CC BY
47
УДК 621.763
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЕТЧАТЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Т. В. Сиромская, Н. А. Сурков, А. А. Немидова, Т. А., Чагай А. В. Гирн
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: sirdzeshiko@yandex.ru
Для улучшения качества изготовления сетчатых конструкций из композиционных материалов отработан новый метод изготовления - намотка на эластичную оправку. В ходе работы была спроектирована и изготовлена различная оснастка, выявлены причины некачественного изготовления конструкций, а также, получено конечное изделие из углепластика.
Ключевые слова: сетчатая конструкция, композиционный материал, оснастка, 3Э-печать.
THE TECHNOLOGY OF MANUFACTURING MESH CONSTRUCTIONS FROM COMPOSITE MATERIALS
T. V. Siromskaya, N. A. Surkov, A. A. Nemidova, T. A. Chagay, A. V. Girn
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: sirdzeshiko@yandex.ru
To improve the quality of mesh structures made of composite materials, a new method of manufacturing - winding on an elastic mandrel-has been worked out. In the course of the work, various tooling was designed and manufactured, the causes of poor-quality manufacture of structures were identified, and the final product of carbon fiber was obtained.
Keywords: mesh construction, composite material, industrial equipment, 3D printing.
Сетчатые оболочки из композиционных материалов представляют собой конструкцию, в основном, из перекрещивающихся однонаправленных нитей, связанных полимером. Армирующие волокна обеспечивают одновременно мембранную и изгибную жесткость оболочки, а также, обладают высокой жесткостью и прочностью [1].
Применяются тонкостенные сетчатые конструкции из КМ, кроме всего прочего, в космической промышленности, в частности, в качестве несущей силовой конструкции, которая принимает на себя основные механические нагрузки [2].
Однако, не смотря на высокие показатели эффективности сетчатых оболочек при теоретических расчетах, на практике критическая нагрузка конструкции значительно ниже. Виной тому отклонения готового изделия от идеальной геометрии и структуры расчетной модели: недостаток или излишки связующего в некоторых местах, неравномерность толщины нити укладываемого волокна, неравномерность натяжения волокна на форму.
Большинство факторов отклонения готового изделия от расчетного зависит от технологии изготовления и может быть решено дальнейшей оптимизацией отработанной технологии.
В настоящее время существует несколько методов для изготовления композиционных сетчатых конструкций: свободная намотка; намотка на оправку, покрытую пенопластом с канавками; намотка с использованием жесткой рельефной формы [3; 4].
При использовании метода свободной намотки даже с автоматизацией процесса тяжело контролировать геометрию конструкции. Метод намотки на оправку с пенопластом, а также, намотку на рельефную жесткую основу используют на крупных производствах, где цель оправдывает
Секция «Механика конструкций ракетно-космической техники»
средства. Однако данная оснастка не подходит для лабораторных условий, так как не многоразовая в использовании и дорогая для расходного материала.
Поэтому, для отработки более экономичной, но качественной технологии изготовления сетчатой конструкции мы использовали метод намотки на эластичную оправку с канавками.
Изготовление конструкции осуществляется с помощью намотки волокна, пропитанного эпоксидной смолой, на специальную эластичную форму, обеспечивающую удобное извлечение затвердевшего изделия. Для увеличения антиадгезионных свойств форма изготавливается из силикона или резина, а также, обрабатывается специальными смазками.
При создании силиконовой формы была разработана и изготовлена пластиковая оснастка для заливки силикона (рис. 1, а, б, в).
а б в г д
Рис. 1. Оснастка для заливки силиконовой формы: а - стакан; б - конусное основание; в - оснастка в сборе; г - распечатанный стакан с поддержками; д - растворение поддержек в воде.
Оснастка была изготовлена путем печати пластиком РЬЛ на 3В-принтере с использованием водорастворимых поддержек на основе клея РУЛ (рис. 1, г, д, е).
Вторым вариантом была напрямую изготовлена эластичная резиновая форма, также с использованием водорастворимых поддержек (рис. 2).
п
б
Рис. 2. Резиновая форма: а - модель; б - распечатанная форма с поддержками; в - удаление поддержек; г - готовая форма
В собранную пластиковую литьевую форму заливаем заранее замешанный силикон, желательно перед заливкой проводить дегазацию смеси. После затвердевания получена эластичная форма для намотки сетчатой конструкции.
а
в
г
Далее наматываем пропитанное смолой волокно в канавки на силиконовой форме, надетую на конус, для придания жесткости конструкции (рис. 3, а). После затвердевания смолы снимаем форму с конуса и аккуратно отделяем от полученной сетчатой оболочки. Готовое изделие приведено на рис. 3, б.
Рис. 3. Изготовление сетчатой конструкции: а - намотка на силиконовую форму; б - готовая конструкция.
В итоге, была разработана и изготовлена оснастка для создания сетчатой цилиндрической конструкции из КМ методом намотки на эластичную оправку с канавками, и, соответственно, изготовлены образцы сетчатой конструкции. Далее полученные в лабораторных условиях изделия будут испытаны под нагрузками для определения характера деформирования оболочки. А полученную оснастку можно масштабировать и адаптировать для серийного производства промышленных изделий.
Библиографические ссылки
1. Алексеев С. А. Основы общей теории мягких оболочек // Расчет пространственных конструкций. М. : Стройиздат, 1967. Вып. 11. С. 31-52.
2. Лысенко Е.А. Экспериментальная отработка статической прочности конструкции космического аппарата : учеб. пособие / Е.А. Лысенко, К.Е. Лысенко; СибГУ им. М.Ф. Решетнева. Красноярск, 2017. 112 с.
3. Комков М.А. Технология намотки композитных конструкций ракет и средств поражения: учеб.пособие / М.А. Комков, В. А. Тарасов. М. : Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2011. 431 с.
4. Vasiliev V.V., Barynin V.A., Razin A.F. Anisogrid Lattice Structures - Survey of Development and Application // Composite Structures. 2001. 54. P. 361-370.
© Сиромская Т. В., Сурков Н. А., Немидова А. А., Чагай Т. А., Гирн А. В., 2019
