CC BY
15
УДК 62.03
РАЗРАБОТКА ПРИСПОСОБЛЕНИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПОНЕНТОВ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТВЕРЖДЕНИЯ
М. Н. Драганюк, В. Г. Маханьков, Д. В. Твердохлебов Научный руководитель - А. Е. Михеев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: vladislav2609@mail.ru
Показана разработкп и изготовление сушильных шкафов различных типоразмеров для изготовления образцов композиционных материалов с использованием компонентов высокотемпературного отверждения.
Ключевые слова: композитные материалы, высокотемпературное отверждение КМ, SolidWorks, Flow Simulation, сушильный шкаф.
EQUIPMENT DEVELOPMENT FOR MAKING COMPOSITE MATERIALS WITH THE USE OF COMPONENTS OF HIGH-TEMPERATURE CURING
M. N. Draganyuk, V. G. Makhankov, D. V. Tverdohlebov Scientific Supervisor - A. E. Miheev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: vladislav2609@mail.ru
Composite materials steadily replacing metals, including some conservative constructions such as rockets. This work is aimed at optimizing the process of making the products made of composite materials.
Keywords: composite materials, high-temperature curing of CM, SolidWorks, Flow Simulation, dry cabinet.
На сегодняшний день композитные материалы (КМ) все чаще применяются для изготовления таких деталей, как корпусные элементы самолетов, ракет и т. д., заменяют металлы в областях, в которых они применялись в течение долгого времени. Выполненные изделия из композитных материалов успешно применяются наряду с аналогичными изделиями из металла [1; 2].
Однако промышленное производство изделий из композитных материалов достаточно дорогой и трудоемкий процесс, поэтому основной целью проекта является создание приспособлений для сушки КМ, которые отвечали бы предъявляемым к ним требованиям, при этом имели бы низкую общую стоимость.
Сушильный шкаф необходим для изготовления образцов, предназначенных для проведения лабораторных испытаний согласно плану, приведенному ниже, а также для изготовления изделий из композитных материалов с использованием отработанной ранее технологией.
На основе предыдущей работы, установлено, что использование сушильного шкафа с большими габаритами и высоким энергопотреблением не целесообразно для проведения лабораторных испытаний [3].
Конструкция большого сушильного шкафа позволяет проводить термическую обработку изделий из композитных материалов размерами не более 1 400^400^350 мм (ДхШхВ). Такие габариты позволяют осуществлять как одновременное изготовление нескольких небольших изделий, так и отверждение довольно крупных.
Нагревательным элементом изготовленного изделия являются шесть галогеновых ламп мощностью 1 500 Вт каждая. Подключение выполнено последовательно-параллельно с расчетной суммар-
Секция «Проектирование и производство летательньк аппаратов»
ной мощностью 3 000 Вт и с возможностью увеличения рабочей мощности до 4 500 Вт. Данное ограничение связано с тем, что использование установки большей мощности может повлечь проблемы, связанные с повышением тока в бытовых источниках электропитания выше расчетного. Регулирование температуры осуществляется пропорционально-интегро-дифференцирующим регулятором (ПИД), обеспечивающим нагрев по заданной программе, а также поддержание температуры.
Необходимая рабочая температура сушильного шкафа должна достигать 180 °С. В процессе изготовления были выявлены и устранены такие проблемы как большие тепловые потери из-за низкой герметизацией стыков корпусных элементов и технологических отверстий, а также высокой теплоотдачей в связи с большой площадью поверхностей приспособления. Вышеуказанные недостатки конструкции были решены путем использования высокотемпературного герметика, а также было принято решение о применении теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты для обшивки внутренней поверхности сушильного шкафа.
Основными целями работы по изготовлению и испытаниям образцов являются:
1) определение марки смолы и отвердителя, которые в оптимальной пропорции обеспечивают наилучшие механические характеристики;
2) определение оптимальной программы нагрева при отверждении;
3) определение влияния пластификаторов в различных пропорциях на механические характеристики получаемого КМ;
4) анализ и синтез полученных данных [4].
В первую очередь была смоделирована модель сушильного шкафа для изготовления деталей из композитных материалов с возможностью использования компонентов высокотемпературного отверждения. Для этого 3Б-модель будущего изделия была проанализирована в среде SolidWorks Flow Simulation, которая является частью системы автоматизированного проектирования SolidWorks. На основе проведенных анализов был изготовлен сушильный шкаф, представленный на рис. 1.
Рис. 1. Схема сушильного шкафа (слева) и ПИД регулятор (справа)
[игобои каркас
Рис. 2. Схема малого сушильного шкафа
В ходе работы было принято решение о создании сушильного шкафа меньших размеров (300x300x400 мм) (см. рис. 2) для отработки технологии изготовления КМ. В нем предполагается изготавливать образцы КМ, созданных по нескольким технологиям и с использованием различных компонентов для механических испытаний. Данный шкаф позволит изготавливать образцы КМ с меньшими энергозатратами.
В результате был изготовлен сушильный шкаф, который позволяет получать изделия из композиционных материалов с использованием компонентов высокотемпературного отверждения в бытовых условиях. Также ведется работа по созданию малого сушильного шкафа для отработки технологии. Намечены основные пути развития работы, поставлены задачи на ближайшее будущее.
Библиографические ссылки
1. Буланов И. М., Воробей В. В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композитных материалов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. 514 с.
2. Гардымов Г. П., Мешков Е. В., Пчелинцев А. В. Композиционные материалы в ракетно-космическом аппаратостроении. СПб. : Спецлит, 1999. 272 с.
3. Драганюк М. Н., Маханьков В. Г. Усовершенствование технологического процесса изготовления композитных материалов с использованием компонентов высокотемпературного отверждения. Пермь : Изд-во Пермск. национ. политех. ун-та, 2015. 451 с.
4. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам. М. : Машиностроение, 1988. 447 с.
© Драганюк М. Н., Маханьков В. Г., Твердохлебов Д. В., 2016
