книги / Новые материалы и технологии.-1

легкие и недорогие конструкции, т.е. получать оптимальные из­ делия.

Рассмотрим основные сцособы формования изделий из композиционных материалов. При этом будем иметь в виду, что здесь структура материала взаимосвязана со способом формова­ ния, а способ формования зависит от формы изделия.

4.1. Намотка

Намотка в настоящее время является самым широко при­ меняемым методом формования изделий из волокнистых компо­ зитов. Выбор этого метода определяется, прежде всего, геометри­ ческой формой будущего изделия - тела вращения (труба, обо­ лочка, конус, параболоид, сосуд давления самый разной формы - кокон, шар, овалоид и др.). Возможна намотка и коробчатых кор­ пусных изделий со скругленными ребрами, а также изделий дру­ гих форм. Намотка по сравнению с другими методами формова­ ния позволяет помимо формы обеспечить и высокие механиче­ ские характеристики изделия. Она дает возможность наиболее эффективно оптимизировать схему армирования изделия, учиты­ вая направления и уровни действующих нагрузок и напряжений. Намотка всегда подразумевает механическую укладку армирую­ щего материала со связующим по определенным траекториям в виде слоя и далее наращивание количества слоев до полного на­ бора толщины изделия. Именно намоткой изготовляют боль­ шинство корпусных и оболочечных изделий в ракетно-косми­ ческой отрасли (рис. 6).

Существует несколько видов намотки:

•кольцевая;

•спирально-перекрестная;

широко применяется при формовании различных изделий; осо­ бенно эффективна «мокрая» намотка при изготовлении крупно­ габаритных конструкций сложной формы.

«Сухой» метод формования заключается в том, что арми­ рующий материал заранее пропитывают связующим, делая это на специальном оборудовании. Выделение пропитки в само­ стоятельную технологическую операцию позволяет получать ленту со связующим лучшего качества. Пропитка ленты проис­ ходит при ее протяжке через ванночку со связующим. При этом используется низковязкий состав, получаемый введением в него растворителей (спиртово-ацетоновой смеси). Это значительно повышает качество пропитки ленты. Далее пропитанная лента проходит через сушильную камеру, и из связующего испаряется растворитель. На выходе из камеры пропитанная и подсушенная лента наматывается на приемную кассету. Такая лента со свя­ зующим называется препрегом. При «сухом» методе обеспечи­ вается более четкий контроль процентного содержания связую­ щего и равномерное его распределение по слоям при намотке. «Мокрый» и «сухой» методы применяются как при кольцевой намотке, так и при других видах намотки.

При кольцевой намотке укладка ленты производится в на­ правлении, близком к кольцевому, т.е. виток к витку, и перпен­ дикулярно к оси оправки. При этом получается однонаправлен­ но-армированный композит. Главным движением является вра­ щение оправки, раскладчик с лентой перемещается вдоль оси оправки, обеспечивая продольную подачу с заданным шагом. Шаг подачи равен ширине ленты (при намотке в£тык) или не­ сколько меньше ее (при намотке внахлест). ПрИ достижении крайнего положения (края оправки) подачу реверсируют и на-

лизуются два направления укладки: продольное (вдоль оси оп­ равки) и поперечное (кольцевое). Такая намотка называется продольно-поперечной (ППН).

Продольный слой укладывается одновременно большим количеством лент, сходящих с вертлюга, вращающегося син­ хронно с оправкой (в одну сторону, с той же угловой скоро­ стью). При этом вертлюг дополнительно движется поступатель­ но вдоль оправки. Параллельно с укладкой продольного слоя, поверх его, идет намотка поперечного слоя отдельной лентой со специального раскладчика. В формировании продольного слоя участвуют п лент (катушек), ширина лент и их количество под­ бираются таким образом, чтобы при укладке они ложились встык друг к другу, тем самым образуя сплошной слой. Кольце­ вой слой наматывается одной лентой. В данном методе намотки удобнее использовать ленты - препреги. Благодаря совмещению продольной укладки и поперечной намотки обеспечивается вы­ сокая производительность процесса формования. Этот способ в основном применяют при изготовлении крупногабаритных ци­ линдрических оболочек.

Спирально-кольцевая намотка. Это комбинация двух видов намотки: спиральной и кольцевой, реализуемых на одном намоточном станке. Спирально-кольцевая намотка широко при­ меняется при изготовлении труб, замкнутых оболочек и других изделий. На рис. 10 показан вариант применения этой намотки на примере оболочки типа «кокон» с полюсными отверстиями.

Для такой намотки применяют пятикоординатный про­ граммный станок (рис. 11), так как это наиболее сложный вид намотки. Станок позволяет последовательно формировать на оправке спиральные и кольцевые слои. Спиральный слой фор-

мируют по всей поверхности оправки, а кольцевой - на ее ци­ линдрической части. Соотношение спиральных и кольцевых слоев, их толщины рассчитывают заранее и задают как техноло­ гические параметры. Для столь сложных по форме изделий раз­ работаны управляющие программы, в соответствии с которыми идет процесс намотки слоев.

со

Рис. 10. Схема совмещенной спирально-кольцевой намот­ ки изделия типа «кокон»: 1 - оправка; 2 - раскладчик кольцевой намотки; 3 - лента кольцевой намотки; 4 - лен­ та спиральной намотки; 5 - раскладчик спиральной на­ мотки; П - продольная подача; S - продольная подача кольцевой ленты; R - радиальная подача; ш - вращение оправки - главное движение; ср - угол разворота расклад­

чика; а - угол укладки спиральной ленты

Непрерывная намотка с использованием шаговой оп­

равки. Этот способ применяется при массовом производстве

стеклопластиковых труб. Отличие данной технологии заключа­

ется в следующем: