СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ТРЕХСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
PRODUCTION METHOD OF LARGE THREE-LAYER STRUCTURES FROM POLYMER COMPOSITES

Изобретение относится к машиностроению и касается создания силовых трехслойных конструкций из полимерных композиционных материалов изделий космического и наземного назначения, например сферо-коническо-цилиндрических панелей головных обтекателей ракет-носителей, переходных отсеков, агрегатных отсеков и различных платформ.
Известен способ изготовления трехслойных сотовых конструкций (см. ОСТ 92-5156-90 «Конструкции трехслойные с обшивками из углепластика и алюминиевым сотовым заполнителем клееные» в виде оболочек переменной кривизны из полимерных композиционных материалов с несущими слоями из углепластика, с алюминиевым сотовым заполнителем и с закладными элементами, состоящий из поэтапной секционной сборки трехслойных частей конструкции (малого конуса, большого конуса, двух или трех, в зависимости от модификации конструкции цилиндрических частей) по технологическим стыкам при помощи накладок, а каждая секция перед сборкой крупногабаритной оболочки изготавливается по следующей технологии:
- предварительно отформованный листовой углепластик раскраивают по шаблонам для внутреннего и наружного несущих слоев, зон усилений и накладок, затем их поверхности подготавливаются к склеиванию путем зачистки шлифовальной шкуркой и обезжиривания;
- проводят предварительную сборку каждой секции конструкции для проверки качества прилегания деталей с использованием приспособлений для сборки и склеивания, для чего прикатывают раскроенную пленку клеевую на подготовленную поверхность внутреннего несущего слоя. На приспособление для сборки и склеивания, которое повторяет внутреннюю конфигурацию оболочки, выкладывают внутренние несущие слои с пленкой клеевой, фиксируют на фиксаторах. Затем укладывают на внутренний несущий слой алюминиевый сотовый заполнитель, подгоняют по месту, фиксируют заготовки сотового заполнителя на фиксаторах и стягивают сотовый заполнитель нитями, устанавливают закладные элементы, затем на сотовый заполнитель прокладывают полиэтиленовую пленку толщиной от 0,15 до 0,20 мм и сверху выкладывают заготовку наружного несущего слоя и подгоняют по месту. Затем собирают вакуумную оснастку, создают давление и проводят опрессовку каждой секции конструкции в течение 40 мин. Затем производят демонтаж вакуумной системы и проводят контроль прилегания сотового заполнителя к наружному несущему слою по отпечаткам сотового заполнителя на полиэтиленовой пленке. В случае отсутствия отпечатков на полиэтиленовой пленке производят подгонку поверхностей под склеивание. Участки с нечеткими отпечатками торцов сотового заполнителя отмечают на полиэтиленовой пленке и переносят на поверхность несущих слоев, а при нанесении пленки клеевой укладывают на отмеченные участки по два слоя пленки клеевой;
- проводят сборку каждой секции конструкции к склеиванию, для чего на собранный пакет, состоящий из внутреннего несущего слоя, пленки клеевой, сотового заполнителя, закладных элементов, устанавливают наружный несущий слой с предварительно нанесенной и прикатанной клеевой пленкой и фиксируют его на фиксаторах;
- производят склеивание каждой секции конструкции без зон усиления и накладок под вакуумным давлением при температуре отверждения пленки клеевой, затем разбирают вакуумную оснастку и подготавливают поверхность несущих слоев - обезжиривают для приклейки зон усилений и накладок;
- устанавливают на несущие слои зоны усиления и накладки с предварительно прикатанной на них пленкой клеевой. При сборке для взаимной фиксации наружных деталей (зон усиления и накладок из углепластика) их фиксируют липкой лентой на лавсане с последующим удалением ленты после приклейки зон усилений и накладок на несущие слои. Собирается вакуумная оснастка и проводится приклейка зон усиления и накладок на несущие слои под вакуумным давлением и под воздействием температуры.
Каждую готовую секцию конструкции механически обрабатывают и производят сборку-склейку секций для получения единой конструкции.
Недостатками известного способа изготовления крупногабаритных трехслойных конструкций являются:
1. Поэтапная секционная сборка трехслойных частей конструкции по технологическим стыкам при помощи накладок с подгонкой каждой секции.
2. Использование предварительно отформованного листового углепластика для заготовок внутреннего и наружного несущих слоев, а также зон усиления каждой секции требует подготовки их поверхностей к склеиванию, фиксации на оснастке внутренних несущих слоев и фиксации зон усилений на несущих слоях липкой лентой.
3. Проведение предварительной сборки каждой секции под вакуумным давлением со сборкой вакуумной системы для проведения контроля качества прилегания сотового заполнителя к наружному несущему слою.
4. Длительный цикл изготовления конструкции за счет многоэтапной технологии, включающей предварительную сборку каждой секции конструкции с проведением опрессовки под вакуумным давлением, склеивание каждой секции конструкции без зон усиления, приклейку зон усиления и сборку-склейку полноразмерной конструкции при помощи накладок.
5. Утяжеление массы конструкции за счет установки накладок при стыковке секций.
Задачей предложенного технического решения является повышение технологичности изготовления трехслойных силовых сотовых конструкций в виде оболочек переменной кривизны из полимерных композиционных материалов, уменьшение количества форм и технологической оснастки, сокращение времени и трудозатрат на изготовление, снижение трудоемкости, расхода энергии и материалов, упрощение процесса изготовления, уменьшение объема механической обработки и сборочных работ, снижение массы и повышение качества изготавливаемых изделий.
Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления крупногабаритных трехслойных конструкций из полимерных композиционных материалов в виде оболочек переменной кривизны с алюминиевым сотовым заполнителем, включающем склеивание под вакуумным давлением в термопечи с использованием пленки клеевой внутреннего несущего слоя и зон усилений из углепластика с алюминиевым сотовым заполнителем и с закладными элементами и внешним несущим слоем из углепластика, изготовление крупногабаритных трехслойных конструкций производят предварительной выкладкой на полноразмерную форму препрега внутреннего несущего слоя и зон усилений из углепластика в виде пропитанного связующим углеродного наполнителя, пленки клеевой, алюминиевого сотового заполнителя с закладными элементами, пленки клеевой и препрега наружного несущего слоя из углепластика в виде пропитанного связующим углеродного наполнителя, а склеивание слоев осуществляют с одновременным отверждением препрегов несущих слоев и зон усиления, при этом используют перфорированную пленку клеевую, а алюминиевый сотовый заполнитель и закладные элементы фиксируют стеклянными лентами, сдублированными с полосами пленки клеевой.
Предлагаемый способ изготовления крупногабаритных трехслойных силовых сотовых конструкций из полимерных композиционных материалов в виде оболочек переменной кривизны с алюминиевым сотовым заполнителем и с закладными элементами заключается в:
- пропитке связующим углеродного наполнителя;
- выкладке на полноразмерную форму препрега внутреннего несущего слоя и зон усилений из углепластика в виде пропитанного связующим углеродного наполнителя по заданной схеме армирования;
- выкладке пленки клеевой, которая предварительно перфорируется;
- установке алюминиевого сотового заполнителя и закладных элементов (окантовок люков, вкладышей) с фиксацией стеклянными лентами, сдублированными с полосами пленки клеевой;
- выкладке перфорированной пленки клеевой;
- выкладке препрега наружного несущего слоя из углепластика в виде пропитанного связующим углеродного наполнителя по заданной схеме армирования;
- сборке вакуумной оснастки и проведении склеивания слоев с одновременным отверждением препрегов несущих слоев и зон усилений под вакуумным давлением в термопечи.
Преимущества предлагаемого способа изготовления крупногабаритных трехслойных силовых конструкций переменной кривизны из полимерных композиционных материалов:
1. Снижение цикла изготовления конструкций в 5-6 раз в зависимости от их модификации за счет:
- исключения предварительного формования листов углепластика несущих слоев и зон усилений;
- совмещения укладки зон усилений с укладкой несущих слоев;
- исключения операций предварительной сборки подгонки элементов конструкции и сборки отдельных секций конструкции;
- исключения посекционной склейки частей конструкции;
- исключения поэтапной сборки отдельных секций в единую конструкцию.
2. Уменьшение массы конструкции от 5 до 10% за счет исключения межсекционных накладок.
3. Экономия материалов и трудоемкости на изготовление оснастки за счет:
- сокращения номенклатуры оснастки для сборки-склейки отдельных секций конструкции;
- исключения оснастки для сборки отдельных секций в единую конструкцию.
4. Экономия энергоресурсов за счет снижения многоэтапности изготовления конструкций.
5. Снижение себестоимости изготовления конструкций.