Файл: Колганов И.М., Дубровский П.В., Архипов А.Н., 2003 - Технологичность авиационных конструкций, пути повышения. Том 1.pdf

106

Используются методы намотки :

а) продольно-поперечная, когда ориентация пропитанной ткани ведется по образующим тела вращения (продольная укладка) и в окружном направлении под углом 900 к оси оправки (поперечная укладка);

б) спиральная или по геодезическим линиям, когда армирующий материал укладывается по спиральным линиям (рис.3.12).

Рис.3.12. Схемы намотки и примеры их использования для изделий авиационной техники : а – продольно-поперечная намотка; б – спиральная намотка; в - варианты сечений стрингерного набора 1, 2, 3, 4; г – варианты сечений шпангоутов 5, 6, 7

Продольно-поперечная намотка характеризуется высокой производительностью и высокой герметичностью полученного изделия, широко применяется для изготовления корпусных деталей.

Спиральная намотка может быть продольно-спиральной и поперечноспиральной, а также плоскостной, звездообразной, с переменным углом намотки и т.п., которые выбираются в зависимости от характера нагружения конструкции.

При спиральной намотке после первого витка лента (нить), наматываемая на оправку, образует спиральную или близкую к ней линию. Второй виток наматывается со смещением к первому и т.д. С помощью делительного устройства промежутки между витками заполняются последующими витками ленты. Если не будет выдержана точность укладки, то в изделии нарушится равномерность распределения армирующего материала.

Намотку деталей рекомендуется производить на станках с ЧПУ с исполь-

зованием предварительно пропитанных связующим лент. Программа намотки разрабатывается аналитически или экспериментально (для деталей сложной фор-

107

мы). Намоточные станки с ЧПУ обеспечивают намотку лент на оправку с точностью по заданному углу ±10 и по смещению витка не более 1 мм.

Повышение жесткости намотанной конструкции может быть достигнуто

использованием оребренных или многослойных оболочек. Оребрение применяют для изделий, подвергающихся сжимающим, изгибающим нагрузкам и крутящим моментам, обеспечивая снижение массы конструкции. На рис.3.2,в показаны варианты стрингерного набора с сечениями 1, 2, 3, 4, который предварительно формуется, выкладывается на оправке, после чего заматывается оболочкой. Аналогично могут быть изготовлены шпангоуты путем замотки лентой или жгутом углубления на оправке, предварительно выложенного слоем пропитанной ткани для улучшения сдвиговых характеристик. Их можно оформить также выкладкой пропитанной ткани и укладкой, например, пенопластового вкладыша с последующей намоткой оболочки (рис.3.12,г), при этом возможна намотка нитью по геодезическим линиям.

Трехслойные конструкции рекомендуется изготовлять из облегченного заполнителя, помещенного между двумя силовыми оболочками из ПКМ (см. рис.3.6, 3.8). В качестве заполнителя могут использоваться металлические или стеклопластиковые соты, пенопласт (армированный и неармированный), различные профили из ПКМ. Определяющими при выборе заполнителя являются действующиенаконструкцию нагрузки, но следует учитывать и особые требования, такие, какрадиопрозрачность, локальные нагрузки, наличиелюковиотверстийит.п.

К изделиям, изготовляемым намоткой, предъявляются следующие требования по технологичности :

при конструировании следует избегать острых кромок и углов, резких переходов от одной части детали к другой;

упрощать поднутрения и выступы на внутренней поверхности изделий, а по возможности их избегать, так как они усложняют проектирование оснастки для намотки;

при проектировании нужно избегать отверстий, ослабляющих конструкцию. Если отверстия необходимы, следует отдавать предпочтение ромбической форме (геометрия ромба определяется углом намотки), при оформлении круглых отверстий необходимо окантовывать их края пропитанной стеклотканью;

следует использовать несмотря на сложность конструкции разборные оправки, которые позволяют упростить процесс намотки, а главное – демонтаж намотанных заготовок;

для увеличения прочности при срезе допускается применение фольги из коррозионностойкой стали или титана. Фольгирование рекомендуется для изделий, работающих при постоянной температуре не выше 800С и относительной влажности менее 75%. Толщина фольги должна быть в пределах 0,02 … 0,05 мм;

слои фольги укладывать между слоями препрега с чередованием направления ориентации надрезов в каждом слое. На поверхности фольги перед выкладкой в пакет заготовок наносится слой основы ПКМ;

для изделий, длительно работающих за пределами диапазона температур

±250С, применение фольги не допускается, если нет лакокрасочного покрытия.

108

Намотка оболочек типа поверхностей воздухозаборных каналов на станках с перемещающимся по программе раскладочным устройством – сложная кинематическая задача. Необходим расчет траекторий движения исполнительных механизмов станка.

3.5. Автоклавное формование и другие методы изготовления деталей

3.5.1. Автоклавное формование деталей

Наиболее высокое давление при формовании можно получить в автоклавах

(до 15 МПа). Поэтому автоклавное формование находит применение при изго-

товлении крупногабаритных деталей сложной конфигурации. Конструкция таких деталей должна по возможности обеспечивать простоту конструкции цулаг (создают наружную поверхность изделия) и простоту сборки пакета для формования. Цулаги изготовляют из алюминиевых листов толщиной 0,5 … 1,5 мм, или из листов стеклотекстолита толщиной 0,8 … 2,5 мм.

Оснастка для автоклавного формования должна иметь достаточную жесткость, гарантирующую точность формы и размеров изготовляемой детали при минимальной массе оснастки и обеспечивать равномерный прогрев детали.

Конструкция и материал оснастки должны быть герметичны и обеспечивать многократное формование деталей при температуре до 2000С и давлении до 1,0 МПа. Коэффициент теплового расширения формы должен быть близок к коэффициенту теплового расширения формуемой детали. Форма должна обеспечивать возможность монтажа ограничительной рамки и вакуумной диафрагмы.

Оформляющие поверхности оснастки должны иметь шероховатость для форм – RZ 20 до RZ 0,08, для цулаг – не более RZ 20.

Подготовка оснастки к формованию сводится к следующему : очищается форма от загрязнений ножами или скребками; обезжириваются бензином или ацетоном поверхности;

наносятся во взаимно перпендикулярных направлениях два слоя раствора противоадгезионного смазочного материала в бензине. Каждый слой просушивается на воздухе не менее 15 мин. Термообработка смазочного материала производится при t = 220±50С в течение 2 ч;

при формовании деталей толщиной s >2,0 мм для обеспечения отбора летучих веществ и создания равномерного давления под вакуумным мешком рекомендуется применять технологические материалы.

Перед началом автоклавного формования осматривается автоклав, его приборы и пневмосистема. Необходимо убедиться в исправности корпуса крышки предохранительных устройств, в наличии заземления автоклава. Герметичность вакуумного мешка проверяется по снижению давления в нем. Крышка автоклава закрывается при включенном вакуум-насосе.

Последующая проверка на герметичность вакуумного мешка и системы вакуумирования производится при закрытой крышке автоклава вначале без повышения давления, а затем при давлении 0,30 МПа.

109

3.5.2. Изготовление деталей методом пропитки под давлением

Методом пропитки под давлением изготовляют детали типа баков ядохимикатов, радиопрозрачные обтекатели, теплозащитные покрытия и т.п.

Требования технологичности к данной группе деталей аналогичны требованиям к деталям, изготовляемым методом выкладки с последующим формованием. Дополнительным является требование обеспечения возможности изготовления деталей в форме без разъемов и вкладышей. Такая форма исключает затекание смолы и разгерметизацию пуансона и матрицы.

Использование метода пропитки под давлением при изготовлении, например, баков ядохимикатов из стеклопластика (взамен нержавеющей стали) снижает массу детали на 30%, трудоемкость изготовления на 20%, увеличивает ресурс в 5 раз. На рис.3.13 приведены примеры технологичной и нетехнологичной конструкций, обечайки баков ядохимикатов.

Рис.3.13. Конструктивное оформление обечайки баков ядохимикатов : а – нетехнологично; б – технологично. 1 – обратный конус; 2 – конусная нижняя часть; 3 - конусная верхняя часть

Конструкция является технологичной, если обечайка не имеет обратного конуса 1, наличие которого обусловливает необходимость разъема в матрице и пуансоне, а также в случае выполнения нижней части 2 конусной, что облегчает съем изделия с пуансона.

3.5.3. Изготовление деталей методом прессования

Данным методом изготовляют детали типа крыльев, коробок и др. Они должны иметь скругления по кромкам для предотвращения выкрашивания материалов и облегчения съема детали из пресс-формы.

На деталях типа крыла (толщина сечения в пределах 20 мм) радиус скругления составляет обычно 1,0…1,25 мм. Необходимо иметь плавный переход по толщине стенок конструкции, ибо разнотолщинность в деталях, например, из стеклопластика и большая масса металлической арматуры приводит к концентрации напряжений и образованию трещин. Конструктивное оформление технологичного и нетехнологичного днища приводится на рис.3.14,а.

110

Конструкция детали не должна иметь поднутрений и прямых углов. Для обеспечения съема крупногабаритных деталей необходимо предусматривать в конструкции технологические уклоны порядка 10 … 15′. Примером технологичной и нетехнологичной конструкции одного из узлов крыла является изображенный на рис. 3.14,б.

Рис.3.14. Конструктивное оформление деталей, изготовленных методом прессования : а – конструкция днища; б – конструкция узла крыла

3.6.Конструктивно-технологическая характеристика клеевых швов и факторы, влияющие на качество соединений

3.6.1. Особенности работы и применения клеевых соединений

Выбор типа соединений неметаллических конструкций с конструкциями из других материалов (склейка, сварка, болтовые, винтовые, заклепочные) должен производиться с учетом их прочностных, технологических и эксплуатационных особенностей. Влияющимиприэтомявляются такжевид нагрузки (сдвиг, расслоение, отрыв) и характер приложения нагрузки (изгиб, растяжение, сжатие, удар).

Технология склеивания благодаря когезии и адгезии позволяет соединять металлические и неметаллические материалы без использования большого количества тепловой энергии. Современные клеи на основе термореактивных полимеров (главным образом эпоксидных) в сочетании с рационально спроектированными узлами и агрегатами и созданными в последние годы новыми методами и средствами производства, позволяют обеспечить высокую эффективность клеевых соединений в эксплуатации. Предпочтение клеевым соединениям следует отдавать тогда, когда они имеют явные преимущества по решающим показателям работы конкретного изделия.

По сравнению с заклепочными, по-прежнему остающимися основными в соединениях ЛА, клеевые соединения имеют преимущества :

возможность соединения разнородных материалов; равномерное распределение напряжений по всей склеиваемой поверхности,

чтоприводиткснижениюконцентрации напряжений и повышению выносливости;