8. 6. Проектирование технологического

Процесса изготовления лопаток

Из полимерных композиционных

Материалов.

8.6.1..Требования к конструкции лопаток из полимерных композитных материалов (ПКМ).

Лопатки из ПКМ могут представлять цельную конструкцию, изго­тавливаемую за один прием, или комбинированную конструкцию - перо из ПКМ, полки лопатки металлические. Так как композиционные материалы имеют недостаточную прочность на межслойный сдвиг и низкую контактную прочностью, то передачу нагрузок от лопаток на корпусные детали осу­ществляют по поверхности, имеющей большую площадь, чем у металли­ческой конструкции. При действии высоких контактных нагрузок на пе­ро лопатки крепятся металлические фольговые накладки (обечайки). В конструкции лопатки предусмотрена защита кромок и поверхности от ударного и эрозионного воздействия. Одна из типичных конструкций лопатки из ПКМ показана на рисунке 8. 13.

Для лопаток, подверженных воздействию ударных нагрузок, реко­мендуется применение комбинированных композитов типа стеклоуглепластика, металлоуглепластика и органоуглепластика.

Схема армирования должна быть согласована с направлением дейс­твия основных нагрузок для обеспечения минимальных напряжений в материале лопатки, а также обеспечивать симметричную уравновешенную структуру материала для исключения коробления конструкции.

Слои материала в зоне кромок укладываются таким образом, чтобы они не выходили наружу, а огибали кромку. В качестве таких слоев, применяются материалы типа тканей, фольги, сеток.

Толщина слоя материала, количество слоев в пакете и состояние препрега должны обеспечивать удельное давление прессования 0,3-1,0 МПа при массовой доле связующего компонента в отпрессованной лопатке 35-40 %.

Лопатка выполняется сборкой отдельных слоев материала со спинки к корыту от больших слоев к меньшим и снова к большим слоям (рисунок 8.14).

Входная кромка лопатки защищается металлической оковкой. Для увеличения прочности на межслойный сдвиг выходную кромку можно про­шить органонитями, стеклонитями, металлическими скобками. Кроме того, выходная кромка защищается накладкой из металлической сетки.

Верхние слои со стороны спинки и корыта могут быть выполнены вместе. При этом ткань огибает выходную кромку.

Лопатка с замкнутой структурой выполняется навивкой материала, представляющего собой послойную развертку лопатки, от наружных контуров к центру.

Навивка осуществляется от первого внутреннего слоя к наруж­ному.

Для обеспечения замкнутости слоев материала развертка выполня­ется из слоистых материалов типа тканей, фольги и т. п.

При раскрое материала развертка слоев вырезается под опреде­ленным (установочным) углом, обеспечивающим уравновешенную и симметричную структуру. Полностью уравновешенная и симмет­ричная структура материала лопатки обеспечивается за счет располо­жения слоев углеродной ленты (слои управления) под углами, уравно­вешивающими слои развертки.

В случае больших габаритов лопаток развертка слоев выполняется из нескольких частей или комбинируется из развертки и отдельных слоев КМ. Замыкание контура может производиться по вариантам представленным на рисунке 8.15.

На каждый слой развертки может укладываться по несколько слоев углеродной ленты, кроме слоев управления, для обеспечения необходи­мого уровня прочности и жесткости материала. Массовая доля углерод­ного волокна в стеклоуглепластике может достигать 54%.

В полости между сгибами слоев требуется устанавливать вкладыши из высокомодульного наполнителя для повышения упруго-проч­ностных характеристик и стабильности свойств материала.

Замкнутая структура материала лопатки из ПКМ обеспечивает по­вышение прочности конструкции на межслойный сдвиг и изгиб, жесткости и усталостной прочности, стойкости кромок к удару.

Для изготовления лопаток направляющего аппарата могут приме­няться ткани из стеклоуглепластика, стеклоорганопластнка, углерод­ная лента, органоткань, органостеклоткань и различные связую­щие материалы.

При выборе ПКМ для лопаток необходимо ориентироваться на их свойства при повышенных температурах в соответствии с температурны­ми условиями работы двигателя.