СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ С СИНУСОИДАЛЬНЫМИ ГОФРАМИ Советский патент 1996 года по МПК B31F1/20 B31F1/22 

Изобретение относится к изготовлению силовых конструкций из композитов, в первую очередь таких широко распространенных конструкций, как нервюры, лонжероны, перегородки, стенки которых выполнены гофрированными преимущественно синусоидальной формы, обеспечивающих высокий уровень критических напряжений по сравнению с другими конструктивно-технологическими решениями. Изобретение может найти применение в авиа-, судо- и машиностроении.

Целью изобретения является повышение качества изготовления деталей с глухими гофрами и упрощение формующей оснастки. На фиг.1 показана технологическая оснастка (матрица, пуансон, пластина) с отформованной на ней композитной двутавровой балкой, имеющей глухие, синусоидальные гофры; на фиг.2 характерные конструктивно-технологические элементы балки; на фиг.3 в разрезе часть матрицы (нижняя полуформа) с выложенным на ней пакетом заготовки и отформованной стенкой балки; на фиг.4 установка на нижней полуформе-матрице деформируемого технологического элемента; на фиг.5 - поперечное сечение полужесткого резинового пуансона (верхняя полуформа).

Технологическая оснастка состоит из металлической матрицы 1 в виде фрезерованной жесткой плиты, например, из DIGAT, полужесткого пуансона 2, выполненного из резины, например, марки ИРП-1338 ТУ 38103-109-72, прижимных планок 3. На оснастке изготавливается балка 4 из композитного материала. Балка содержит полки 5, плоские участки стенки 6, глухие гофры 7. Заготовка детали по оси А-А, проходящая по плоскому участку 6, имеет меньшую длину, чем по оси Б-Б, проходящей по криволинейному участку стенки, образованному гофрами 7. Матрица 1 содержит выступы 3 и впадины 9, на матрице выкладывается пакет заготовки 10, формуемый в деталь 4. На матрицу посредине гофров в месте их нулевой кривизны или на вершине гофров устанавливают технологические деформируемые элементы 11, 12. например, в виде полосок пленочного клея марки ВК-41 ТУ-6- 411499-89 или трубочек, например, полиамидной пленки марки ППН-Т ТУ-6-19-255-84 толщиной 70 мкм. Технологические элементы 11 позволяют осуществить дополнительное наращивание длины заготовки. Полужесткий резиновый пуансон 2 содержит монолитные жесткие стержни 13 соответствующие контуру впадин 9 матрицы 1, при этом стержни могут быть армированы стекловолокном, и тонкостенные перемычки 14 толщиной 0,5-1 мм, проходящие no контуру выступов 8 матрицы 1.

Пуансон 2 получают методом укладки листовой сырой резины на матрицу 1 с использованием фальшдетали, имитирующей балку 4, с последующей ее вулканизацией и термообработкой. При этом температура термообработки должна быть выше, чем температура отверждения полимерного композиционного материала. Такая технологии изготовления пуансона позволяет легко увязать его контур с контуром матрицы 1
Комплект оснастки в виде жесткой матрицы 1 и полужесткого пуансона 2 позволяет при наличии избыточного материала заготовки на гофрах произвести качественную пропрессовку гофрированных стенок балки 4, поскольку для этого не требуется значительных усилий для дотягивания материала заготовки до дна впадин 9 матрицы 1
Необходимость дополнительного наращивания материала на гофрах вызвана двумя причинами. Во-первых, разность длин заготовки по плоскому участку (ось А-А) и по криволинейному участку (ось Б-Б), в результате чего материал заготовки, расположенный на плоском участке стенки, тормозит заполнение материалом заготовки впадин на гофрированном участке (ось Б-Б). Во-вторых, необходимо учитывать, что толщина выложенного пакета заготовки 10 (толщина АС) больше толщины отпрессованной детали (толщина ВС) в полтора раза, т.е. если ВС δ, то AC=1,5δ.. Далее необходимо исходить из того, что в процессе формования при подаче вакуумного разрежения армирующие слои мало подвижны относительно друг друга из-за силы трения, вследствие чего каждая точка положительного пакета заготовки (дуга QDMKA) будет двигаться по нормали к поверхности матрицы (RPC). Таким образом, на позитивной части поверхности формы будет происходить сжатие пакета заготовки 10, т.е. дуга QD занимает положение дуга JE, а дуга КА занимает положение дуги LB.

На отрицательной части поверхности формы происходит растяжение пакета заготовки 10, и дуга DM К трансформируется в положение, близкое к EML. Поэтому точка М зависает не намного меньше того положения, где она была в пакете заготовки и тем более не доходит до точки (теоретического положения в пластике), в результате чего и возникает недопрессовка. Зазор недопрессовки заставляет примерно величину MN, а точнее (0,4-0,5) δ.

Поэтому необходимо устранить зазор недопрессовки. т.е. технологически создать такие условия, чтобы точка М точно пероместалась в положение точки N. Для этого в точках перехода поверхности формы с негативной в позитивную укладывают деформируемые технологические элементы 11 или на вершине гофра трубочки 12. Это могут быть пластинки связующего клея, деформируемые трубочки и др. Закладывая таким образом избыток материала (препрега) в точках Е, и получают тот эффект, что материал заготовки тянется пакетом под воздействием давления и температуры.

Процесс изготовления, например, нервюры из углепластика с глухими гофрами со стенкой толщиной 1 мм, структурно состоящей из четырех слоев углеткани УТ-900-2.5А ТУ 6-06-31-575-87 и связующего ЭДТ-69Н, осуществляют следующим образом.

На матрицу 1 наносят разделительный слой и посредине гофров укладывают полоски клея ВК-41 толщиной 0,5 мм и шириной 10-20 мм. После этого укладывают пакет заготовки из четырех пропитанных слоев углеткани, форсируя его в каждой впадине технологической прутковой оправкой. Затем надевают резиновый пуансон 2, заворачивают края стенки для образования полок, укладывают отформованные пояса и устанавливают прижимные планки 3. Формование производят в автоклаве при температуре 125^oС под давлением 2 кгс/см² в течение 3 ч. Таким образом, процесс полимеризации клея ВК-41 и отверждения композитного материала был совмещен. В процессе формования клей ВК-41 полностью мигрировал в толщу пластика. Пропрессовка гофров получилась полной.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый способ обеспечивает качественную пропрессовку деталей из композитов с гофрированными стенками, особенно при наличии глухих гофров, и позволяет при этом упростить технологическую формовочную оснастку, снизив стоимость изготовления полуформ и их увязку, а также снизив массу оснастки. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Сущность изобретения: способ включа- ет выкладку пропитанного связующим пакета заготовки на жесткой матрице с радиусными выступами и впадинами, с технологической фиксацией его во впадинах и последующее формование с применением пуансона. При выкладке производят наращивание длины заготовки на каждом гофре. превышающее длину, задаваемую формующим элементом матрицы, путем установки на нем перед выкладкой посредине гофра в месте его нулевой кривизны или на вершине гофра деформируемых в процессе формования элементов 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ формования листовых деталей из композитов с синусоидальными гофрами, включающий выкладку пропитанного связующим пакета заготовки на жесткой матрице с радиусными выступами и впадинами, с технологической фиксацией его во впадинах и последующее формование с применением пуансона, отличающийся тем, что, с целью повышения качества изготовления деталей с глухими гофрами и упрощения оснастки, при выкладке производят наращивание длины заготовки на каждом гофре, превышающее длину, задаваемую формующим элементом матрицы, путем установки на нем перед выкладкой посредине гофра в месте его нулевой кривизны или на вершине гофра деформируемых в процессе формования элементов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве деформируемых технологических элементов используются полоски пленочных связующих или клеев, мигрирующих в тело композита с образованием вторичного связующего с параметрами отверждения, равными первичному связующему, при этом указанные технологические элементы имеют толщину, равную половине толщины стенки композита, и объем, равный объему незаполняемой части впадины матрицы заготовкой композита. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве деформируемых технологических элементов используют расплющиваемые в пленку тонкостенные полимерные трубочки с периметром поперечного сечения, равным длине недотягиваемой части пакета заготовки относительно длины дна впадины матрицы.