CC BY
114Технические характеристики станка ЭПП-13
Наименование параметра Значение
Диаметры прошиваемых отверстий, мм 0,1...3
Максимальные габариты детали исполнение 1 (для деталей типа «цилиндр») исполнение 2 (для деталей типа «диск»)
Диаметр, мм 30 50
Длина, мм 100 20
Количество управляемых координат 4 5
Габаритные размеры станка (ДхШхВ), мм 610x900x1650
Емкость бака, л 40
Рабочая жидкость вода очищенная
Электрическая сеть 3-фазная
Напряжение питания, В 380
Частота питающего напряжения, Гц 50
Напряжение между электродами, В 20.160
Ток обработки, А 1.10
Длительность импульса, мкс 1.30
Частота следования импульсов, кГц 1.100
При заглублении ЭИ в тело детали возникают проблемы с эвакуацией продуктов эрозии из межэлектродного промежутка (МЭП), и, как следствие, уменьшается скорость эрозии. Электроэрозионная головка станка обладает адаптивной функцией поддержания заданного МЭП. Данная функция работает следующим образом: в управляющей программе в процентном соотношении задаются предельные значения импульсов холостого хода (ХХ) и короткого замыкания (КЗ), обеспечивающие стабильное протекание процесса и приемлемую производительность. Увеличение относительной доли импульсов ХХ говорит о том, что скорость эрозии выше скорости подачи ЭИ и величина МЭП увеличивается. В этом случае скорость подачи ЭИ увеличивается. При увеличении числа импульсов КЗ возникает обратная ситуация, и скорость подачи ЭИ уменьшается.
Зажим ЭИ осуществляется электромагнитами либо пневмозажимами. Зажимы работают попеременно, один зажим подвижный и установлен на линейном двигателе, другой не- подвижный и установлен в непосредственной близости к детали. Попеременная работа захватов позволяет «перехватывать» ЭИ, то есть использовать ЭИ, подаваемый из бухты.
Станок оснащён баком на 40 литров и замкнутой системой водоочистки, обеспечивающей очистку во-
ды от шлама и позволяющей работать в автономном режиме от цеховой водной магистрали.
В заключение можно сказать, что электроэрозионный станок ЭПП-13 является универсальным станком для прошивки отверстий малого диаметра в дисковых и цилиндрических деталях, не имеющий отечественных аналогов, способен конкурировать по производительности и качеству с зарубежными станками, но имеет более низкую стоимость (отпускная цена станка ЭПП-13 примерно в 2 раза ниже по отношению к зарубежным аналогам).
Библиографическая ссылка
1. Моргунов Ю. А., Панов Д. В., Саушкин Б. П., Са-ушкин С. Б. Наукоемкие технологии машиностроительного производства. Физико-химические методы и технологии / под ред. Б. П. Саушкина. М. : Форум, 2013. 928 с.
Reference
1. Morgounov Y. A., Panov D. V., Saushkin B. P., Saushkin S. B. High Tech engineering production. Physico-chemical methods and technologies / ed. B. P. Saushkina. M. : Forum, 2013. 928 p.
© Груздев А. А., Селивёрстов А. В., Королёв А. Н., Демидов Д. В., Кушнаренко С. В. 2014
УДК 678
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ФОРМОВАНИЯ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
М. А. Дектярева, Е. А. Жирнова
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected].
Рассмотрены методы формования изделий из полимерных композиционных материалов. Проведен сравнительный анализ вакуумного и автоклавного формования для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов, применяемых в аэрокосмической отрасли.
Ключевые слова: вакуумное формование, автоклавное формование, технологический процесс, высокомодульные волокна.
Решетневскуе чтения. 2014
METHOD ANALYSIS OF MOLDING COMPOSITE STRUCTURES
M. A. Dektyareva, E. A. Zhirnova
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected].
The methods offormation of products from polymeric composite materials are studied. A comparative analysis of the vacuum and autoclave molding to manufacture polymer composite materials used in aerospace industry is done.
Keywords: vacuum molding, autoclave molding process, high modulus fibers.
В настоящее время во всем мире наблюдается повышенный интерес к применению полимерных композиционных материалов (далее - ПКМ). Зарубежный опыт использования композитов показывает, что доля применения композитов в авиастроении и ракетно-космической технике каждые пять лет удваивается.
В общем виде технология изготовления изделий из ПКМ включает в себя следующие основные операции: подготовка исходных компонентов композита (армирующего наполнителя и связующего); совмещение армирующего наполнителя с матрицей; формообразование изделия; отверждение связующего; механическая обработка изделия; контроль качества.
Основные технологические процессы формования деталей из ПКМ приведены ниже (см. рисунок) [1]. Из всего разнообразия наиболее широко применяюся в авиационной и аэрокосмической отрасли методы вакуумного, вакуум-автоклавного формования композитных конструкций. Это связано с тем, что данные методы позволяют получить изделия, которые соответствуют высоким требованиям по размеро- и термостабильности и геометрической точности.
Для изготовления изделий из ПКМ методом вакуум-автоклавного формования в настоящее время в основном применяют препреговые технологии, заключающиеся в следующем [2]: 1) предварительно пропитанный армирующий наполнитель (препрег) раскраивают на заготовки; 2) выкладывают послойно заготовки препрега на оснастку; 3) собирают техно -
логический пакет с применением вспомогательных материалов (плёнка для вакуумного мешка, разделительные плёнки, герметизирующие жгуты, дренажные материалы и др.); 4) при повышенных давлении и температуре в автоклаве проводят отверждение; 5) производят зачистку отвержденных изделий. Процесс автоклавного формования осуществляется под действием давления сжатых газов или жидкостей на формуемое изделие, что обеспечивает высокий уровень физико-механических свойств и низкую пористость получаемых пластиков. На свойства изделий решающее влияние оказывают технология выкладки препрега на форму, тип и свойства вакуумного мешка и т. д.
Для метода автоклавного формования характерны: возможность получения изделий равномерной толщины; формования крупногабаритных изделий; высокое качество поверхности изделий.
К недостаткам метода автоклавного формования относится высокая энергоёмкость: оборудование для формования (автоклав), оснастка и технологические материалы имеют высокую стоимость; требуются затраты ручного труда, поэтому метод малопригоден для массового производства изделий. Перспектива снижения стоимости процесса (соответственно, и изделий) связана с механизацией и автоматизацией ряда операций, сокращением благодаря этому трудовых затрат и подбором лучших материалов для вакуумных мешков.
Основные технологические процессы формования деталей из ПКМ [1]
Исследуется возможность применения для этого метода термостойких и долговечных мешков из силиконового каучука, которые можно использовать многократно. В частности, важно выбирать температуру и давление с учетом характеристик процесса отверждения, так как эти параметры оказывают значительное влияние на свойства формуемого изделия [2].
В связи с дороговизной автоклавного метода всё более распространенным способом изготовления сла-бонагруженных изделий из ПКМ становится вакуумное формование. Получаемые таким образом изделия, ввиду приложения меньшего внешнего давления формования, проигрывают по эксплуатационным характеристикам пластикам, получаемым автоклавным методом.
Заслуживает внимание анализ путей повышения качества деталей из ПКМ, получаемых методом вакуумного формования, проведенный в работе [3] при изготовлении связующего, пропитке наполнителя и отверждении детали. Для очистки связующего от примесей низкомолекулярных веществ (побочных или не прореагировавших продуктов синтеза) используют: термовакуумирование смол в термокамере для удаления летучих веществ; метод очистки смол в пленочном дистилляторе при повышенных температурах и под вакуумом; метод непрерывной дегазации связующего непосредственно перед пропиткой наполнителя; ультразвуковую обработку эпоксидных связующих, что способствует повышению адгезии к арамид-ному волокну; применение различных добавок типа BYK, что также споосбствует диспергации отверди-теля в связующем.
Для снижения летучих веществ в препреге на стадии его изготовления используют:
1. Пропитку наполнителя окунанием в ванну с жидким пропитывающим составом, для исключения воздушных включений применяют некапиллярную пропитку, отжим связующего через валы и т. д.
2. Для обеспечения лучшего смачивания волокон наполнителя путем варьирования состава композиций, что изменяет реологические (вязкостные) свойства связующих.
3. Пропитку наполнителя расплавным методом в вакуумной камере.
4. Ультразвуковое воздействие на препрег или обработку препрега высоким давлением (0,8.3,5 тыс. атм.)
5. Метод с дозированным посыпанием на поверхность армирующего наполнителя связующего в виде порошка, в котором минимальное количество летучих веществ, с последующей выкладкой слоёв в пакет и его формованием под прессом.
6. Метод двухстадийного изготовления препрега с использованием расплава связующего в виде плёнки,
с пониженным содержанием летучих веществ: на первой стадии изготавливается плёночное связующее на разделительной бумаге; на второй изготовленное плёночное связующее прикатывается к армирующему наполнителю, но не пропитывает его, что улучшает деаэрацию на стадии вакуумировании технологического пакета.
Для очистки наполнителей от замасливателей, примесей, сорбированной влаги используют метод термообработки наполнителя или сочетание его с ультразвуковым методом; термовакуумирование наполнителя, т. е. сушку в вакуумной камере для удаления летучих веществ и влаги из микротрещин и межволоконного пространства в нитях наполнителя для свободного проникновения в них связующего.
Анализ технологий, применяемых на ведущих российских и зарубежных предприятиях, показывает, что изготовления размеростабильных конструкций для ракетно-космической техники из ПКМ с заданными точностными характеристиками возможно путем VARTM- и RTM-формования с последующим отверждением в автоклаве.
Библиографические ссылки
1. Кербер М. Л., Виноградов В. М., Головкин Г. и др. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология : учеб. пособие / под ред. А. А. Берлина. СПб. : Профессия, 2008. 560 с.: ил.
2. Душин М. И., Хрульков А. В., Мухаметов P. P. Выбор технологических параметров автоклавного формования деталей из полимерных композиционных материалов // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 3. С. 20-26.
3. Тимошков П. Н., Коган Д. И. Современные технологии производства полимерных композиционных материалов нового поколения // Труды ВИАМ. 2013. № 4.
References
1. Polymer composite materials: structure, properties, technology: ucheb.posobie / M. L. Kerber, V. M . Vinogradov, G.. Golovkin et al. / ed. A. A. Berlin. St.-Petersburg : Profession, 2008. 560 p.,
2. Dushin M. I, Hrulkov A. V., Mukhametov P. P. Choice of technological parameters autoclave molding parts made of polymer composite materials // Aviation materials and technology. 2011. № 3. P. 20-26.
3. Timoshkov P. N., Kogan D. I. Modern technologies of production of polymer composite materials of new generation // Proceedings VIAM. 2013. № 4.
© Дектярева М. А., Жирнова Е. А., 2014
