СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗМЕРОСТАБИЛЬНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ
METHOD OF MANUFACTURE OF DIMENSIONABLE INTEGRAL DESIGN

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании конструкций, применяемых в космической и авиационной технике, работающих в условиях повышенных нагрузок, и касается способа изготовления размеростабильной интегральной конструкции.
Известен способ изготовления высокопрочного элемента конструкции из армированного композиционного материала, заключающийся в изготовлении сухих преформ вспомогательных элементов, являющихся ребрами жесткости элемента конструкции, выкладки слоев волокнистого материала, установке вспомогательных элементов в приспособление для пропитки, укладке на образовавшуюся поверхность оставшихся слоев волокнистого материала, формирующих основной элемент, окончательной сборке оставшихся частей зажимного приспособления, пропитке связующим и отверждении композиционного материала с образованием высокопрочного элемента конструкции по патенту US №5981023, МПК B29C 67/14, опубл. 09.11.1999.
Недостатком известного способа является высокая материалоемкость за счет необходимости изготовления большого количества специальных сложных зажимных приспособлений для сборки и формования изделия.
Наиболее близким к изобретению является способ изготовления размеростабильной интегральной конструкции, заключающийся в формовании пакета композита во взаимно перпендикулярных плоскостях за счет давления в автоклаве и упругой деформации терморасширяющихся оправок, помещенных во внутренних полостях изделия, которое представляет собой оболочку с односторонним подкреплением взаимно перпендикулярных ребер. Обшивка в данном случае формуется избыточным давлением, создаваемым в автоклаве, а ребра обжимаются в процессе формования за счет «стесненного» термического расширения терморасширяющихся оправок, ограниченных по всем торцам формуемого изделия (Е.В. Биткина, А.В. Денисов, В.Е. Биткин. Конструктивно-технологические методы создания размеростабильных космических композитных конструкций интегрального типа. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №4 (2), 2012, с. 555-560).
Недостатком известного способа является низкая технологичность и большая материалоемкость изготовления, требующая изготовления оснастки для формования изделия и дополнительного оснащения для формования специальных оправок из терморасширяющейся резины, а также приспособлений, обеспечивающих ограничения по всем торцам терморасширяющихся оправок.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности и снижение материалоемкости за счет исключения оснастки для изготовления оправок из терморасширяющейся резины, операций изготовления самих терморасширяющихся оправок и приспособлений, обеспечивающих ограничения по всем торцам терморасширяющихся оправок.
Для достижения задачи изобретения предложен способ изготовления размеростабильной интегральной конструкции, включающий выкладку пакета из слоев композиционного материала, формование выложенного пакета во взаимно перпендикулярных плоскостях давлением в автоклаве на оправках, помещенных во внутренних полостях пакета, с образованием внутренних ребер, отличающийся тем, что выкладку пакета из слоев композиционного материала и его формование проводят в две стадии: на первой стадии часть композиционного материала выкладывают на двусоставные металлические оправки, состоящие из верхней и нижней частей, с формированием блоков, которые стыкуют между собой, устанавливая нижними поверхностями двусоставных оправок на монтажное приспособление с возможностью перемещения оправок перпендикулярно плоскостям внутренних ребер, и формуют заготовку, извлекают нижние части оправок, проводят механическую обработку заготовки параллельно плоскости разъема верхних и нижних частей оправок, расположенной выше заданной размерами плоскости обработки, на второй стадии заготовку устанавливают обработанной поверхностью на монтажное приспособление, наносят на заготовку клеевую пленку и выкладывают остальную часть композиционного материала с образованием фланцев, формуют и извлекают верхние части оправок.
Двухстадийное формование на двусоставных металлических оправках обеспечивает возможность изготовления размеростабильной интегральной конструкции без использования терморасширяющихся оправок, требующих разработки и изготовления специальной оснастки для их изготовления, таким образом, повышается технологичность за счет снижения количества операций при изготовлении технологической оснастки и снижается материалоемкость процесса за счет упрощения оснастки и отсутствия дополнительных приспособлений для ее изготовления.
На фиг. 1 показан блок, сформированный выкладкой части композиционного материала на двусоставные металлические оправки.
На фиг. 2 показана стыковка блоков в монтажном приспособлении.
На фиг. 3 показано сечение заготовки до (а) и после (б) механической обработки.
На фиг. 4 показано сечение размеростабильной интегральной конструкции после второй стадии формования.
На фиг. 5 показан фрагмент размеростабильной интегральной конструкции.
Способ осуществляют в следующей последовательности.
На первой стадии формируют блоки выкладкой части композиционного материала 1 на двусоставные металлические оправки, состоящие из верхней части 2 и нижней части 3, сформированные таким образом блоки устанавливают нижними поверхностями двусоставных оправок на монтажное приспособление 4 и стыкуют между собой, причем оправки имеют возможность перемещения перпендикулярно плоскостям внутренних ребер 5 размеростабильной интегральной конструкции, проводят процесс формования заготовки с образованием заготовки, извлекают нижние части 3 двусоставных оправок, проводят механическую обработку заготовки параллельно плоскости разъема верхних 2 и нижних частей 3 оправок, причем нижняя поверхность верхней части оправок расположена на 0,5…2 мм выше заданной размерами плоскости обработки, на второй стадии заготовку устанавливают обработанной поверхностью на монтажное приспособление 4, наносят на заготовку клеевую пленку 6 и выкладывают остальную часть композиционного материала 7 с образованием фланцев 8, проводят формование композиционного материала в автоклаве, в результате чего композиционный материал соединяется с заготовкой с образованием размеростабильной интегральной конструкции, после формования верхние части 2 двусоставных оправок извлекают.
Таким образом, предложенный способ позволяет изготавливать размеростабильную интегральную конструкцию без использования резиновых оболочек и сложных приспособлений для их изготовления, упрощает технологическую оснастку, что снижает материалоемкость и повышает технологичность процесса изготовления размеростабильной интегральной конструкции.
Источники информации
1. Патент US №5981023, МПК В29С 67/14, опубл. 09.11.1999.
2. Е.В. Биткина, А.В. Денисов, В.Е. Биткин. Конструктивно-технологические методы создания размеростабильных космических композитных конструкций интегрального типа. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 14, №4 (2), 2012, с. 555-560 - прототип.