Технологические процессы формования, намотки и склеивания конструкций - Крысин В.Н.
ISBN 5-217-00533-5
Скачать (прямая ссылка):
Методом намотки создаются прочные конструкции при малой массе, что достигается ориентацией армирующего материала в направлении главных нагрузок. Типовыми деталями, изготавляемыми намоткой, являются секции трансмиссионного вала вертолетов, баллоны высокого давления, корпуса двигателей, сопла двигателей, воздуховоды, каналы двигателей, створки гондол, носовые части гондол, лопасти для вертолетов, закрылки, отъемные части крыла и др.
Имеются различные методы намотки (рис. 2.64).
а 6
Рис. 2.64. Схема намотки:
а - продольно-поперечной; б - спиральной
Продольн о-п оперечная намотка, при которой на цилиндрическую или коническую оправку в определенной последовательности наматываются слои предварительно пропитанной ткани. Этот процесс характеризуется высокой производительностью и высокой герметичностью полученного изделия, сохраняемой вплоть до его разрушения при испытаниях внутренним давлением. Продольно-поперечная намотка широко применяется для изготовления корпусных и некоторых других деталей, Прочность корпусных деталей, выполненных этим методом, обусловливается видом ткани и типом основы.
Этот метод намотки характеризуется ориентацией пропитанной ткани по образующим тела вращения (продольная укладка) и в окружном направлении под углом 90° к оси оправки (поперечная укладка), Соотношение и общее число продольных и поперечных слоев при намотке выбирается в соответствии с условиями работы изделия [14],
Спиральная или геодезическая намотка осуществляется путем укладки армирующего материала, пропитанного основой, по спиральным линиям. Этот вид намотки используется для изго-
137
товления конических отсеков, сосудов высокого давления сферической, а также цилиндрической формы с закрытыми торцами, имеющими отверстия. Существуют разновидности спиральной намотки, например продольно-спиральная и поперечно-спиральная, которые выбираются в зависимости от характера нагружения конструкции. В этом случае материал наматывается на оправку под заданным углом к ее оси, соответствующим расчетным прочностным характеристикам. Изменить угол можно увеличением шага или отношения между скоростью перемещения подвижной каретки и скоростью вращения оправки.
После первого витка лента (нить), наматываемая на оправку, образует спиральную или близкую к ней линию. Второй виток имеет определенное смещение по отношению к первому. Смещение витка зависит от угла между плоскостью витка и осью оправки, ширины ленты и габаритных размеров изделия. С помощью соответствующего делительного устройства промежутки между витками заполняются последующими витками ленты. Если не будет выдержана точность укладки, то в изделии будет нарушена равномерность распределения армирующего материала.
Существуют и другие разновидности спиральной намотки: плоскостная, звездообразная, с переменным углом намотки и т.п.
Продольно-поперечная и спиральная намотки могут осуществляться с применением препрегов, и в этом случае процесс носит название "сухой" намотки. Перед укладкой препреги проходят через горячие валки либо через нагревательную камеру и в размягченном виде укладываются на оправку. Намотка армирующими материалами, смоченными основой непосредственно перед укладкой на оправку, носит название "мокрой" намотки, Оба эти вида намотки имеют свои преимущества и недостатки, однако все чаще используется сухая намотка, которая позволяет легче контролировать степень армирования изделия при намотке и отверждении, более равномерно распределять основу по толщине стенки изделия, что позволяет обеспечить высокое качество изделия.
Во многих случаях ПКМ используются в сочетании с легкими заполнителями в трехслойных и многослойных конструкциях, например в обтекателях. В качестве легких заполнителей применяются пенопласты, сото-пласты, гофр и др. Типовое сечение отсека крыла до намотки обшивки стеклонитью показано на рис. 2.65. Однонаправленное размещение стекловолокон во время намотки является желательным, так как это позволяет достичь максимальной прочности слоистого материала. Нити наматываются под требуемым углом путем смещения оси оправки или наклона оправки по отношению к оси намотки. Ориентированный анизотропный материал укладывается по направлению главных растягивающих напряжений, при этом создаются возможности для изготовления оптимальных конструкций с минимальной массой при заданной прочности [13].
138
Например, при изготовлении цилиндрических корпусов ракетных двигателей, в которых напряжения в кольцевых слоях в два раза превышают осевые напряжения, в продольном направлении укладываются в два раза меньше волокон, чем в кольцевом. При этом предел прочности при растяжении в некоторых случаях превышает 6 МПа.
Точность и стабильность размеров изделий, выполненных намоткой, достаточно высоки. Так, разность диаметров сечений не превышает 0,20 мм, а отклонения по толщине стенок составляют ± 0,3 мм.
Рис. 2.65. Схема намотки отсека крыла:
а - станок с оправкой; б - сечение носка крыла; 1 - оправка наружной обшивки крыла; 2 - направляющая пилообразная; 3 - стеклонить-ровница; 4 - полка внутренняя нервюры; 5 - лонжерон; 6 - узел подачи ровницы; 7 - обшивка внутренняя; 8 - заполнитель сотовый; 9 - два слоя стеклоткани; 10 - три слоя стеклоткани; 11 — зуб внутренний
