книги / Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов

смешения, устанавливаемым экспериментально в зависимости от вязкости каучука, температуры и применяемого оборудова­ ния.

Подготовка поверхности закладных деталей и оснастки

Качество поверхности определяет прочность соединения деталей, а следовательно, и работоспособность изделия в целом. Процесс подготовки поверхности состоит из операций меха­ нической и химической обработки.

Механические методы предназначены для удаления окали­ ны, ржавчины, заусенцев и создания требуемой шероховатости поверхности. Известно, что адгезия различных покрытий на­ ходится в прямой зависимости от истиной поверхности скле­ ивания, определяемой шероховатостью. Существует оптималь­ ный параметр шероховатости для разных подложек. Так, для крепления металлов и стеклопластиков с резинами необходим параметр шероховатости = 20...80 мкм.

К механическим методам создания шероховатости отно­ сятся струйная обработка металлической дробью, электроко­ рундом или другими абразивами, зачистка шлифовальной шкуркой или металлическими щетками. Существуют дробе­ струйная и дробеметная обработка, которые различаются способом разгона абразива. Дробеструйные аппараты разго­ няют абразив до нужной скорости сжатым воздухом. Дробеметные аппараты, работающие на метательном эффекте, в несколько раз производительнее дробеструйных. Для цехов и участков ТЗМ, имеющих большую номенклатуру изделий, но относительно малый объем производства, преимущества дробеструйных аппаратов, т.е. простота конструкции и гиб­ кость технологии, очевидны.

Струйную обработку применяют для деталей, толщина сте­ нок которых выдерживает воздействие струи типа “мембрана” Для нежестких деталей поверхности зачищают шлифовальной шкуркой с зернистостью 40...110 мкм. Поверхности деталей из неметаллических материалов (пластики, резины) обрабатывают

Таблица 6.7

Марки резин и варианты их склеивания Варианты склеиваемых материалов и клеевых композиций

Оснастка, используемая для изготовления ТЗП, должна иметь хорошо подготовленные оформляющие поверхности, контакти­ рующие с ТЗМ. Обычно их полируют, хромируют и т.д. Для облегчения съема ТЗП с оснастки на оформляющие поверхности наносят слой разделительной смазки, в качестве которой приме­ няют различные кремнийорганические продукты: жидкости ПЭС-5 и ПМС-300, смазки М-5, К-21 и др. В ряде случаев на формы укладывают технологический слой из эластичной капро­ новой ткани, который предохраняет ее от загрязнений.

Изготовление теплозащитного покрытия днища

Внутренние ТЗП крупногабаритных изделий из КМ, как правило, представляют собой многослойные конструкции с закладными элементами в виде манжет, воротников, компен­ саторов и т.д. В связи с этим заготовку ТЗП изготавливают в

соответствии со специальным технологическим процессом, с последующей установкой на оправку и намоткой на него СО.

На оправку (пуансон) вначале укладывают разделительные и предохранительные слои материала защитно-крепящего слоя (ЗКС) и затем послойно различные раскрои резин до получения заданных толщин. В процессе выклейки ТЗП на форму в необходимых зонах устанавливают предварительно подформо­ ванные (но не отвержденные) замковую часть манжеты, ком­ пенсаторы, раскрепляющие ТЗП и затем фланец корпуса.

Форма для выклейки определяет внутренний профиль ТЗП, соответствующий размерам оправки для намотки с учетом усадок; конструкция формы позволяет установить фланец на неспрессованную резину и ограничить его перемещение до обеспечения заданной толщины резины под фланцем в процессе вулканиза­ ции. С наружной стороны ТЗП укладывают дренажные слои, устанавливают вакуумный мешок и крышку гидроклава. В по­ лость между мешком и крышкой гидроклава под давлением подают теплоноситель (глицерин), имеющий необходимую тем­ пературу. Полость между мешком и ТЗП через дренажные слои вакуумируют с целью удаления летучих веществ (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Пресс-форма для изготовления ТЗП днищ корпуса РДТТ:

1 - крышка гидроклавной формы; 2 —трубопровод для подачи глицерина; 3 — нагреватели; 4 —обогреваемые подставки; 5 —матрица; 6 —заготовка днища; 7 - фланец; 8 - внешняя теплозащита; 9 - вакуумный мешок

Крышку гидроклавной формы соединяют с формой болто­ вым соединением по фланцу или байонетным затвором, при

этом одновременно осуществляют защемление технологичес­ кого резинового мешка по бурту. Для надежной герметизации во фланце крышки имеются канавки, а на фланце формы - скругленные выступы. Бурт технологического мешка толщиной 4...8 мм одновременно используют в качестве уплотняющей прокладки.

Крышки гидроклавов снабжены системами автономного подогрева теплоносителя (чаще всего глицерина). Подогрев может быть паровым или электрическим. Для обеспечения равномерности температурного поля рабочие элементы систе­ мы обогрева выполняют секционными с возможностью вклю­ чения их в работу в различных комбинациях. Для уменьшения теплопотерь и форму, и крышки гидроклавов максимально теплоизолируют напылением пенопласта, укладкой асботкани и т.п. Для создания надежного теплоконтакта нагреватели гвдроклавной формы помещают в кожух, который заполняют сы­ пучим теплопроводным материалом (алюминиевая, чугунная дробь и т.п.).

Чтобы обеспечить заданные параметры технологического процесса, предусматривают принудительную циркуляцию теп­ лоносителя. В автоклаве —это системы нагнетающих вентиля­ торов, в гидроклаве —система насосов. Подогретый до темпереатуры 120... 130 °С глицерин закачивают в гидроклав по тру­ бопроводу насосами низкого давления и высокой производи­ тельности. В установившемся режиме при изменении давления производится подкачка горячего теплоносителя через дренаж­ ный клапан, отрегулированный на необходимое давление, и слив в подогревательный бак.

Для удаления летучих веществ при вулканизации полость между мешком и заготовкой вакуумируется с момента установ­ ки мешка и в течение всего процесса термообработки. Глубину

•вакуума необходимо поддерживать на уровне 0,8...0,9 ати. Для надежного удаления пузырей и захлопов летучих при вакууми­ ровании на наружную поверхность заготовки выкладывают по­ ристые дренажные слои стекло- и асботкани.

Массивные фланцы, особенно фланцы гидроклавных форм

икрышек, служат источником повышенных местных потерь теплоты, что может существенно сказаться на качестве изделия. Здесь оправдывает себя применение обогреваемых подставок,

значительно выравнивающих температурное поле. Важную роль при проведении процесса вулканизации играют вакуумные мешки. Если разрыв вследствие дефекта вакуумного мешка в автоклаве может и не повлиять на качество ТЗП, то разрыв мешка в гидроклаве ведет к попаданию жидкого теплоносителя на ТЗП и окончательному, неисправимому браку последнего. Поэтому мешки проходят тщательный контроль на целост­ ность, наличие пор, расслоения, а также контроль утонений способами наддува и обмыливания.

Для поддержания параметров технологического процесса в требуемых пределах (давление, температура, вакуум, время вы­ держки этих параметров на заданном уровне) автоклавную и гидроклавную установки оснащают необходимым комплексом измерительной и регулирующей стандартной аппаратуры. Учи­ тывая важность поддержания требуемой температуры именно в материале покрытия, кроме измерения температуры тепло­ носителя, датчиком (термопарой) измеряют температуру непо­ средственно на покрытии.

На наружную поверхность заготовки перед укладкой дренаж­ ного слоя наносят разделительный слой, предохраняющий по­ крытие от слипания, склеивания с дренажным слоем или ваку­ умным мешком. Чаще всего применяют нанесение на наружную поверхность из раствора слоя полиизобутилена (ПИБ). Однако при использовании ТЗП в дальнейшем технологическом процессе изготовления корпуса для создания прочного скрепления СО с ТЗП поверхностный слой ТЗП тщательно зашкуривают или об­ рабатывают шарошками на глубину внедрения ПИБ. Для круп­ ногабаритных изделий эта операция является весьма трудоемкой, поскольку практически не поддается механизации.

При изготовлении ТЗП необходимо осуществлять неполную вулканизацию, так как требуемые свойства ТЗП достигаются последующей совместной термической обработкой покрытия СО корпуса РДТТ.

После вулканизации наружную поверхность заготовки ТЗП зачищают от остатков разделительного слоя, проводят дефек­ тоскопию стенки днища и замеряют ее толщину.

Наиболее перспективным способом изготовления ТЗП со­ вместно с днищами является способ намотки предварительно экструдированного резинового профиля непосредственно на

В реальных условиях необходимо рассчитывать и корректи­ ровать режимы с учетом массы оправки, теплопроводности ма­ териала изделия, ТЗП оправки, толщины пластика, условий теп­ лообмена. Последнее является весьма существенным фактором, так как теплопередача осуществляется в основном путем конвек­ тивного теплообмена при наружном обогреве и существенно зависит не только от мощности печи для термообработки, но и от скоростей потоков теплоносителя, их направленности. Дина­ мика нагрева в зависимости от этих факторов для разных типов печей существенно различна, что подлежит обязательному учету.

Необходимо иметь в виду, что режим по температуре теп­ лоносителя для мгновенно нагревающихся образцов практи­ чески не отличается от оптимального, для реальных изделий температура в печи существенно превышает реальную темпе­ ратуру на поверхности и внутри стенки изделия. Это различие в зависимости от температуры конструкции оправки и выше­ приведенных факторов может быть значительным и достигать значений 20...40 °С.

При термообработке происходит окончательное формообра­ зование изделия, когда наряду с получением геометрических размеров изделия, повторяющих размеры расширяющейся при нагреве оправки, формируется и ось изделия. Как рассматрива­ лось выше, конструкции валов зависят от конструкции изделия и могут иметь различную жесткость. Немаловажным фактором в связи с этим является выбор места опор вала при термообработке. В любом случае необходимо оговаривать в документации и сле­ дить за тем, чтобы места крепления опор были расположены между собой на небольшом расстоянии. При этом оправка обя­ зательно должна опираться на опоры валом или жестко соеди­ ненными с ним деталями. Устанавливать опоры под цанги, по­ движные втулки и другие элементы во избежание нарушения геометрических размеров изделия не допускается. При разогреве связующее сначала резко теряет свою вязкость, подвижность его увеличивается и, особенно при неплотной упаковке арматуры, происходит некоторое стекание связующего под действием силы тяжести. Для малогабаритных изделий предпочтительным явля­ ется медленное вращение оправки (1— об/мин) на этапах, когда связующее еще не потеряло подвижности.

Важную роль играет способ закрепления элементов изделия и оправки на валу в процессе термообработки. Коэффициенты линейного расширения стального вала, песчано-полимерной оп­ равки, изделия различны и ввиду разной массы и температуро- и теплопроводности деформируются в процессе нагрева —охлаж­ дения во времени с неодинаковой скоростью. Это важнейшее обстоятельство обусловливает необходимость, во избежание раз­ рушения оправки, необратимых деформаций и даже разрушения изделия, раскрепления изделия от оправки и вала. Если один из держателей фланца и шпангоутов жестко связан с валом, то противоположным фланцу и шпангоуту необходимо обеспечить возможность свободного осевого перемещения. Жесткое скреп­ ление вала, оправки, фланцев, шпангоутов в одну систему обя­ зательно приводит к таким дефектам как отслоение фланца от оболочки, отрыв шпангоута, нарушение монолитности, на грани­ це “юбка” —СО и т.п. Даже в редких случаях, когда целостность изделия при жестком скреплении не нарушается, остаточные напряжения будут велики, и обеспечение заданных геометричес­ ких размеров изделия и сохранение их неизменными во времени будет практически неразрешимой задачей. Несмотря на развитие различных способов отверждения КМ вплоть до радиационного, наибольшее применение получили способы термообработки в печах конвективного теплообмена.

В последнее время на практике начинают применять более экономичные печи аэродинамического нагрева. Для контроля и регулирования температуры в печах (или по датчикам на поверх­ ности изделия) применяют автоматизированные системы.

После завершения процесса термообработки и извлечения изделия из печи не следует немедленно приступать к разборке оправки. Необходимо дать закончиться релаксационным процес­ сам выравнивания и перераспределения внутренних напряжений.

Эти процессы протекают довольно длительно, но опытным путем установлено, что разборка и извлечение оправки через 1—1,5 сут. после извлечения изделия из печи надежно обеспе­ чивают воспроизводимость геометрических размеров изделия и низкий уровень остаточных напряжений в материале.

Типовая обобщенная структурная схема изготовления кор­ пуса РДТТ приведена на рис. 6.11; корпуса РДТТ, полученные намоткой — на рис. 6.12.