RU2337817C2

RU2337817C2 - Method for making objects from composite materials

Info

Publication number: RU2337817C2
Application number: RU2006139861/12A
Authority: RU
Inventors: Александр Григорьевич Мелехин (RU); Александр Григорьевич Мелехин; Александр Михайлович Минченков (RU); Александр Михайлович Минченков
Original assignee: Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра"
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-11-10
Also published as: RU2006139861A

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: processing of making objects from composite material involves depositing layers of initial material, saturated with binding substance, onto rigid mandrel and solidification of the obtained packet under effect of temperature and pressure in an autoclave. Later the work pieces undergo mechanical processing of dimensions. To increase the quality of the objects made from composite material, before solidification, on the outer surface of the packet of material a row of rubber bundles with a circular cross section of the same diameter is put, arranging the bundles along the packet uniformly along the perimeter. The bundles are tied to the initial material by scotch tape. After solidification, they are then unfastened and the bundles are then removed. The obtained work pieces undergo mechanical processing for dimensions.

EFFECT: higher quality of products from composite material through improvement of structure of material.

2 dwg

Description

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно деталей для силовых конструкций, например вкладышей сопловых блоков ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).The invention relates to a technology for manufacturing products from composite materials, namely, parts for power structures, for example, liners of nozzle blocks of solid propellant rocket engines (solid propellant rocket engines).

В процессе работы двигателя материал вкладышей газового тракта сопловых блоков РДТТ подвергается воздействию высокой температуры и давления, а также сильному эрозионному воздействию продуктов сгорания твердого топлива, что обуславливает предъявление повышенных требований к качеству изготовления деталей из композиционных материалов.During engine operation, the material of the gas path liners of the RDTT nozzle blocks is exposed to high temperature and pressure, as well as to the strong erosive effect of solid fuel combustion products, which leads to increased requirements for the quality of manufacturing parts from composite materials.

Известен способ изготовления изделий из композиционных материалов, включающий нанесение пропитанных связующим слоев исходного материала на жесткую оправку и отверждение полученного пакета под воздействием температуры и давления в автоклаве (см., например, И.М.Буланов, В.В.Воробей "Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов". М., 1998. Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, с.146-148) - прототип.A known method of manufacturing products from composite materials, including applying the binder-impregnated layers of the starting material onto a rigid mandrel and curing the resulting packet under the influence of temperature and pressure in an autoclave (see, for example, I.M. Bulanov, V.V. Vorobey, "Rocket technology and aerospace structures made of composite materials ". M., 1998. Publishing house of MSTU named after NE Bauman, p.146-148) - prototype.

Применение известного способа для изготовления изделий из композиционных материалов показало, что на наружной поверхности имеются дефекты в виде радиальных складок, которые идут внутрь изделия, и в ряде случаев могут достигать внутренней поверхности. Складки образуются в пакете материала при усадке в процессе отверждения и последующего охлаждения, распределяются по периметру изделия неравномерно, при этом высота складок может достигать значительной величины.The application of the known method for the manufacture of products from composite materials showed that on the outer surface there are defects in the form of radial folds that go inside the product, and in some cases can reach the inner surface. Folds are formed in the material package during shrinkage during the curing and subsequent cooling, are distributed unevenly around the product, and the height of the folds can reach a significant value.

При механической обработке наружной поверхности изделия в зоне высокой складки может быть перерезано большое количество слоев (3 и более) материала, что снижает прочность изделия.When machining the outer surface of the product in the zone of high folds, a large number of layers (3 or more) of material can be cut, which reduces the strength of the product.

В процессе эксплуатации изделия в зоне значительной по высоте складки может произойти разрушение, что недопустимо для деталей сопловых блоков РДТТ.During operation of the product in a zone of significant fold height, destruction can occur, which is unacceptable for parts of solid propellant nozzles.

Наличие складок приводит к снижению качества изготавливаемых изделий из композиционных материалов.The presence of folds leads to a decrease in the quality of manufactured products from composite materials.

Технической задачей данного изобретения является улучшение качества изготовления изделий из композиционных материалов.The technical task of this invention is to improve the quality of manufacturing products from composite materials.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделий из композиционных материалов, включающем нанесение пропитанных связующим слоев исходного материала на жесткую оправку и отверждение полученного пакета под воздействием температуры и давления, перед отверждением размещают на наружной поверхности пакета материала ряд резиновых жгутов с круглым поперечным сечением одинакового диаметра, располагая их вдоль образующей пакета равномерно по периметру, фиксируют жгуты, проводят отверждение, после отверждения расфиксируют и удаляют жгуты, затем производят механическую обработку заготовки на размер.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing products from composite materials, including applying the binder-impregnated layers of the starting material onto a rigid mandrel and curing the resulting package under the influence of temperature and pressure, a number of rubber bundles with the same circular cross section are placed on the outer surface of the material package before curing diameter, placing them along the generatrix of the package evenly around the perimeter, fix the harnesses, conduct curing, after curing the rafts siruyut harnesses and removed, and then produce a mechanical processing of the workpiece on resolution.

Размещение на наружной поверхности пакета материала ряда резиновых жгутов, расположенных вдоль образующей равномерно по периметру, позволяет регулировать процесс перераспределения материала при усадке на оправке в течение времени отверждения и последующего охлаждения, при этом исключается образование складок в зонах установки жгутов, при наличии незначительных искривлений на участках поверхности между этими зонами.Placing on the outer surface of the material package a series of rubber tows arranged uniformly along the perimeter along the generatrix, it is possible to control the process of material redistribution during shrinkage on the mandrel during the curing time and subsequent cooling, while the formation of wrinkles in the installation areas of the harnesses is excluded, if there are slight distortions in the sections surfaces between these zones.

Фиксирование жгутов (закрепление на наружной поверхности пакета материала) позволяет исключить возможность смещения жгутов относительно друг друга в процессе отверждения материала.Fixing the bundles (fixing on the outer surface of the package of material) eliminates the possibility of shifting the bundles relative to each other during the curing of the material.

Расчетно-экспериментальным путем установлено, что оптимальным, с точки зрения получения наилучшей структуры композиционного материала, является установка жгутов с круглым поперечным сечением, при этом, например, применение жгутов с клиновидным поперечным сечением показало, что в зонах установки таких жгутов в материале заготовки образуются нежелательные концентраторы напряжения.It was established by calculation and experimentally that, from the point of view of obtaining the best structure of the composite material, it is optimal to install bundles with a round cross section, while, for example, the use of bundles with a wedge-shaped cross section showed that unwanted ones form in the workpiece material in the areas of installation of such bundles voltage concentrators.

Применение жгутов с круглым поперечным сечением одинакового диаметра позволяет обеспечить при отверждении одинаковые условия воздействия на материал в каждой из зон, где установлены жгуты.The use of bundles with a round cross-section of the same diameter allows for the same conditions of impact on the material during curing in each of the zones where the bundles are installed.

Сущность способа поясняется чертежами.The essence of the method is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан пакет композиционного материала на оправке, помещенной в автоклав.Figure 1 shows a package of composite material on a mandrel placed in an autoclave.

На фиг.2 показано поперечное сечение пакета композиционного материала.Figure 2 shows a cross section of a package of composite material.

Изготовление изделий предлагаемым способом осуществляется следующим образом.The manufacture of products by the proposed method is as follows.

На металлическую оправку 1 наносят (выкладывают или наматывают) пропитанные связующим слои исходного материала 2, например углеродной ткани, до получения пакета требуемой толщины.On a metal mandrel 1, layers of the starting material 2, for example, carbon fabric, impregnated with a binder are applied (laid out or wound) until a packet of the required thickness is obtained.

Изготавливают из резины в пресс-форме ряд жгутов 3 (16 штук) с круглым поперечным сечением одинакового диаметра (12 мм).A number of bundles of 3 (16 pieces) are made of rubber in a mold with a circular cross section of the same diameter (12 mm).

Размещают жгуты 3 на наружной поверхности нанесенного на оправку 1 материала 2, располагая их вдоль образующей пакета, равномерно по его периметру.The harnesses 3 are placed on the outer surface of the material 2 applied to the mandrel 1, placing them along the generatrix of the package, evenly around its perimeter.

Скрепляют, например, лентой-скотчем жгуты 3 с материалом 2.Fasten, for example, with tape-tape plaits 3 with material 2.

Помещают оправку 1 с нанесенным материалом 2 и зафиксированными жгутами 3 в автоклав 4 и герметизируют его.Place the mandrel 1 with the applied material 2 and the fixed bundles 3 in the autoclave 4 and seal it.

Нагревают оправку 1 и корпус авоклава 4 до температуры отверждения композиционного материала при помощи нагревательных элементов (не показаны).The mandrel 1 and the autoclave body 4 are heated to the curing temperature of the composite material using heating elements (not shown).

Повышают давление Р воздуха в автоклаве 4 до требуемого для отверждения композиционного материала 2 значения.Increase the air pressure P in the autoclave 4 to the value required for the curing of the composite material 2.

Производят отверждение материала 2 под воздействием температуры и давления.Cure material 2 under the influence of temperature and pressure.

После отверждения материала 2 сбрасывают давление, охлаждают и разбирают автоклав 4, снимают ленту-скотч, расфиксируя при этом жгуты 3, и удаляют их.After curing the material 2, depressurize, cool and disassemble the autoclave 4, remove the adhesive tape, while unfastening the harnesses 3, and remove them.

Затем производят механическую обработку полученной заготовки композиционного материала на размер.Then produce the machining of the obtained billet of the composite material to size.

Результаты препарации опытных образцов, изготовленных предлагаемым способом, показали наличие, практически, однородной структуры материала готовой детали.The results of the preparation of prototypes manufactured by the proposed method showed the presence of an almost uniform structure of the material of the finished part.

Применение изобретения для изготовления вкладышей соплового блока РДТТ показало отсутствие складок в полученных заготовках и подтвердило высокую технологичность предлагаемого способа при обеспечении требуемого качества изготовления деталей из композиционных материалов.The use of the invention for the manufacture of inserts for the solid propellant nozzle block showed the absence of folds in the obtained blanks and confirmed the high adaptability of the proposed method while ensuring the required quality of manufacturing parts from composite materials.

Claims

Способ изготовления изделий из композиционных материалов, включающий нанесение пропитанных связующим слоев исходного материала на жесткую оправку, отверждение полученного пакета под воздействием температуры и давления, механическую обработку заготовки на размер, отличающийся тем, что перед отверждением размещают на наружной поверхности пакета исходного материала ряд резиновых жгутов с круглым поперечным сечением одинакового диаметра, располагая их вдоль образующей, скрепляют жгуты с исходным материалом скотчем, проводят отверждение, после отверждения раскрепляют и удаляют жгуты.A method of manufacturing products from composite materials, including applying the binder-impregnated layers of the starting material onto a rigid mandrel, curing the resulting package under the influence of temperature and pressure, machining the workpiece to a size characterized in that a number of rubber bundles are placed on the outer surface of the starting material package with round cross-section of the same diameter, placing them along the generatrix, fasten the bundles with adhesive tape with the starting material, conduct curing s, after curing releasable and remove the harnesses.