RU2415012C1 - Method of producing article from polymer composite material - Google Patents

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to method of fabricating article from polymer composite material, e.g. relief filler, by plastic deformation of thermoplastic prepreg. Proposed method comprises forming primary saw-like corrugation in crosswise direction, preset-structure corrugation with contact spots and preset bend angle, and deep symmetric cellular relief. Relief formation is performed by deforming preset-structure corrugation in crosswise direction with formation of flat contact spots on crests of cellular filler. Note here that flat contact spots are provided with holes with diametre equal to that of contact spot, or diametre exceeding the latter.

EFFECT: lower stiffness relief filler, reduced labour input, higher adhesion between filler and shell.

2 cl, 1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к области изготовления изделий из полимерных композиционных материалов, а конкретно к способам изготовления рельефных заполнителей, применяющихся в трехслойных конструкциях, и может быть использовано для изготовления панелей и оболочек в строительстве, авиа- и судостроении.The invention relates to the field of manufacturing products from polymer composite materials, and specifically to methods for the manufacture of embossed aggregates used in three-layer structures, and can be used for the manufacture of panels and shells in construction, aircraft and shipbuilding.

Известен способ изготовления заполнителя зигзагообразной гофрированной конструкции, в котором формирование гофра ведут методом гибки исходного гофрированного листового материала, при котором на выступах и впадинах рельефа участка исходной заготовки, равного по длине шагу зигзагообразного гофра, формируют соответственно впадины и гофры участка зигзагообразного гофра с образованием зигзагообразных линий излома по вершинам выступов и впадин (патент РФ №2100119).A known method of manufacturing a filler of a zigzag corrugated structure, in which the formation of the corrugation is carried out by bending the original corrugated sheet material, in which on the protrusions and depressions of the relief of the portion of the original workpiece, equal in length to the step of the zigzag corrugation, respectively form depressions and corrugations of the section of the zigzag corrugation with the formation of zigzag lines fracture along the tops of the protrusions and depressions (RF patent No. 2100119).

Известен способ изготовления складчатой конструкции заполнителя многослойной панели, включающий сгибание листовой заготовки до образования зигзагообразных гофров объемной рельефной конструкции и выполнение бороздки с обеих сторон листовой заготовки по линиям сгиба выступов и впадин развертки складчатой конструкции шириной, равной не менее толщины листа, глубиной и профилем, допускающим складывание зигзагообразных гофров складчатой конструкции (патент РФ №2238845).A known method of manufacturing a folded structure of a filler of a multilayer panel, comprising bending the sheet blank to form zigzag corrugations of a three-dimensional embossed structure and making a groove on both sides of the sheet blank along the fold lines of the protrusions and troughs of the sweep of the folded structure with a width equal to at least the thickness of the sheet, depth and profile, allowing folding zigzag corrugations with a folded structure (RF patent No. 2238845).

Недостатками известных способов являются невозможность изготовления непрерывного полотна заполнителя, что увеличивает трудоемкость изготовления средне- и крупногабаритных панелей.The disadvantages of the known methods are the inability to manufacture a continuous web of aggregate, which increases the complexity of manufacturing medium and large panels.

Известен способ изготовления заполнителя зигзагообразной гофрированной структуры, в котором формирование гофра ведут путем придания листовой заготовке рельефности с углами выступов и впадин вдоль линий сгиба с последующим сжатием рельефной заготовки с боковых ее сторон до смыкания граней зигзагообразных гофров, после чего сложенную конструкцию растягивают в обратном сжатию направлении до получения заданной высоты заполнителя (патент РФ №2241562).A known method of manufacturing a filler of a zigzag corrugated structure, in which the formation of the corrugation is carried out by giving the sheet blank relief with the corners of the protrusions and depressions along the fold lines, followed by compression of the relief blank from its lateral sides until the faces of the zigzag corrugations are closed, after which the folded structure is stretched in reverse compression direction to obtain the specified height of the filler (RF patent No. 2241562).

Недостатком известного способа является невозможность изготовления непрерывного полотна заполнителя, а также большая сложность изготовления заполнителя с необходимой формой гофр, что будет приводить к большому проценту брака при изготовлении.The disadvantage of this method is the impossibility of manufacturing a continuous web of aggregate, as well as the great complexity of manufacturing aggregate with the necessary shape of the corrugation, which will lead to a large percentage of marriage in the manufacture.

Известен способ изготовления заполнителя гофрированной структуры, в котором листовая заготовка, в которой выполняются гофры, представляет собой трехслойную конструкцию со вспенивающимся материалом и двумя обшивками (патент EP №2018948).A known method of manufacturing a corrugated structure aggregate, in which the sheet blank in which the corrugations are made, is a three-layer structure with a foaming material and two lining (EP patent No. 2018948).

Недостатком известного способа является большая трудоемкость изготовления заготовки с последующим формованием из нее гофрированной структуры.The disadvantage of this method is the great complexity of manufacturing a workpiece with the subsequent formation of a corrugated structure from it.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления рельефного заполнителя путем пластического деформирования термопластичного препрега, включающий последовательное формование первичной пилообразной гофры, гофры заданной структуры с полосами контактов и заданным углом изгиба и глубокого, симметричного в плоскости ячеистого рельефа, причем формование ячеистого рельефа производят путем деформирования гофры заданной структуры в поперечном направлении с образованием плоских пятен контакта на вершинах ячеистого рельефа (патент РФ №2307032).Closest to the technical nature of the present invention is a method of manufacturing a relief aggregate by plastic deformation of a thermoplastic prepreg, comprising sequentially forming a primary sawtooth corrugation, a corrugation of a given structure with contact strips and a given bending angle and a deep, symmetrical in the plane of the cellular relief, and the cellular relief is formed by deforming the corrugation of a given structure in the transverse direction with the formation of flat spots of cont act on the tops of the cellular relief (RF patent No. 2307032).

Недостатком этого способа является большая жесткость получаемого рельефного заполнителя, что приводит к плохому прилеганию заполнителя к поверхности двойной кривизны с малыми радиусами изгиба. При большой жесткости заполнителя увеличивается трудоемкость изготовления трехслойных панелей за счет плохого прилегания заполнителя к поверхности двойной кривизны с малыми радиусами изгиба при изготовлении средне- и крупногабаритных изделий, что требует в дальнейшем применения двух и более полотен заполнителя с последующим их склеиванием. Кроме того, прочность склеивания обшивок в трехслойных панелях с рельефным заполнителем недостаточно высока за счет того, что приклеивание обшивок к пятну контакта осуществляется за счет образующихся клеевых галтелей только по внешнему контуру пятна.The disadvantage of this method is the high rigidity of the obtained relief aggregate, which leads to poor fit of the aggregate to the surface of double curvature with small bending radii. With a high rigidity of the aggregate, the laboriousness of manufacturing three-layer panels increases due to poor adhesion of the aggregate to the surface of double curvature with small bending radii in the manufacture of medium and large-sized products, which requires the further use of two or more aggregate sheets with their subsequent gluing. In addition, the bonding strength of the skin in three-layer panels with embossed aggregate is not high enough due to the fact that the skin is glued to the contact spot due to the adhesive galls formed only along the outer contour of the spot.

Технической задачей заявляемого изобретения является получение изделия - рельефного (ячеистого) заполнителя - с уменьшенной жесткостью, что, в свою очередь, приведет к уменьшению трудоемкости изготовления многослойных панелей и оболочек с рельефным заполнителем с применением минимального количества полотен заполнителя, а также к увеличению прочности склейки обшивок с заполнителем.The technical task of the claimed invention is to obtain products - embossed (cellular) aggregate - with reduced stiffness, which, in turn, will reduce the complexity of manufacturing multilayer panels and shells with embossed aggregate using a minimum number of aggregate webs, as well as to increase the bonding strength of the skin with placeholder.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ изготовления рельефного заполнителя путем пластического деформирования термопластичного препрега, включающий последовательное формование первичной пилообразной гофры, гофры заданной структуры с полосами контактов и заданным углом изгиба и глубокого, симметричного в плоскости ячеистого рельефа, формование которого производят путем деформирования гофры заданной структуры в поперечном направлении с образованием плоских пятен контакта на вершинах ячеистого рельефа, при этом в местах плоских пятен контакта выполнены отверстия диаметром, равным диаметру пятна контакта, или диаметром, большим диаметра пятна контакта.To solve the technical problem, a method for manufacturing a relief aggregate by plastic deformation of a thermoplastic prepreg is proposed, which includes sequential molding of a primary sawtooth corrugation, a corrugation of a given structure with contact stripes and a given bending angle and a deep, symmetrical in the plane of the cellular relief, the molding of which is carried out by deformation of the corrugation of a given structure in the transverse direction with the formation of flat contact spots on the vertices of the cellular relief, at In places of flat contact spots, holes are made with a diameter equal to the diameter of the contact spot, or a diameter larger than the diameter of the contact spot.

Отверстия диаметром больше пятна контакта выполняют на глубине не более 1/3 глубины ячеистого рельефа.Holes with a diameter larger than the contact spot are performed at a depth of not more than 1/3 of the depth of the cellular relief.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. После формования ячеистого рельефа с образованием на вершинах рельефа плоских пятен контакта, получаемые гофры попадают на штырьковые валы с режущими кромками на концах штырьков, которые вырезают в пятнах контакта отверстия.The proposed method is implemented as follows. After forming a cellular relief with the formation of flat contact spots on the tops of the relief, the corrugations obtained fall on the pin shafts with cutting edges at the ends of the pins, which are cut out in the contact spots of the hole.

Преимуществом предлагаемого способа является то, что получаемый рельефный заполнитель обладает пониженной жесткостью при наличии отверстий в пятнах контакта, равных по диаметру диаметрам пятен контакта, а в случае изготовления отверстий с диаметрами, большими, чем диаметры пятен контакта, жесткость заполнителя еще больше уменьшается, соответственно уменьшается и трудоемкость изготовления трехслойных панелей двойной кривизны с рельефным заполнителем за счет применения минимального количества полотен заполнителя. Кроме того, увеличивается прочность склейки обшивок в трехслойных панелях с заполнителем за счет того, что приклейка обшивок к заполнителю осуществляется за счет образующихся клеевых галтелей как по внешнему, так и по внутреннему контурам отверстия.The advantage of the proposed method is that the obtained relief aggregate has a reduced stiffness in the presence of holes in the contact spots equal in diameter to the diameter of the contact spots, and in the case of manufacturing holes with diameters larger than the diameters of the contact spots, the rigidity of the filler is further reduced, respectively reduced and the complexity of manufacturing three-layer panels of double curvature with embossed aggregate through the use of a minimum number of aggregate webs. In addition, the bonding strength of the skins in three-layer panels with a filler is increased due to the fact that the gluing of skins to the filler is carried out due to the formed adhesive fillets both on the external and internal contours of the hole.

На чертеже представлен рельефный заполнитель 1, изготовленный в виде листа, в котором выполнены равномерно расположенные выступы в ту и другую сторону от плоскости симметрии листа с образованием плоских пятен контакта 2 на выступах рельефа, в которых выполнены отверстия.The drawing shows a relief aggregate 1, made in the form of a sheet in which uniformly spaced protrusions are made on either side of the plane of symmetry of the sheet with the formation of flat contact spots 2 on the protrusions of the relief in which the holes are made.

Полученные образцы рельефного заполнителя использовались для изготовления трехслойных панелей.The obtained relief aggregate samples were used to make three-layer panels.

Были изготовлены трехслойные панели с рельефным заполнителем, размером 500×500 мм, изготовленным по способу-прототипу и предлагаемому изобретению. Причем отверстия изготавливались как равными диаметрам пятен контакта, так и больше диаметров пятен контакта. Рельефный заполнитель изготавливался из стеклоткани Т-15(П)76 (ТУ 6-48-107-94), пропитанной термопластом марки ПСК-1 (ТУ 2226-421-04872688-00) на основе полисульфона. Полученный заполнитель использовался для изготовления трехслойных панелей для последующего проведения сравнительных испытаний трехслойных панелей с рельефным заполнителем, выполненным по прототипу, и рельефным заполнителем по предлагаемому изобретению, т.е. с отверстиями, выполненными в местах пятен контакта. При укладке рельефного заполнителя на форму двойной кривизны определялись минимальные радиусы, при которых возможно было произвести укладку рельефного заполнителя на форму одним полотном, не разрезая его.Three-layer panels were made with embossed relief, size 500 × 500 mm, made by the prototype method and the present invention. Moreover, the holes were made both equal to the diameters of the contact spots, and more than the diameters of the contact spots. The relief aggregate was made of fiberglass T-15 (P) 76 (TU 6-48-107-94), impregnated with a thermoplastic brand PSK-1 (TU 2226-421-04872688-00) based on polysulfone. The obtained aggregate was used for the manufacture of three-layer panels for subsequent comparative tests of three-layer panels with a relief aggregate made according to the prototype and a relief aggregate according to the invention, i.e. with holes made in places of contact spots. When laying the relief aggregate on a double curvature form, the minimum radii were determined at which it was possible to lay the relief aggregate on the form with one cloth without cutting it.

При проведении испытаний жесткость заполнителя оценивалась по минимально возможным радиусам укладки одного полотна рельефного заполнителя размером 500×500 мм на форму двойной кривизны, при этом измерялись радиусы формы в поперечном направлении (в направлении ширины формы) - R₁ и в продольном направлении (в направлении длины формы) - R₂, т.е. чем меньше минимальные радиусы укладки одного полотна рельефного заполнителя размером 500×500 мм в двух перпендикулярных направлениях, тем меньше жесткость заполнителя, тем меньше трудоемкость изготовления трехслойных конструкций с рельефным заполнителем за счет использования меньшего количества полотен заполнителя при изготовлении этой конструкции. Также оценивалась прочность склеивания обшивок с рельефным заполнителем методом отрыва по ГОСТ 1 90069.During the tests, the rigidity of the aggregate was evaluated by the minimum possible laying radius of one relief aggregate web of size 500 × 500 mm on a double curvature shape, while the radii of the mold were measured in the transverse direction (in the direction of the mold width) - R ₁ and in the longitudinal direction (in the length direction forms) - R ₂ , i.e. the smaller the minimum laying radii of one sheet of embossed aggregate with a size of 500 × 500 mm in two perpendicular directions, the lower the rigidity of the aggregate, the lower the complexity of manufacturing three-layer structures with embossed aggregate due to the use of fewer aggregate webs in the manufacture of this structure. The bonding strength of casing with embossed filler was also evaluated by the separation method according to GOST 1 90069.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Пример 1Example 1

Был изготовлен рельефный заполнитель с отверстиями, диаметры которых равны диаметрам пятен контакта, т.е. равны 5,5 мм.A relief aggregate was made with holes whose diameters are equal to the diameters of the contact spots, i.e. equal to 5.5 mm.

В процессе изготовления трехслойной панели с рельефным заполнителем было установлено: минимальные радиусы укладки одного полотна ячеистого заполнителя размером 500×500 мм составили:In the process of manufacturing a three-layer panel with embossed aggregate, it was found: the minimum laying radii of a single mesh aggregate web of size 500 × 500 mm were:

R₁=200 мм; R₂=500 мм.R ₁ = 200 mm; R ₂ = 500 mm.

Прочность приклейки обшивок к рельефному заполнителю составила 0,64 МПа.The strength of gluing the skin to the relief aggregate was 0.64 MPa.

Пример 2Example 2

Был изготовлен рельефный заполнитель с отверстиями, диаметры которых больше диаметров пятен контакта, т.е. равны 6,5 мм. Отверстия были выполнены на глубине 1 мм от плоскости пятна контакта.A relief aggregate was made with holes whose diameters are larger than the diameters of the contact spots, i.e. equal to 6.5 mm. The holes were made at a depth of 1 mm from the plane of the contact spot.

В соответствии с испытаниями по примеру 1 было установлено:In accordance with the tests of example 1, it was found:

R₁=150 мм, R₂=250 мм.R ₁ = 150 mm, R ₂ = 250 mm.

Прочность приклейки составила 0,72 МПа.The bonding strength was 0.72 MPa.

Пример 3 - прототипExample 3 - prototype

В соответствии с испытаниями по примеру 1 было установлено:In accordance with the tests of example 1, it was found:

R₁=300 мм, R₂=800 мм.R ₁ = 300 mm, R ₂ = 800 mm.

Прочность склейки составила 0,54 МПа.The bonding strength was 0.54 MPa.

Как видно по результатам испытаний, приведенных в примерах 1, 2, 3, жесткость рельефного заполнителя с отверстиями уменьшилась по сравнению с образцом-прототипом не менее чем на 50% в поперечном направлении и не менее чем на 30% в продольном направлении, соответственно и трудоемкость изготовления трехслойных панелей с рельефным заполнителем становится меньше за счет использования меньшего количества полотен заполнителя. Также увеличивается прочность склейки обшивок с заполнителем на 10-20%.As can be seen from the test results in examples 1, 2, 3, the rigidity of the relief aggregate with holes decreased in comparison with the prototype specimen by at least 50% in the transverse direction and not less than 30% in the longitudinal direction, respectively, and the complexity the manufacture of three-layer panels with embossed aggregate becomes smaller due to the use of fewer aggregate webs. The bonding strength of cladding with aggregate is also increased by 10-20%.

Применение предлагаемого рельефного заполнителя позволяет уменьшить трудоемкость изготовления трехслойных конструкций за счет уменьшения жесткости изготавливаемого заполнителя. Качество изготовленных трехслойных конструкций при этом становится лучше за счет увеличения прочности конструкций.The use of the proposed relief aggregate can reduce the complexity of manufacturing three-layer structures by reducing the rigidity of the manufactured aggregate. The quality of the manufactured three-layer structures in this case becomes better due to an increase in the strength of the structures.

Claims (2)

1. Способ изготовления изделия из полимерного композиционного материала, например рельефного заполнителя, путем пластического деформирования термопластичного препрега, включающий последовательное формование первичной пилообразной гофры, гофры заданной структуры с полосами контактов и заданным углом изгиба и глубокого симметричного в плоскости ячеистого рельефа, формование которого производят путем деформирования гофры заданной структуры в поперечном направлении с образованием плоских пятен контакта на вершинах ячеистого заполнителя, отличающийся тем, что в местах плоских пятен контакта выполняют отверстия диаметром, равным диаметру пятна контакта, либо диаметром, большим диаметра пятна контакта.1. A method of manufacturing a product from a polymer composite material, for example a relief aggregate, by plastic deformation of a thermoplastic prepreg, comprising sequentially forming a primary sawtooth corrugation, a corrugation of a given structure with contact strips and a given bending angle and a deep symmetrical in the plane of the cellular relief, the molding of which is carried out by deformation corrugations of a given structure in the transverse direction with the formation of flat contact spots on the vertices of the cellular filling of Tell, characterized in that the ground plane contact spots are punched with a diameter equal to the diameter of the contact area or diameter greater diameter contact area. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отверстия диаметром больше пятна контакта выполняют на глубине не более 1/3 глубины ячеистого рельефа. 2. The method according to claim 1, characterized in that the holes with a diameter larger than the contact spot are performed at a depth of not more than 1/3 of the depth of the cellular relief.

Images