CC BY
106
МЕТОДОЛОГИЯ
п ч нн
ВВВ КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
пп ' н >•
я качества
производства композитных рефлекторов антенн1
О .А. КУПРИЯНОВА,
инженер Ресурсного центра коллективного пользования «Космические аппараты и системы» Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева
М.Н. БАНЩИКОВА,
инженер Ресурсного центра коллективного пользования «Космические аппараты и системы» Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева
М.В. СЕРЖАНТОВА,
ст. науч. сотрудник Ресурсного центра коллективного пользования «Космические аппараты и системы» Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева, к.ф.-м.н.
В статье приведены результаты исследования параметров, позволяющих контролировать качество производства композитных антенн, получаемых методом трансферного формования RTM (Resin Transfer Molding). Описан комплекс мероприятий по обеспечению качества изделий из полимерных композиционных материалов. Выделены основные требования к системе качества по производству рефлекторов данным методом.
В аэрокосмической и оборонной промышленности широкое распространение получили полимерные композиционные материалы (ПКМ), состоящие из армирующих волокон (угле- и стеклоткани) и эпоксидных смол [1]. Это обусловлено тем, что ПКМ обладают коррозийной стойкостью, высокой прочностью и легкостью, стабильностью размеров и возможностью изготовления изделий сложной формы.
Ключевые слова:
п
пп ппп
контроль, параболический рефлектор, полимерные
п
композиционные материалы (ПКМ), метод трансферного формования (RTM).
п
пп
ппп
ппп
пп
п
Key words:
control, parabolic reflector, polymer composite materials, resin transfer molding.
Quality control system of manufacturing composite reflectors
The article shows the study of the parameters for monitoring the quality of manufacturing of composite antenna obtained by RTM (Resin Transfer Molding). Describes a set of activities to ensure the quality of products from polymeric composite materials. The basic requirements for the quality system for the production of reflectors by this method.
Существуют несколько технологий получения ПКМ, однако наибольшее распространение получили автоклавная и безавтоклавная технологии. Автоклавную технологию целесообразно применять при изготовлении большой серии крупных и сложных изделий из-за высоких эксплуатационных расходов и трудоемкости. Для мелкосерийного производства конкурентоспособных прецизионных изделий сложной формы рационально использовать безавтоклавную технологию. К безавтоклавной технологии относится пропитка армирующего наполнителя под давлением, так называемое трансферное формование (Resin Transfer Molding - RTM).
Изготовление деталей с использованием RTM-технологии заключается в пропитке армирующего наполнителя, уложенного в оснастку закрытого типа, полимерным связующим с низкой вязкостью, подаваемым в фор-
'Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, государственный контракт № 02.G25.31.0043.
ВеККАЧЕСТВА № 1
2015
30
□
..• БП
КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
\ ^
МЕТОДОЛОГИЯ
му под давлением [2-11]. При этом процессы пропитки наполнителя и формования детали совмещены в единый цикл. К преимуществам данного метода относятся: ^ возможность изготовления деталей сложной формы; ^ возможность использования различных наполнителей;
^ точность геометрических размеров получаемых изделий;
^ возможность организации крупносерийного производства деталей.
Поскольку ПКМ изучены не так досконально, как металлы [12], их использование в изделиях с повышенными требованиями к надежности (например, в космической технике, антенных установках) сопряжено с определенным риском. А значит, процесс обеспечения качества продукции стратегического назначения должен включать в себя контроль и управление выявленными несоответствиями на каждом этапе производства. Данная статья посвящена выявлению и исследованию параметров, необходимых и достаточных для контроля технологического процесса изготовления изделий из ПКМ.
Модели и методы
Контроль качества в производственной среде предполагает проверки и испытания композитов на всех этапах изготовления препрегов2 и части производства. Проводятся испытания волокна и смолы в виде отдельных материалов, а также композитного препрега материала [13].
Комплекс мероприятий по обеспечению качества изделий из ПКМ, изготавливаемых с использованием ЯТМ-технологии, можно описать моделью, содержащей следующие параметры:
^ входные параметры (параметры связующего, параметры армирующего материала, параметры пресс-формы);
^ влияющие регулируемые параметры (параметры и показатели состояния технологического и энергетического оборудования, технологические параметры - скорость обработки, температура и влажность, время и т.п.); ^ влияющие нерегулируемые параметры (параметры, имеющие случайную природу или принимающие таковой характер ввиду отсутствия методов и средств, фиксирующих их изменение и влияние на технологический процесс); ^ выходные параметры (параметры, которые определяют качественный состав продукции, получаемой в результате произведенного процесса, -
функциональные параметры продукции и его эксплуатационные показатели или потребительские свойства) [14].
Результаты
Разработанный комплекс для контроля технологического процесса изготовления рефлекторов антенн из полимерных композиционных материалов методом ЯТМ [15-16] включает в себя: входной контроль, операционный контроль и приемочный контроль. Входной контроль
При производстве рефлекторов антенн из ПКМ входному контролю подвергаются: армирующие материалы, связующие материалы (включая исследование кинетики отверждения связующего материала), оснастка.
Контроль армирующего материала осуществляется по таким параметрам, как условия хранения, влажность, вязкость, целостность сетевого угла и проницаемость. Нарушение требований, предъявляемых к данным параметрам, влияет на качество готового изделия, а именно: ^ при высоком содержании влаги в материалах возникают гигроскопические деформации, что недопустимо в готовом изделии; ^ в результате нарушения целостности сетевого угла происходит коробление изделия, что отрицательно сказывается на годности изделия; ^ нарушение проницаемости армирующего материала влияет на степень пропитки изделия. При контроле связующих материалов рассматриваются следующие показатели: условия и срок хранения; пропорция смешивания смоляной части и отвердителя; влажность; вязкость; время гелеобразования; температура и время экзотермического пика; температура стеклования.
Влияние вышеперечисленных параметров на качество изделия можно описать следующим образом: ^ в случае превышения допустимого значения вязкости велика вероятность плохой пропитки армирующего материала; ^ обеспечение надежности связующего вещества за счет протекания всего процесса пропитки во время гелеобразования; ^ возможный перегрев и коробление будущего изделия, а также неравномерная усадка вследствие нарушения времени экзотермического пика; ^ на основании температуры стеклования можно судить о температурных границах применимости изделия из ПКМ.
2Препреги (от англ. pre-preg, сокр. от pre-impregnated - предварительно пропитанный) - композиционные материалы-полуфабрикаты. Готовый для переработки продукт предварительной пропитки связующим упрочняющих материалов тканой или нетканой структуры. Их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими.
№ 1 • 2015 ВеККАЧЕСТВА
31
МЕТОДОЛОГИЯ
1Ш КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА
Для качественной пропитки волокнистой заготовки методом ЯТМ большое значение имеет текучесть связующего вещества, определяющая скорость (кинетику) процесса. Существует ряд параметров, характеризующих качество связующего вещества, к ним относятся: реакционная способность (время гелеобразования); степень конверсии; степень поперечного сшивания.
В случае если полимерная матрица отверждена не полностью, возможно снижение теплостойкости материала, ухудшение таких эксплуатационных характеристик, как водо- и влагостойкость, снижение сопротивления материала к действию агрессивных сред, а также изменение характера разрушения материала при статической и усталостной динамической нагрузке.
Для материала, получаемого формованием из связующего и армирующего вещества, проводят измерение коэффициента теплового расширения - проверку на размеростабильность.
Входной контроль технологической оснастки включает в себя проверку на соответствие требованиям конструкторской документации (в том числе геометрический размер и форма), расположение входного канала для инжекции и вентилирующих отверстий, герметичность оснастки. Также осуществляется проверка смыкаемости (в том числе герметичность формы); контроль качества вклейки закладных элементов; контроль правильности установки и особенности проверки рабочего состояния ловителей для смолы; контроль чистоты оснастки; проверка на отсутствие механических повреждений.
Операционный контроль Данный вид контроля подразумевает контроль качества изделия после окончания каждой технологической операции. При производстве антенны основой обеспечения качества изделия является соблюдение параметров технологического процесса: ^ контроль укладки армирующего материала (целостность сетевого угла, соблюдение правил выкладки). В результате нарушения укладки армирующего материала происходит коробление изделия; ^ контроль сборки (смыкания) оснастки (герметичность формы). Нарушение герметичности формы приводит к уменьшению степени уплотнения слоев наполнителя;
^ контроль пропитки изделия связующим. Несоблюдение параметров настройки дозирующе-смешивающей установки приводит к непропитан-ным участкам материала; ^ контроль параметров при отверждении (температура, давление, скорость нагревания и охлаждения, время прессования, кинетика полимеризации (по-
ВеКкАЧЕСТВА № 1 • 2015
ликонденсации), когезионная прочность слоев армирующего материала).
Температура, время прессования, скорость нагрева определяют химическую сторону образования прочности полимерного связующего и практически зависят от конструкции детали. Излишняя выдержка изделия после завершения отверждения приводит к термодеструкции, образованию пористости, трещин, расслоений, снижению физико-механических характеристик, (прочности, жесткости и др.). Изменение всех внешних факторов (температура, давление и др.) приводит к изменению кинетики процесса отверждения, скорость которой определяет физико-механические свойства материала и изделия.
Приемочный контроль
Приемочный контроль - это основной инструмент организации в обеспечении качества готовой продукции. Данный этап обеспечения качества включает в себя:
1. Контроль готовой детали и конструкции на соответствие требованиям технической документации, в том числе ГОСТ Р 51989-2002, ГОСТ Р 51138-98, ГОСТ Р 51269-99, а также конструкторской документации, в частности, проверка шероховатости, геометрических размеров, отклонение геометрии поверхности от теоретического профиля (среднеквадратическое отклонение) с помощью неразрушающего лазерного метода контроля, измерение толщины изделия с помощью ультразвукового толщиномера, проверка качества поверхностного слоя с помощью неразрушающего оптического метода.
2. Контроль механических свойств и качества отвержденного изделия, в том числе размеростабильно-сти и температурного диапазона устойчивости изделия, поверхностной массы рефлектора (отнесенной к диаметру апертуры), прочностных параметров и точности, гигро-упругих деформаций, температурных деформаций в эксплуатационном диапазоне температур, стойкости к внешним воздействиям по ГОСТ РВ 20.39.304-98, ГОСТ РВ 20.39.304-98, ГОСТ РВ 20.57.305-98, ГОСТ РВ 20.57.306-98.
Заключение
В ходе работы было определено три вида контроля производства рефлекторов антенн из полимерных композиционных материалов ЯТМ-методом: входной, операционный и приемочный.
В каждом виде контроля были выделены параметры, отвечающие за качество технологического процесса и, как следствие, за качество готового изделия. Наиболее критичными параметрами при производстве изделий из ПКМ являются: степень поперечного сшивания связующего, температура и скорость нагрева изделия, время прессования. ■
GH
КАЧЕСТВО ПРОИЗВОДСТВА ЕШ
СП
Литература
1. Bunsell A.R., Renard J. Fundamentals of Fibre Reinforced Composite Materials. Bristol, UK: Inst. of Phys. Publ. Ltd., 2005. P. 391.
2. Lee D.H., Lee W.I., Kang M.K. Analysis and minimization of void formation during resin transfer molding process // Composite science and technology. 2006. Vol. 66. P. 3281-3289.
3. Park C.H., Lebel A., Saouab A. Modeling and simulation of voids and saturation in liquid composite molding processes // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2011. Vol. 42. P. 658-668.
4. Khoun L., Maillard D., Bureau M.N. Effect of Process Variables on the Quality of Compression Resin Transfer Molding // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2006. Vol. 25. № 10. P. 1027-1037.
5. Kendall K.N., Rudd C.D., Owen M.J. Characterization of the Resin Transfer Moulding Process // Composites Manufacturing. 1992. Vol. 3. № 4. P. 235-249.
6. Kang M.K., Lee W.I. Analysis of resin transfer/compression molding process // Polymer composites. 1999. Vol. 20. № 2. P. 293-304.
7. Bhat P., Merotte J., Simacek P. Process analysis of compression resin transfer molding // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2009. Vol. 40. № 4. P. 431-441.
8. Chang C-Y. Experimental analysis of mold filling in vacuum assisted compression resin transfer molding // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2012. Vol. 31. № 23. P. 1630-1637.
9. Kang M.K., Lee W.I., Hahn H.T. Analysis of vacuum bag resin transfer molding process // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2001. Vol. 32. № 11. P. 1553-1560.
МЕТОДОЛОГИЯ
10. Lim S.T., Lee W.I., Lim S.T. An analysis of the three-dimensional resin-transfer mold filling process // Composite science and technology. 2000. Vol. 60. № 7. P. 961-975.
11. Hattabi M., Echaabi J., Bensalah M.O. Numerical and experimental analysis of the resin transfer molding process // Korea - Australia Rheology journal. 2008. Vol. 20. № 1. P. 7-14.
12. Метьюз Ф., Ролингс Р. Композиционные материалы, механика и технология / Пер. с англ. Баженова C.JI. М.: Техносфера, 2004. С. 224.
13. Composite materials handbook. Vol. 3. Polymer matrix composites materials usage, design and analysis. USA: Department of defense, 2002. P. 693.
14. ГОСТ Р 50-601-20-91. Рекомендации по оценке точности и стабильности технологических процессов (оборудования). Введ. 1991-11-29. М.: Изд-во стандартов, 1991.
15. Лопатин А.В., Пасечник К.А., Власов А.Ю. Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов: конечно-элементное моделирование конструкции // Вестник Сибирского Государственного Аэрокосмического Университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2013. № 3(49). С. 73-78.
16. Власов А.Ю., Филенкова Н.В., Кравчук Д.В. Разработка прецизионных антенных рефлекторов из полимерных композиционных материалов: система адаптивного управления технологическим процессом // Вестник Сибирского Государственного Аэрокосмического Университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2013. № 3(49). С. 166-168.
шш^т
НОВОСТИ > NEWS > НОВОСТИ > NEWS > НОВОСТИ
Море, песок, Wi-Fi! Беспроводной доступ для КЦО «СИБУР-Юг»
Системный интегратор SMB Telecom выполнил первый этап проекта по организации беспроводной сети на территории корпоративного центра оздоровления «СИБУР-Юг», расположенного на побережье Черного моря в экологически чистом месте Анапской бухты.
На территории КЦО размещен комплекс объектов, предназначенных для проведения корпоративных мероприятий, в том числе общественный центр с конференц-залом на 186 посадочных мест и открытый амфитеатр на 530 посадочных мест.
В рамках реализации проекта перед инженерами SMB Telecom стояла задача расширить комплекс гостиничных услуг, предоставляемых посетителям корпоративного центра. Для этого было принято решение построить безопасную и отвечающую всем современным требованиям систему беспроводного доступа.
На этапе предпроектного обследования специалистами SMB Telecom была проведена радиоразведка территории, в результате которой определено оптималь-
ное количество точек доступа и места их установки для предоставления качественного сервиса Wi-Fi. Также на основании полученных данных стало возможным внедрение новых сервисов и услуг для посетителей.
Для централизованного управления точками доступа было принято решение использовать контроллер Cisco серии 2504; для управления и мониторинга - программный продукт Cisco Prime Infrastructure, а для управления политиками систем - Identity Services Engine (ISE). Все эти системы были развернуты на аппаратной серверной платформе Cisco UCS.
Для обеспечения безопасного доступа в Интернет был внедрен межсетевой экран нового поколения Cisco ASA серии 5512X с программным модулем ASA CX. Преимуществом такого решения является глубокий анализ проходящего траффика, что позволяет добиться комплексного обеспечения безопасности.
В результате проведенных работ была не только реализована система беспроводного доступа, но и подготовлена основа для дальнейшего расширения беспроводной сети на объектах комплекса КЦО. ■ www.smbtelecom.ru
№
2015
teiC КАЧЕСТВА
