Курс лекций. Курс лекций Технологические процессы изготовления деталей самолета из неметаллических материалов (в том числе и композиционных материалов)
 Скачать 42.84 Mb.
|
|
Курс лекций «Технологические процессы изготовления деталей самолета из неметаллических материалов (в том числе и композиционных материалов)» Лекции – 36 часов Консультация – 2 часа Зачет – 4 часа Содержание
- слоистые пластики на основе стеклянных нитей пропитка под давлением прямое прессование (черт. конуса, формы, КСП) формование: - контактное - гелькоатная технология черт. матер. – мод. (проспекты фирмы «Етон» - 2 шт.) - вакуумное (черт. конуса и формы) - автоклавное намотка инжекционная технология - слоистые пластики на основе углеродных и борных волокон - слоистые пластики на основе различных тканей, древесного шпона и бумаги
- органическое стекло (фото оснастки, ОЧФ – СО – 200, фото термошкафа, ОЧФ ЯК – 130, черт. ЯК – 130) - триплексы (черт. силикатного триплекса 01) - явление двоения огней ВПП на орган. стекле (фото – 5 шт.; фото сравнительной оценки двоен) - конструкционные пластики (полиамид, полиэтилен, фторопласт и др.) (проспекты: выдувная машина «Флорентина»; фирма МВС – детали, п/ф; дробилки, сушилки, термопластавтоматы BABYPLAST; детали, машины НИЦ ПТ, фото заглушек, фото фторопластовых деталей)
- основные технологические процессы резинового производства (п/ф на кольцо прямого прессования, п/ф на диафрагму – литьевая; разборная форма, черт. бака, чехла) – клеи резиновые. 8. Конструкционные клеи. 9. Герметизирующие материалы. 10. Клееные сотовые металлические конструкции с применением алюминиевой фольги АМГ-2Н-0,03 (фото агрегатов, долька сот).
1. Введение Вы успешно завершил 3 курса и начали занятия на 4-м году обучения. Вы получили немалый пакет знаний. Но, наверное, никто из Вас не задумывался о том, что самолетостроение начинается с глины. Страстный минеролог Ферсман А.Е. в своей книге очерков «Занимательная минералогия» в 1975 году писал: …Глина и некоторые близкие к ней вещества открывают иные возможности. Из них выплавляется «легкое серебро» - замечательный легкий материал алюминий. Даже опытные геологи, наделенные незаурядной фантазией, не могли предвидеть, что из простой глины может быть получен незаменимый материал для самолета и ракетостроения. Легкий алюминий и его сплавы пришли на смену тяжелому железу. Человечество уже живет среди алюминия, лития, бериллия – легчайших металлов Земли. А мы с Вами переходим к рассмотрению другого вида современных прогрессивных материалов, успешно конкурирующих с алюминием в конструкции самолетов – это полимерные композиционные материалы сочетающие в себе стеклянные, углеродные и борные волокна и полимерные связующие (различные смолы – продукты химической промышленности). Начнем со Слоистых пластиков. 2. Полимерные композиционные материалы Слоистые пластики. К слоистым пластикам относится большая группа армированных материалов на основе термореактивных полимерных связующих с различными наполнителями. Эти материалы благодаря сочетанию высоких механических свойств(при небольшой объемной массе) с высокими теплофизическими и диэлектрическими характеристиками широко используются в конструкциях авиационной техники. Свойства слоистых пластиков в значительной мере определяются структурой наполнителя и расположением волокон, а также природного связующего. Для этих материалов характерна анизотропия свойств(по основе и утку, вдоль и поперек волокон, параллельно и перпендикулярно слоям армирующего материала), степень которой зависит от особенностей наполнителя и от угла армирования, что необходимо учитывать при проектировании, изготовлении изделий и их эксплуатации. Слоистые пластики представляются тремя типами:
Виды слоистых пластиков по типу наполнителя. С   лоистые п  ластики        Стекло- Угле – и боро Пластики на основе пластики пластики тканей, шпона, бумаги Слоистые пластики первого типа используются в качестве материалов конструкционного, электро- и радиотехнического назначения; второго – для усиления металлических конструкций, увеличения продольной жесткости емкостей, работающих под давлением; третьего – в качестве конструкционных, электроизоляционных и декоративно отделочных материалов. В последние годы слоистые пластики все шире применяются в силовых конструкциях авиационной техники, так как по уровню прочностных свойств могут быть сравнимы с металлами. В зависимости от применяемого стекловолокнистового наполнителя эти материалы получили условные названия: 1. На основе ориентированных стекловолокон – намоточные стеклопластики (поскольку их, как правило получают методом намотки) 2. На основе неориентированных волокон – стекловолокниты 3. На основе стеклоткани – стеклотекстолиты Стеклопластики представляют собой гетерогенную систему (неоднородную, сост. из различных составных частей), содержащую кроме полимерной матрицы и стекловолокнистого наполнителя газообразные включения (в виде пор, замкнутых ячеек). Пористость этих материалов в зависимости от природы связующего, метода и технологического режима изготовления может составлять от 1÷2 до 20÷25 объемных %. Пористость оказывает большое влияние на свойства стеклопластиков – материалы с монолитной структурой имеют более высокие физико – механические характеристики, чем пористые. Стабильность свойств стеклопластиков определяется также монолитностью структуры и условиями их эксплуатации. Под действием воды, повышенной влажности и температуры показатели механических и диэлектрических свойств снижаются. Более стойкие в этих условиях стеклотекстолиты, в состав связующих которых введены специальные химические адгезионногидрофобные добавки или с наполнителями, стекловолокна которого изготовлены с прямыми (активными) замасливателями. Большинство стеклопластиков являются коррозионно-пассивными материалами и могут работать в контакте с цветными и черными металлами и сплавами. Стеклопластики на основе эпоксидных и полиэфирных смол (ВПС-5; ЭДТ-10ВОВ) относятся к классу сгораемых материалов; стеклотекстолиты фенольного, полиамидного, кремнийорганического типа относятся к классам трудносгорающих и самозатухающих материалов. Все стеклопластики обладают удовлетворительной грибостойкостью. Изделия из стеклопластиков в зависимости от типа связующего, габарита и назначения могут быть изготовлены различными методами: пропитка под давлением; прямое прессование; формование (контактное; вакуумное; автоклавное); намоткой: Методы изготовления изделий из стеклопластиков.   Пропитка Прямое Формование Намотка Инжекционнаяпод давлением прессование технология      Контактное Вакуумное Автоклавное1 пропиткой под давлением – это когда полностью набирается на пуансоне пакет необходимого количества сухой стеклоткани по специальной схеме укладки каждого слоя, диктуемой чертежом и технологией со стыковкой каждого слоя прошивкой стеклонитью. Набранный пакет накрывается матрицей со шлангами подачи связующего, давления воздуха, вакуума, контрольными стеклянными трубками для контроля прохождения связующего. Форма герметизируется резиновыми прокладками по разъемам и затягивается стяжными болтами.Пакет в герметичном зазоре вакуумируется затем под давлением в самую нижнюю часть детали подается связующее до тех пор пока оно не покажется в контрольной трубке, подсоединенной к самой верхней части детали. После полного расхода расчетного количества связующего из расходной емкости и равномерного (без воздушных включений) прохождения связующего через контрольную трубку шланги перекрываются, отсоединяются и оснастка помещается в термошкаф для проведения режима полимеризации связующего по режиму, установленному для данной марки. Далее режим термообработки, охлаждение. Затем раскрытие формы и снятие детали для контроля и доводки. По такому методу изготавливаются однослойные монолитные конструкции. 2 Прямое прессование По такому методу прессуются листовые материалы с применением связующих, требующих температуры при полимеризации. Предварительно пропитанные слои стеклоткани на пропиточных машинах с определенным наносом связующего (препреги) раскраиваются и укладываются пакетом либо между гладкими плитами пресса (обязательно с применением промежуточных плит), которые оборудованы электрообогревом (старые плиты обогреваются паром) либо в специальных прессформах с обогревом. Для выдерживания необходимой толщины плит устанавливаются ограничительные планки по периметру плит с дренажными каналами для выхода летучих и излишков связующего. Режим полимеризации выдерживается по заданному для конкретного связующего. Метод прямого прессования в жестком зазоре применяется при изготовлении многослойных конструкций с сетчатым заполнителем. Пример этого метода – изготовление конусов самолета МиГ – 21. Рассмотрим конструкцию конуса самолета МиГ – 21 – 93, модернизация которого завершилась в 2004 году в связи с установкой радиолокационной станции (чертеж конуса 21.93.0202.0010). Конструкция конуса и применяемые материалы. Радиопрозрачный стеклотекстолитовый конус 21.93.0202.0010 выполняет на самолете МиГ – 21 две основные функции: - аэродинамический обтекатель, защищающий антенну радиолокационной станции от воздушного потока; - радиопрозрачный элемент в системе антенны РЛС, обеспечивающий прохождение излучения СВЧ от антенны и прием её от облучаемого объекта с минимальными потерями. С этой целью радиопрозрачная стенка конуса выбрана 5-ти слойной конструкции с расчетными толщинами каждого слоя. Для обеспечения диэлектрических характеристик (диэлектрическая проницаемость) каждому слою установлено процентное содержание смолы в слоях стеклоткани или стеклосетки. Толщина стенки конуса 14±1 мм - наружная обшивка 0,9 (3 слоя стеклоткани Т-45П с содержанием смолы по сухому остатку – 40%) - внутренняя обшивка 0,6 (2 слоя стеклоткани Т-10 с содержанием смолы по сухому остатку – 30%) - промежуточный слой 1,8 (6 слоев стеклоткани Т-10 с содержанием смолы по сухому остатку – 30%) - два слоя заполнителя набираются из 8 слоев стеклосетки ПС-1-5 с содержанием смолы в каждом 25%(полотно сетчатое) Показать образец и эскиз стенок МИГ – 21 и МИГ – 21БИС АПГ. Торец конуса в зоне расположения втулок крепления конуса к кольцу рамы усилен силовыми поясами шириной до 65 мм ( 4 пояса из стеклоткани Т-10 на внутренней обшивке). (2 пояса из полотна ПС-1-5 на первой секции заполнителя) (7 поясов из стеклоткани Т-10 на второй секции заполнителя) Конус имеет металлический наконечник, установленный с вкладышем и гайкой на клее ВК-9. Втулки крепления конуса также устанавливаются на клее ВК-9. Конус МИГ – 21  МИГ 21-93  Применяемые материалы: Связующее ВФТ ТУ 6-05-966-76; Стеклоткань Т-10 ГОСТ 19170-73 Т-45(п)-76 ТУ 6-48-107-94; Стеклосетка ПС-1-5 ОСТ 17-469-80; Клей ВС-10Т ГОСТ22345-77 Расчет содержания смолы по сухому остатку:
 Рст. – масса заготовки стеклоткани Однослойная конструкция стенки обтекателя. Трехслойная конструкция стенки со стеклосетчатым заполнителем. Трехслойная конструкция стенки с сотовым заполнителем. Пятислойная конструкция стенки с сотовым заполнителем.      Технические требования радиотехническим параметрам обеспечиваются за счет правильного расчета и содержания смолы по сухому остатку в слоях стеклоткани и стеклосетки, выдерживанием количества слоев и обеспечением толщины стенки при промежуточном формовании первой секции заполнителя(6 мм ± 0,5) и при окончательном формовании всего пакета 14 ± 1,0. Все технологические параметры контролируются в полном объеме пооперационно с закрытием операций в технологическом паспорте. Технологический процесс изготовления радиопрозрачного конуса начинается с подготовки формы: очистки рабочей поверхности от загрязнений и остатков отвердевшего связующего, обезжиривания нефрасом СЗ-80/120 и нанесения на рабочие поверхности пуансона и матрицы двух слоев разделительной смазки К-21. Нанесенная смазка сушится 30-60 минут при температуре помещения и затем после загрузки в термошкаф при 200±5ºС – 2 часа. Подъем температуры в термошкафу плавный 1,5-2 часа. Охлаждение до 50-60ºС, выгрузка из термошкафа и охлаждение до температуры помещения. Приготовление клея ВФТ и клея ВС-10Т. Связующие ВФТ должно соответствовать требованиям ТУ 6-05-966-76: - массовая доля смолы 20-25% - условная вязкость по ВЗ-246 сопло 6,0 мм – 15-40 сек. - плотность – 0,87-0,91 г/см³проверяется ОЗЛ для каждой партии и по истечению срока хранения. Добавить в ВФТ продукт 119-95 из расчета по формуле: |
