1992 года по МПК B29C43/20 B29L9/00 

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов и может быть использовано в авиационной и судостроительной отраслях промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов, выбранный в качестве прототипа, включающий сборку форм, размещение их в автоклаве, установку датчиков температуры, подачу рабочей среды в автоклав и изменение в нем давления и температуры согласно показаниям датчиков температуры

1.

В известном способе установка датчиков температур на изделиях без учета зон быстрого и медленного прогрева приводит к тому, что в зоне быстрого прогрева изделий происходит полимеризация композиционного материала и последующая подача давления не обеспечивает получения монолитного материала, а в зоне медленного прогрева осуществляется неполная полимеризация, что снижает прочность материала

в этой зоне. Управление процессами нагрева и охлаждения по заданному закону изменения температур с выравниванием их в различных изделиях увеличивает длительность процесса вакуум-автоклавного формования.

Цель изобретения - повышение качества изделий и сокращение цикла формования.

В предлагаемом способе вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов, включающем сборку форм, размещение их в автоклаве, установку датчиков температуры, подачу рабочей среды в авкоклав и изменение в нем давления и температуры согласно показаниям датчиков температуры, перед установкой датчиков температуры определяют зоны быстрого и медленного прбгрева изделий, располагают эти датчики по крайней мере по одному в этих зонах, каждый этап изменения температуры делят на два интервала, в начальном из которых осуществляют увеличение давления и изменение температур

сл

с

VI а

Os

о

Ч)

со

по показаниям датчиков в зоне быстрого прогрева, а в заключительном - изменение температуры по показаниям датчиков в зоне медленного прогрева.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - кривые изменения температур нагреваемой среды и изделий в автоклаве в процессе нагрева.

Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов осуществляется следующим образом.

Полуфабрикаты изделий 1 с технологическими пакетами, выложенные на формах 2 и закрытые вакуумными мешками 3, устанавливаются на загрузочном столе 4 вне автоклава 5. Загрузочный стол 4 через открытую крышку 6 перемещается в рабочую камеру автоклава 5 и по расположению форм с полуфабрикатами изделий и технологическими пакетами, а также по данным о теплоемкости и теплопроводности форм и полуфабрикатов с технологическими пакетами определяются зоны быстрого А и медленного В прогрева изделий 1

При серийном производстве и типовых загрузках автоклава зоны быстрого А и медленного В прогрева изделий могут быть определены экспериментально на стадии отработки технологии для каждого варианта загрузки. В остальных случаях зоны быстрого и медленного прогрева определяются по расчетам времени прогрева форм 2 с изделиями 1 с использованием методов нестационарной теплопроводности и зон высоких и низких коэффициентов теплоотдачи от нагревающей среды, циркулирующей в камере автоклава 5 к поверхностям форм 2 и изделий 1. Так, например, зонами быстрого А нагрева становятся наименее тепловые части форм и изделий, расположенные в области с высоким коэффициентом теплоотдачи от циркулирующей среды, идущей непосредственно от крышки 6 автоклава 5, Зоны медленного В прогрева содержат наиболее теплоемкие части форм 2 и изделий и расположены в области с низкой скоростью циркулирующей нагревающей среды, вдали от крышки 6 автоклава 5, закрыты от потока нагревающей среды другой формой с изделием.

После определения зон быстрого и медленного прогрева в каждой из этих зон на изделии устанавливают по крайней мере по одному датчику температуры, т.е. датчик 7 в зоне быстрого прогр ева, датчик 8 в зоне медленного прогрева. В том случае, если предполагается несколько зон быстрого или медленного прогрева, датчики температуры устанавливаются на изделиях в каждой из этих зон, а окончательный выбор производится оператором или системой управления на начальном этапе нагрева, выбирается опережающий по показаниям датчик и зона быстрого прогрева, а по отстающим показа- ниям датчик и зона медленного прогрева. В дальнейшем контроль и регулирование производятся только по этим двум датчикам температур. В средней части камеры автоклава 5 устанавливается датчик 9 контроля

температуры нагревающей среды. После завершения установки датчиков температуры и подключения вакуумных мешков 3, расположенных на технологических пакетах изделий, к вакуумной системе, закрывается крышка 6 автоклава 5, включается привод 10 вентилятора 11 и начинается циркуляция нагревающей среды в камере автоклава 5 по направлению, показанному на фиг.1 стрелками. Затем включаются нагреватели 12, от которых теплота передается циркулирующей нагревающей среде, и начинает повышаться температура в камере автоклава 5, а также в формах 2 и изделиях 1. Датчики температуры 7-9 соединены с

системой управления 13, которая в свою очередь через преобразователь 14 подключена к нагревателям 12, приводу 10 вентилятора и регулирующему клапану 15 системы охлаждения 16. На начальном интервале первого этапа нагрева до температуры te Тп1 (ТП1 0,8-0,95 TKi) (см. фиг.2) мощность нагревателей 12 устанавливается системой управления 13 на максимальном значении в соответствии с показанием датчиков температур 7 и 9 из условия, чтобы температура нагревающей среды tc Тмакс - предельная температура нагрева материала изделий при вакуум-автоклавом формовании. Одновременно система управления

13 задает наибольшую нагрузку приводу 10 вентилятора. В случае tc Тмакс система управления отключает нагреватели 12 и снижает нагрузку на привод 10 вентилятора. При достижении по датчику 7 температуры в зоне быстрого прогрева А значения te Тд(см. фиг.2) в автоклав подается давление, необходимое для формования изделий. С момента достижения по датчику 7 в зоне быстрого прогрева А значения температуры t6 Tni система управления 13 осуществляет регулирование мощностью нагревателей 12 и привода 10 вентилятора в зависимости от показаний датчика 8 в зоне медленного прогрева В. На заключительном интервале времени (см. фиг.2) температура изделий доводится до значения ТК1 и в камере автоклава 5 осуществляется первая технологическая выдержка изделий, заданное время (TKI -7Bi).

Далее начинается второй этап нагрева изделий з автоклаве до Тк2,и система управления 13 вновь работает по показаниям датчиков 7 в зоне быстрого прогрева А и регулирует мощность нагревателей 12 и привода 10 вентилятора по ранее описанным условиям.

В период охлаждения система управления 13 через преобразователь 14 отключает нагреватели 12 и начинает регулировать клапаном 15 системы охлаждения 16 и приводом 10 вентилятора 11, при этом сначала охлаждение ведется по показаниям датчика 7 в зоне быстрого прогрева аналогично описанному ранее закону для нагрева, а затем при достижении температуры (,8-0,85Ткс), где Ткс -заданная окончательная температура охлаждения, регулирование скорости охлаждения системой управления 13 проводится по датчику 8 в зоне медленного прогрева до завершения процесса вакуум-автоклавного формования.

Данный способ вакуум-автоклавного формования может содержать и другую закономерность изменения температуры изделий в процессах нагрева и охлаждения, например, по заданной скорости изменения температуры (2-3°С/мин), но изменение давления и температуры полуфабрикатов изделий на начальном интервале производится по датчику 7 в зоне быстрого прогрева А, а завершение изменения температуры изделий осуществляется по датчику 8 в зоне медленного прогрева В.

Выбор в качестве параметров управления процессом вакуум-автоклавного формования температур в зонах быстрого и медленного нагрева изделий, попеременное использование этих управляющих пара- метров для увеличения давления и регулирование мощности нагревателей, охладителей и привода вентилятора позволяет обеспечить качество формуемых изделий

независимо от геометрии технологической оснастки и местоположения каждого из них. Способ позволяет использовать ЭВМ для автоматизированного ведения процесса формования.-

ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов, включающий сборку форм, размещение их в автоклаве, установку датчиков температуры, подачу рабочей среды в автоклав и изменение в нем давления и температуры согласно показателей датчиков температуры, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изделий и сокращения цикла формования, перед установкой датчиков температуры определяют зоны быстрого и медленного прогрева изделий, располагают эти датчики по крайней мере по одному в этих зонах, а каждый этап

изменения температуры делят на два интервала, в начальном из которых осуществляют увеличение давления и изменение температуры по показателям датчиков в зоне быстрого прогрева, а в заключительном изменение температуры по показателям датчиков в зоне медленного прогрева.

Использование: производство слоистых изделий из композиционных материалов методом прессования. Сущность изобретения: для повышения качества изделий определяют зоны быстрого и медленного прогрева изделий в форме, установленных в автоклаве, располагают датчики температуры по одному в этих зонах, а каждый этап изменения температуры делят на два интервала, в начальном из которых осуществляют увеличение давления в зоне быстрого прогрева, а в заключительном - изменение температуры по показаниям датчиков в зоне медленного прогрева. 2 ил.

У VV 7 / г з 4

Фив.1

Т,

П1 Тд

То

Ъ г,

л,

Т«1 , Фиг. 2

Ч 5,