Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2450921

(19)

RU

(11)

2450921

(13)

C2

(51) МПК B29C43/20 (2006.01)

B29C43/58 (2006.01)

B29C70/44 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010132454/05, 02.08.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

02.08.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 02.08.2010

(43) Дата публикации заявки: 10.02.2012

(45) Опубликовано: 20.05.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2252141 C1, 20.05.2005. US 4828472 A, 09.05.1989. RU 2217309 C2, 27.11.2003. SU 1006447 A1, 23.03.1983. RU 2357860 C2, 10.06.2009.

Адрес для переписки:

141070, Московская обл., г. Королев, ул. Ленина, 4а, ОАО "РКК "Энергия", отдел интеллектуальной собственности

(72) Автор(ы):

Стрекалов Александр Федорович (RU),

Пащенко Владимир Александрович (RU),

Романенков Владимир Алексеевич (RU),

Морокова Екатерина Викторовна (RU),

Базанов Вячеслав Викторович (RU),

Зимовский Александр Викторович (RU),

Андриянов Виктор Семенович (RU),

Старостин Валерий Владимирович (RU),

Тарасов Владимир Алексеевич (RU),

Филимонов Алексей Сергеевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Закрытое акционерное общество "Завод экспериментального машиностроения Ракетно-космической корпорации "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к производству склеиваемых или формуемых многослойных конструкций из композиционных материалов и легких сплавов, отверждающихся при температурах выше температуры окружающей среды. Способ отверждения многослойных изделий включает сборку многослойных изделий на формообразующем элементе, укладку технологического пакета и закрепление гермочехла поверх каждого многослойного изделия, вакуумирование и нагрев с увеличением прогрева определенных зон многослойных изделий. Измерение температур элементов конструкции, взаимодействующих с многослойным изделием, осуществляют для каждого из изделий. Осуществляют также выдержку изделия при температуре отверждения и охлаждение. Управление нагревом, выдержкой при отверждении и охлаждением производят путем замера температур многослойных изделий в n сегментах формообразующего элемента (где n=1, 2 i ). Затем периодически производят сравнение измеряемых температур с требуемыми значениями в каждом сегменте. В случае превышения температуры уменьшают мощность теплонагревателей i-го сегмента, а в случае понижения увеличивают мощность теплонагревателей i-го сегмента. Технический результат изобретения заключается в сокращении длительности цикла термообработки, в повышении коэффициента эффективного использования тепловой энергии, вырабатываемой нагревательным оборудованием, в снижении трудоемкости изготовления изделий и в снижении себестоимости изделий. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к производству склеиваемых или формуемых многослойных конструкций из композиционных материалов и легких сплавов, отверждающихся при температурах выше температуры окружающей среды.

Известен способ полимеризации толстостенных стеклопластиковых изделий (А.С. СССР, 505572 кл. B29G 7/00, 05.03.1976), заключающийся в том, что наружную поверхность изделия защищают замкнутым объемом воздуха от непосредственного теплового воздействия, теплопередача при нагреве в камере осуществляется через оправку, т.е. фронт полимеризации распространяется от внутренних слоев к наружным. При этом обеспечивается свободный выход летучих продуктов реакции полимеризации, что способствует образованию монолитного изделия.

Однако данный способ не обеспечивает одновременный и равномерный нагрев в случае полимеризации изделий переменного по толщине и конструкции сечения.

Известен способ отверждения детали из полимерных композиционных материалов (Патент РФ 2252141, кл. В29С 43/20, опубл. 20.05.2005), включающий сборку на формообразующей поверхности многослойной конструкции, нагрев с дополнительным прогревом определенных зон многослойной конструкции, для обеспечения равномерного нагрева детали при вакуумно-автоклавном формовании сложных авиационных деталей с использованием дополнительных электронагревателей с датчиками температур, устанавливаемых на внешнюю поверхность формы, выдержку при температуре отверждения и охлаждение с контролем каждой операции.

А также известен способ, описанный в патенте США (Патент US 4828472 А, кл. В29С 33/02, опубл. 09.05.1989), взятый за прототип, включающий сборку многослойных изделий на формообразующем элементе, укладку технологического пакета с гермочехлом, вакуумирование, нагрев с увеличением прогрева определенных зон многослойных изделий с одновременным регулированием давления в автоклаве для обеспечения равномерного нагрева детали при вакуумно-автоклавном формовании сложных деталей с датчиками температур, устанавливаемых на поверхность формы, измерение температур во всех зонах элементов конструкции, взаимодействующих с многослойным изделием, периодическое сравнение измеряемых температур с требуемыми значениями, выдержку при температуре отверждения и охлаждение.

Недостатками этих способов является использование дорогостоящего энергоемкого ночного и грузоподъемного оборудования для доставки сборочной оснастки с изделием в термокамеру (автоклав) и обратно; возможность получения изделий ограниченных размеров, что часто связано с вместимостью термокамеры (автоклава) или размерами участка, не позволяющего устанавливать оборудование больших размеров; низкий коэффициент эффективного использования вырабатываемой термогенераторами оборудования тепловой энергии вследствие большого объема промежуточного теплоносителя, необходимого для передачи тепла от источника к объекту; процесс нагрева и формирования конструкции не поддается оперативному управлению вследствие большой инерционности системы; неравномерный нагрев и последующее охлаждение приводят к появлению внутренних напряжений в элементах конструкции, которые приводят к деформации изделий.

Задача изобретения заключается в повышении точности исполнения геометрических параметров конструкции, в снижении уровня остаточных напряжений, возникающих в многослойной конструкции в процессе термообработки.

Технический результат изобретения заключается в сокращении длительности цикла термообработки, в повышении коэффициента эффективного использования тепловой энергии, вырабатываемой нагревательным оборудованием, в снижении трудоемкости изготовления изделий, в улучшении качества изделий, в снижении себестоимости изделий.

Для достижения технического результата в способе изготовления многослойных изделий преимущественно из полимерных композиционных материалов и легких сплавов, включающем сборку многослойных изделий на формообразующем элементе, укладку технологического пакета и закрепление гермочехла, вакуумирование, нагрев с увеличением прогрева определенных зон многослойных изделий, измерение температур во всех зонах элементов конструкции, взаимодействующих с многослойным изделием, периодическое сравнение измеряемых температур с требуемыми значениями, выдержку при температуре отверждения и охлаждение, вакуумирование производят непосредственно после укладки технологического пакета с гермочехлом, а нагрев - непосредственно после вакуумирования, при этом управление нагревом, выдержкой при отверждении и охлаждением производят путем замера температур многослойных изделий в n сегментах формообразующего элемента (где n=1, 2 i ), и уменьшении мощности теплонагревателей i-го сегмента в случае превышения требуемой температуры, а в случае понижения - увеличения мощности теплонагревателей i-го сегмента.

Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, показанного на фиг.1. Термовакуумная установка включает в себя теплоизолированное основание 1, формообразующий элемент 2, теплоизолирующее устройство, систему нагрева, систему управления нагревом 3, вакуумную систему. Формообразующий элемент 2 разделен на сегменты s i (где i=1, 2 n) с нагревательными элементами 4 и датчиками температур 5, подключенными к каждому сегменту s i , как показано на фиг.2.

Данный способ реализуется следующим образом. При открытой съемной тепловой изоляции в виде съемного чехла 6 на формообразующий элемент 2 термовакуумной установки устанавливается технологическая оснастка (может не быть), производится сборка многослойного изделия 7, включающая установку датчиков температуры 8, укладку технологического пакета 9 и закрепление гермочехла 10, с помощью штуцеров сборка подключается к коллектору системы вакуумирования термовакуумной установки. Таким же образом, в случае необходимости, собирается тестовый образец на том же формообразующем элементе 2.

После установки и крепления съемного чехла 6 по команде с пульта управления включаются система вакуумирования и система нагрева. Электрическая мощность, подводимая к нагревательным элементам 4, например к электронагревателям, вследствие омического сопротивления электронагревателя превращается в тепловую энергию, которая непосредственно путем теплопередачи подводится к многослойному изделию 7, повышая температуру. С помощью электронной системы управления нагревом 3 периодически снимают показания с датчиков температур 5 и 8 через короткий промежуток времени, делают сравнение с графиками температур в n сегментах формообразующего элемента (где n=1, 2 i ) и уменьшая мощность теплонагревателей i-го сегмента в случае превышения требуемой температуры, а в случае понижения - увеличивая мощность теплонагревателей i-го сегмента. При этом графики температур сначала математически рассчитываются исходя из характеристик применяемых материалов в изделии, а затем опытным путем уточняются.

Система управления нагревом 3 позволяет проводить режимы термообработки, обеспечивая заданную скорость нагрева изделия до требуемой температуры с установленными градиентами температур по зонам, удержания температуры изделия в заданных пределах в течение необходимого времени и требуемым градиентом температур, а также осуществлять управляемый процесс охлаждения с необходимой скоростью и перепадам температур по зонам в многослойном изделии 7. Возможные градиенты температур в газовой среде снижаются путем перемешивания среды, выполняемой малоскоростным вентилятором. Также обеспечивается контроль остаточного давления в вакуумируемой полости. По завершении режима съемный чехол 6 открывается, обеспечивая доступ к многослойному изделию 7.

По завершении процесса термообработки система управления нагревом 3 отключает подачу питания термовакуумной установки. Открывается сьемный чехол 6, обеспечивая доступ к изделию. Изделие может быть снято с формообразующего элемента 2 термовакуумной установки, а при необходимости дополнительной термообработки могут продолжаться дальнейшие работы с изделием 7.

Способ предусматривает проведение процесса термообработки таким образом, что изменение температуры (нагрев, выдержка при температуре отверждения и охлаждение) многослойных изделий производится путем управляемого теплообмена между электронагревателями термовакуумной установки и многослойным изделием без промежуточного теплоносителя. Кроме того, теплообмен происходит в зонах определенных технологическими характеристиками многослойных изделий благодаря размещению нагревательных элементов в сегментах, расположенных на формообразующем элементе термовакуумной установки, а также установке датчиков температур, передающих информацию о температуре в зонах на рабочей поверхности установки и на изделии. Таким образом, регулируя с помощью программируемой электронной системы управления уровень электрической энергии, подводимой к нагревательным элементам, в локальных зонах генерируется пропорциональное количество теплоты, которое определяет требуемый уровень температуры в каждой зоне многослойного изделия исходя из заданной скорости теплообмена и градиента температур при тепловой обработке изделий.

Литература

1. Иванов А.А., Кашин С.М., Семенов В.И. Новое поколение сотовых заполнитей для авиационно-космической техники. - М.: Энергоатомиздат, 2000.

2. Ендогур А.И., Вайнберг М.В., Иерусалимский К.М. Сотовые конструкции. Выбор параметров и проектирования. - М: Машиностроение, 1986.

3. Шимкович Д.Г. Расчет конструкций в MSC/NASTRAN for Windows. - М.: ДМК Пресс, 2001. - 448 с.

4. Шимкович Д.Г. Расчет тепловых воздействий в MSC.visualNastran for Windows. - Москва: MSC.Software Corporation, 2002. - 78 с., ил.

Формула изобретения

Способ изготовления многослойных изделий, преимущественно из полимерных композиционных материалов и легких сплавов, включающий сборку многослойных изделий на формообразующем элементе, укладку технологического пакета и закрепление гермочехла, вакуумирование, нагрев с увеличением прогрева определенных зон многослойных изделий, измерение температур во всех зонах элементов конструкции, взаимодействующих с многослойным изделием, периодическое сравнение измеряемых температур с требуемыми значениями, выдержку при температуре отверждения и охлаждение, отличающийся тем, что вакуумирование производят непосредственно после укладки технологического пакета с гермочехлом, а нагрев - непосредственно после вакуумирования, при этом управление нагревом, выдержкой при отверждении и охлаждением производят путем замера температур многослойных изделий в n сегментах формообразующего элемента (где n=1, 2 i ), и уменьшении мощности теплонагревателей i-го сегмента в случае превышения требуемой температуры, а в случае понижения - увеличения мощности теплонагревателей i-го сегмента.

РИСУНКИ