Способ непрерывной горячей формовки сотового наполнителя из препрега
METHOD FOR CONTINUOUS HOT FORMING A HONEYCOMB FILLER FROM PREPREG

Изобретение относится к способу изготовления ячеистого сотового наполнителя из композиционных материалов для двух-, трехслойных панелей и оболочек из препрега с последующей полимеризацией в сотовом блоке. Изобретение может использоваться для изготовления изделий с высокой механической прочностью в авиационной, ракетно-космической, железнодорожной, судостроительной, строительной, автомобильной и других отраслях промышленности.
Известен способ изготовления сотового наполнителя из препрега (патент ЕР 0284848 А2 от 10.05.1988 г.), выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога, где в качестве формообразующих элементов используются жесткие шестигранные стержни, выполненные из алюминиевого сплава или из иного материала, недеформируемого в ходе применения нагрузок. Согласно известному способу, препрег формуется шестигранными стержнями, собранными и зафиксированными в решетку. После формовки сотовый блок помещают в термошкаф, затем сотовый блок охлаждают и стержни демонтируют, после чего начинают изготавливать новый сотовый блок.
К недостаткам данного способа можно отнести следующее: поскольку препрег формуется шестигранными стержнями, собранными и зафиксированными в решетку, продавливание препрега происходит по всей длине одновременно всеми стержнями, что очень затрудняет его проскальзывание, необходимое для формирования правильной формы ячейки, а, значит, не дает плотного прилегания между слоями. Данное обстоятельство влияет на качество склеивания слоев. Кроме того, увеличение стержней до 15-20 шт. и более в один слой делает процесс формования вообще невозможным.
Также при формовании данным способом в препреге остаются внутренние напряжения, т.к. стержни растягивают препрег при формовании, что отрицательно влияет на нагрузочные характеристики сотового наполнителя.
Получаемый известным способом сотовый блок имеет ограниченные размеры, обусловленные количеством шестигранных стержней, а то обстоятельство, что стержни демонтируют после охлаждения сотового блока, не позволяет повысить производительность и обеспечить непрерывный процесс изготовления сотовых блоков.
Каждый стержень имеет шестигранную форму и в готовом блоке соприкасается с препрегом всеми гранями, что в свою очередь затрудняет процесс извлечения стержней из готового сотового блока.
Проблемой, решаемой изобретением является создание способа непрерывной формовки сотового наполнителя из препрега, позволяющего повысить качество и прочностные характеристики получаемых заявляемым способом сотовых блоков.
Техническим результатом является обеспечение непрерывной пошаговой горячей формовки сотового наполнителя, а также повышение качества и прочностных характеристик получаемых заявленным способом сотовых блоков.
Заявленный технический результат достигается тем, что в известном способе горячей формовки сотового наполнителя из препрега, включающем нагрев препрега и его формование с получением ячеек однородной формы, а также последующую полимеризацию сформированного блока сотового наполнителя, согласно изобретению сотовый блок формуют в кондукторе, снабженном горизонтальными ребрами двух разных высот, чередующихся через одно ребро, на каждое из указанных ребер между вертикальными направляющими кондуктора укладывают первый ряд пресс-планок, имеющих прямоугольное сечение, далее в кондуктор устанавливают два лотка, снабженных нагревательным элементом, на которые укладывают первый слой препрега, сверху над ребрами меньшей высоты, устанавливают следующий ряд пресс-планок, препрег нагревают, по мере его размягчения лотки раздвигают в разные стороны, при этом пресс-планки последовательно, начиная от центральной к крайним, опускают толкателями и вдавливают препрег в углубления между пресс-планками предыдущего ряда, после завершения формования первого слоя препрега, лотки возвращают к центру, укладывают следующий слой препрега, поверх которого устанавливают следующий ряд пресс-планок, располагая их над ребрами большей высоты, далее процесс повторяют, меняя место установки пресс-планок в каждом следующем ряду,  до получения сотового блока необходимой высоты.
Использование специального кондуктора с ребрами двух различных высот, а также вертикальными направляющими, позволяют осуществить заявляемый способ формования сотового наполнителя.
Пошаговое формование препрега от центра к краю кондуктора не затрудняет проскальзывание препрега от краев к середине, что позволяет максимально плотно прижать слои между собой в местах соприкосновения.
Отсутствие внутренних напряжений при полимеризации позволяет достичь максимальных прочностных характеристик, повышая качество получаемых сотовых блоков.
Данный способ позволяет сделать процесс изготовления сотового наполнителя непрерывным и автоматизированным.
Использование пресс-планок, имеющих прямоугольное сечение, позволяет обеспечить максимальный прижим в местах соединения слоев перпрега, обеспечивая тем самым качество склеивания, а также значительно облегчает извлечение пресс-планок после завершения формования блока, а также способствует получению правильной и однородной конфигурации ячеек, повышая качество получаемых сотовых блоков.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция используемого кондуктора (вид спереди, сбоку и сверху), на фиг. 2 – схема укладки первого ряда пресс-планок, фиг.3 – этап укладки первого слоя препрега и второго слоя пресс-планок (вид спереди и сбоку), на фиг. 4 – фотография сформированного заявленным способом сотового блока.
Способ осуществляется следующим образом:
Сотовый блок формируется в специальном кондукторе 1 (фиг.1). Кондуктор 1 снабжен вертикальными направляющими 2 и ребрами 3 и 4 двух разных высот, чередующихся через одно ребро. Первоначально на каждое ребро 3 и 4 кондуктора укладывают ряд пресс-планок 5 (фиг. 2). Далее по направлению от края кондуктора к его центральной части (фиг. 3) подают два лотка 6, каждый из которых снабжен нагревающим элементом 7. Поверх лотков укладывают первый слой препрега 8. При этом ширина листа препрега 8 соответствует ширине лотка 6, а длина превышает длину кондуктора 1 приблизительно на 1/3. Ширина и длина кондуктора 1 выбирается исходя из желаемых размеров получаемого заявленным способом блока сотового наполнителя. Высота блока сотового наполнителя размерами кондуктора не ограничивается.
Поверх первого слоя препрега 8 в кондуктор 1 между вертикальными направляющими 2 укладывают второй ряд пресс-планок 5, размещая их только над ребрами 4, имеющими меньшую высоту, т.е. через одно ребро. Далее под воздействием нагревательного элемента 7 препрег 8 размягчается и приобретает эластичность. Лотки 6 начинают раздвигать в разные стороны, первая центральная пресс-планка 5 под воздействием толкателя (на чертежах не показан), опускается и вдавливает препрег в углубления, образованные пресс-планками 5 предыдущего ряда. Лотки 6, продолжая раздвигаться, освобождают две пресс-планки 5 слева и справа от центральной, и таким же образом под воздействием толкателя каждая пресс-планка 5, опускаясь и вдавливая препрег в соответствующие углубления, формует следующие две полусоты. Процесс выполняется последовательно от центра кондуктора 1 к его краям по мере прогрева препрега и раздвижения лотков 6. Препрег 8 свободно скользит по лоткам 6, обеспечивая заполнение формы без напряжения. Опущенные вниз пресс-планки 5 оставляют до окончания формирования слоя. Последовательная пошаговая формовка обеспечит плотное прилегание препрега между пресс-планками 5 и надежное соединение слоев препрега. Отсутствие внутренних напряжений при дальнейшей полимеризации обеспечит более жесткую конструкцию сотового наполнителя. Завершив формование первого слоя препрега, лотки 6 возвращают к центру. Следующий ряд пресс-планок 5 укладываются на лотки 6 со следующим листом препрега, но уже над ребрами 3 кондуктора, имеющими большую высоту, и операция формования листа препрега повторяется аналогичным образом. Далее укладку повторяют и пресс-планки 5 следующего ряда вновь укладывают над ребрами 4, имеющими меньшую высоту. Процесс формования повторяют аналогичным образом. Далее при укладке пресс-планок 5 каждого следующего ряда их положение чередуют и установку производят поочередно над ребрами 3 и 4 для получения ячеистой структуры формуемого блока. Процесс формования продолжают до получения сотового блока необходимой высоты.
По мере заполнения кондуктора на высоту 30-50 мм сформованный блок начинаю прогревать горячим воздухом для полимеризации. При этом пресс-планки 5 давят на слои препрега, плотно прижимая их друг к другу в местах соприкосновения. После заполнения кондуктора до верха, нижний ряд пресс-планок 5 извлекают из склеенного сотового наполнителя и устанавливают, как было описано выше, для формования последующих верхних слоев сотового блока. Так, последовательно высвобождая нижние ряды, сотовый блок продвигается вниз, а процесс наслоения новых рядов сверху делает его непрерывным.
При данном способе формовки сотового наполнителя возможен непрерывный автоматический цикл изготовления сотового блока размерами по длине до 1250 мм, ширине до 150 мм, неограниченно по высоте, с размером ячейки 5мм.
Автоматизация процесса позволит выйти на промышленные масштабы производства, при том, что на сегодняшний день производство сотового наполнителя из препрегов возможно только на лабораторном уровне.
Меняя плотность препрега и не изменяя при этом настройки и оснастку линии, возможно варьировать прочностные характеристики получаемых сотовых блоков.