Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Технология производства изделий из композиционных материалов

Технология производства изделий из композиционных материалов

Подготовительные технологические процессы для производства изделий из композиционных материалов. Схема раскроя препрегов. Расчет количества армирующего материала и связующего, необходимого для его пропитки. Формообразования и расчет штучного времени.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 15.02.2012
Размер файла 149,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского "ХАИ"

Курсовая работа

"Технология производства изделий из композиционных материалов"

Выполнил: студент 439 гр.

Санин В. В.

Проверил: доцент каф.407

Ивановская О.В.

2009

Содержание

  • Введение
  • 1. Подготовительные процессы
  • 1.1 Подготовка армирующего материала, входной контроль
  • 1.2 Входной контроль компонентов связующего
  • 1.3 Раскрой препрега
  • 2. Расчет количества армирующего материала и связующего
  • 2.1 Расчет количества ткани и всех компонентов связующего, необходимого для ее пропитки
  • 2.2 Приготовление препрега
  • 3. Выбор и подготовка к работе технологической оснастки
  • 4. Формообразования и расчет штучного времени
  • 4.1 Штучное время на подготовку формообразующей оснастки
  • 4.2 Штучное время на нанесения разделительного слоя на поверхность
  • 4.3 Штучное время на выкладку одного слоя
  • 4.4 Штучное время герметизацию формообразующей поверхности
  • 4.5 Штучное время на изготовление вакуумного мешка
  • 5. Формование конструкции
  • 6. Механическая обработка
  • 6.1 Параметры сверления
  • 7. Контроль качества изделия
  • Список литературы

Введение

В настоящее время в изготовлении летательных аппаратов наиболее часто применяются композиционные материалы. В данной работе описан технологический процесс изготовления декоративной панели (элемент обшивки салона самолета).

Армирующим материалом этой панели является ткань СВМ арт. 56313, а связующим - ЭНУП. Панель будет играть роль сборочной единицей перегородки в салоне самолета, следовательно, должна иметь одну декоративную поверхность. Так как панель имеет Х-образное подкрепления из пенопластовых рифтов, то декоративной поверхностью будет гладкая поверхность детали, формообразующей оснасткой, которой является плоская металлическая пластина разграничена под рифты. Рифтовое подкрепление увеличивает жесткостные и эксплуатационные характеристики. Плоская панель обладает сравнительно небольшие габаритные размеры, площадь панели 0,81м2, также считается слабонагруженным конструктивным элементом перегородки. Панель является конструкцией массового выпуска, в соответствии с этим подбираются методы формообразования и формования. Было подобрано, что панель образована методом сухой ручной выкладки и отформована в автоклаве, при избыточном давлении 0,35±0,03 МПа и температуре 175±5°С повышением скорости 1-2 градуса/мин. Механическая обработка заключается в обрезке технологических припусков и сверлении отверстий под крепления.

Качество изготовления панели обеспечивается соблюдением требований КД и технологических режимов на всех этапах изготовления. Все операции технологического процесса изготовления конструкции производятся по техническому документу и подлежат приемке отделом технического контроля.

1.Подготовительные технологические операции

Производство изделий из КМ начинается с подготовительных технологических процессов: контроль исходной арматуры, приготовление и контроль компонентов связующего, приготовление препрегов. Проверке армирующих материалов по внешнему виду подвергают 5% от объема входного контроля, проверке по физико-механическим показателям подвергают 10%.

1.1 Подготовка армирующего материала, входной контроль

Подготовка армирующего материала включает в себя несколько технологических операций: входной контроль АМ, расшлихтовку, аппретирование.

Контроль исходной арматуры заключается в испытании ее на соответствие товарно-транспортной накладной (паспорту по ГОСТу 28006-88) ,ширина армирующего материала, поверхностная плотность ткани (ГОСТ 3811-72, 3812-752), разрушающие напряжения при растяжении и сжатии, толщина монослоя, мм. (технологическая инструкция), нанос аппрета, % от массы (ТУ6-06-И 106-83), влажность фактическая, % от массы (ГОСТ 6611, 4-73), невоспламеняемость ткани.

Зачастую волокна поступают к изготовителю покрытыми замасливателем, который применяется как техническая добавка при текстильной переработке исходной арматуры. Ткань СВМ арт. 56313 покрыта пассивным замасливателем, который уменьшает адгезию арматуры к матрице. Следовательно, необходимо провести расшлихтовку - удаление замасливателя с поверхности волокон, последующая сушка и нанос активного замасливателя, он не уменьшает адгезионную способность армирующего материала и имеет гидрофобные свойства. . Физико- механические характеристики ткани СВМ арт. 56313 сведены в таблицу 1.[2]

Таблица 1. Физико-механические характеристики ткани СВМ арт. 56313.

Толщина, мм

0,25±0,02

Ширина, мм

980

Разрывная нагрузка, Н

не менее

основы

утка

500

400

Содержание веществ, удаляемых при прокаливании, %, не более

0,5-1,5

Поверхностная плотность, кг/м?

0,092

Ткань должна быть принята техконтролем предприятия - изготовителя. Изготовитель должен гарантировать соответствие ткани требованиям стандарта при соблюдении потребителем условий транспортировки и хранения, установленных стандартом.

В качестве материала рифтов используется пенополиуретан.

Перед употреблением все компоненты должны пройти входной контроль на соответствие паспортным данным.

1.2 Входной контроль компонентов связующего

Перед использованием компонент связующего проходят контроль в целях проверки срока годности. От каждой партии связующего берут пробу для контроля плотности, концентрации и вязкость связующего, поверхностное натяжение связующего и смачиваемость твердого тела. Аналогичные испытания проводят после хранения раннее приготовленного связующего перед запуском в работу. Плотность определяют с помощью ареометра с точностью до 0,001 г/см3, температуры - термометром с точностью до 0,5 С. Концентрацию связующего определяются по результатам измерения плотности и температуры согласно номограмме. Вязкость раствора связующего определяется методом падающего шарика, с точностью достаточной для технологических расчетов. Поверхностное натяжение связующего определяют методом взвешивания капли с помощью прибора сталагмометра, заполненного используемым раствором и обеспечивающего свободное падение капель под действием силы собственного веса в результате превышения ею сил поверхностного натяжения в момент отрыва капли. Смачиваемость твердого тела жидкостью характеризуется значением краевого углы смачивания.

Требуемую концентрацию связующих устанавливают добавлением растворителя (для связующего ЭНУП - это ацетон) к раствору связующего согласно правилу "креста", результаты контроля записывают в журнал и паспорт.

Готовое связующее должно поставляться в производство с биркой , на которой указываются марка, дата изготовления , номер партий компонентов и номер партии связующего.

1.3 Раскрой препрегов

При "сухом" способе изготовления изделий из КМ, операция пропитки армирующего материала связующим выделена в самостоятельную операцию, в результате которой получают препреги. Применение препрегов для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) обеспечивает стабильность физико- механических характеристик.

Раскрой препрегов производить совместно с разделительной пленкой на рабочих столах, используя нож, ножницы и линейку.

Схема раскроя приведена в маршрутной карте в карте эскизов.

2.Расчет количества армирующего материала и связующего

2.1 Расчет количества ткани и связующего, необходимого для ее пропитки

Для определения общей площади ткани, необходимо найти расход ткани, используемой, при армировании [0;90].

Расчет количества армирующего материала (ткани) производим, используя данные из схемы раскроя и данные таблицы 1.

Имеем общую длину ткани 18940 мм, учитывая ее ширину, можем посчитать затраченную площадь ткани:

Sзатр.=18,392*0,98=18,561 м2

Рассчитаем потребную площадь, то есть площадь панели, учитывая количество слоев ткани, необходимой для укладки:

Sпотр. = 12,96+0,88+1,1528 = 14,9928 м2

Теперь, зная потребную и затраченную площади тканей, можно определить коэффициент использования материала (КИМ):

Рассчитаем массу АМ, воспользовавшись формулой:

m= с * S затр.

гдес - поверхностная плотность ткани СВМ;

S потр. - площадь затраченной ткани.

m= 0,092*14,9928=1,38 кг.

Определим количество связующего, необходимое для пропитки ткани по формуле:

,

где- масса, необходимого для пропитки связующего, кг;

- масса пропитываемого армирующего материала, кг;

- процентное содержание связующего в препреге, ;

- коэффициент технологических потерь, .

Рассчитаем массу каждого компонента связующего по формуле:

,

где- масса искомого компонента связующего, кг;

- масса необходимого для пропитки связующего, кг;

- удельное массовое содержание искомого компонента в рецептуре связующего, масс. ч.

Используя рецептуру связующего ЭНУП, запишем:

- смола ЭН-6 - 100 масс. ч.;

- смола УП-631У - 50 масс. ч.;

- катализатор УП-605/5 - 4,5 масс.ч.;

- растворитель (ацетон) - 155 масс. ч.;

Масса смолы ЭН-6:

Масса смолы УП-631У:

Масса катализатора УП-631У:

Масса растворителя (ацетон):

2.2 Приготовление препрега

Изготовление препрегов на основе тканевых наполнителей осуществляется на пропиточной установке МПТ-3-1200м. Концентрация растворов связующих для пропитки армирующих наполнителей на установке типа МПТ-3-1200м должна составлять 50%, перед пропиткой необходимо проверить работоспособность всех узлов установки, систему вентиляции и чистоту валков, по которым будет проходить пропитанная ткань.

Температура в камере сушки и в камерах подсушки препрега по зонам, скорость протягивания ткани и величина натяжения указана в таблице 2.

композиционный препрег армирующий формообразование

Таблица 2 Параметры пропитки

Марка

наполнителя

Температура , ° С

Скорость

протягивания

ткани, м/мин

Натяжение кгс/м

Подсушки

наполнителя

СВМ

90-110

1,5…2,5

20

В процессе изготовления необходимо контролировать температуру в камерах сушки, скорость протягивания ткани, уровень связующего в пропиточной ванне, метраж пропитанной ткани, величину натяжения ткани.

3. Выбор и подготовка к работе технологической оснастки

Качество конструкций с рифтами (КР) (прочность, герметичность, чистота поверхности и т. д.) во многом определяется качеством элементов оснастки, качеством используемых материалов и технологией изготовления.

При проектировании и изготовлении оснастки следует учитывать различие коэффициентов линейного температурного расширения оснастки и органопластиков при нагревании до 150-175?С.

Рабочая формообразующая поверхность оснастки должна быть герметичной, иметь разметку контура детали, линий технологического припуска, установки усиливающих элементов и другой информации. Разметка должна обеспечивать возможность отпечатка ее на деталь в процессе формования. Оснастка должна отвечать определенным требованиям, это:

- возможность сохранения своей формообразующей поверхности при ее многократном использовании;

- возможность нанесения антиадгезионного покрытия;

- материал оснастки должен быть химически нейтрален к композиту;

- материал оправки должен обеспечивать необходимую жесткость и температурную устойчивость к температурным режимам формования изделий;

- легкость удаления.

Формообразующая обшивка оснастки должна сохранять герметичность при вакуум-автоклавном формовании во всем температурном диапазоне эксплуатации, выводы крепежных элементов на рабочие поверхности не допускаются.

4. Формообразование и расчет штучного времени

Выбор методов формообразования изделий из армированных полимерных композиционных материалов зависит от назначения изделий, габаритных размеров, состав связующего и др.

Методом выкладки получают подавляющее число плоских, криволинейных и объемных деталей сложной конфигурации. Она заключается в послойном наборе пакета КМ из заранее раскроенных заготовок препрега (сухой способ) или армирующего материала с последующей его пропиткой связующим (мокрый способ) в соответствии со схемой (картой) выкладки. В зависимости от геометрии детали и возможностей производства процесс выкладки может осуществляться следующими способами: ручным, механизированным и автоматизированным. Ручная выкладка применяется для изготовления малогабаритных деталей, а также любых деталей в условиях опытного и единичного производств. Также ручная выкладка дает возможность введения в изделие различных закладных элементов и формирования слоистых изделий. Следовательно, для изготовляемой панели наиболее подходящим видом формообразования является ручная выкладка.

Операция ручной выкладки включает в себя следующие технологические процессы:

- подготовка оснастки;

- нанесение антиадгезионного слоя;

- выкладка слоев на формообразующую поверхность;

- герметизация оснастки;

- изготовление вакуумного мешка.

Каждый из перечисленных процессов имеет свое штучное время- время на полное завершение операции, расчет которого представлен ниже.

Нормы штучного времени включают в себя время оперативное, подготовительно-заключительное (4%), организационно-технического обслуживания (5%), а также на отдых и естественные надобности (5%).

В нормах предусмотрены рационально организованные рабочие места и планово-предусмотрительная система их обслуживания.

4.1 Штучное время на подготовку формообразующей поверхности

Подготовка оснастки включает следующие операции:

- установка оснастки на рабочем месте, подготовка материалов и инструментов;

- выравнивание ФОП с помощью специальных паст;

- протирку поверхности ФОП, смоченной в бензине салфеткой;

- предъявление оснастки мастеру.

Штучное время (в минутах) на подготовку поверхности металлической ФОП определяется эмпирическими зависимостями:

,(4.1)

Где S- площадь поверхности оснастки S = 1.01 *102 дм2;

ф- штучное время, мин; А, В - эмпирические коэффициенты, которые взяты из источника [3, с.80].

Решая квадратное уравнение, относительно , получим два корня, из которых следует выбрать физически обоснованные, т.е. которые имеют положительное значение.

Итак, штучное время на подготовку формообразующей оснастки составляет: ф = 17 мин.

4.2 Штучное время на нанесение разделительного слоя на поверхность

Нанесение разделительного слоя (антиадгезионных смазок) на поверхность оснастки и цулагу включает в себя следующие операции:

- подготовка рабочего мест, материалов и инструмента;

- нанесение антиадгезионных смазок на защищаемую поверхность;

- предъявление результата работы мастеру или в БТК;

- уборка рабочего места, материалов и инструментов.

В качестве разделительного слоя выберем полипропиленовую пленку. Определим штучное время на укладку одного слоя пленки:

Как и в предыдущем случае выбираем значение, больше нуля, т. е. ф = 12 (мин.)

4.3 Штучное время на выкладку одного слоя

Следующий процесс- это процесс выкладки слоев на ФОП, который включает в себя:

- подготовка рабочего места, материалов и инструмента;

- раскрой и укладку необходимого количества разделительной пленки;

- раскрой необходимого количества препрега с помощью линейки или шаблона, ножа или ножниц;

- укладку заготовок препрега на поверхность стола в соответствии со схемой ориентации волокон, удаление разделительной пленки;

- повторение 2-х предыдущих операций в зависимости от количества разделительной пленки и выкладку ее на наружный пакет.

- отмер и обрезку необходимого количества стеклоткани для дренажного слоя и обмотку дренажных трубок;

- предъявление результата работы мастеру или в БТК;

- уборка рабочего места.

Для гладкой оснастки c ребрами небольшой кривизны: [3, c.81]

Выбираем из двух вариантов положительное значение ф = 18.9 (мин.)

4.4 Штучное время на герметизацию формообразующей поверхности

Следующий этап - это герметизация оснастки. Этот этап включает в себя следующие операции:

- подготовка рабочего места, материалов и инструмента;

- укладка вакуумного мешка на форму;

- проверка герметичности ФОП;

- предъявление результата работы мастеру или в БТК;

- отправка ФОП в автоклав;

- уборка рабочего места.

,

здесьS- длина герметизирующего шва, м.

Коэффициенты А= 0,0024, В=0,046 [3, c.82]

Выбираем из двух вариантов положительное значение ф = 30(мин.)

4.5 Штучное время на изготовление вакуумного мешка

Операция по изготовлению вакуумного мешка включает следующие операции:

- подготовка рабочего места материалов и инструментов;

- отмеривание необходимого количества вакуумной ткани;

- подготовка поверхности к склеиванию;

- нанесение двух слоев клея или герметика на склеиваемые поверхности;

- соединение склеиваемых поверхностей и прикатка роликом;

- предъявление результата работы мастеру или в БТК;

- уборка рабочего места, материалов и инструментов.

Для оснастки площадью меньше 250 дм2:

Решив квадратное уравнение, определили штучное время на изготовление вакуумного мешка: ф = 45 (мин.)

После расчета времени на отдельные операции, можно определить суммарное штучное время, которое необходимо затратить на выкладку нашей детали, оно будет равно сумме отдельных операций, т.е.

ф Сум. = ++18*++

где - штучное время на подготовку поверхности металлической ФОП;

- штучное время на нанесение одного слоя разделительной поверхности;

- штучное время на выкладку одного слоя;

- штучное время на герметизацию формообразующей поверхности

- штучное время на изготовление вакуумного мешка

ф = 444,2 (мин.)

5. Формование конструкции

Методы формования изделий из композиционных материалов разнообразны и их применение зависит от назначения детали, ее форм, состава связующего, и других факторов. Методы, которые получили наибольшее распространение, делятся на 3 основные группы:

- контактное формование;

- упругое формование;

- формование в жестких формах;

Каждый из вышеперечисленных методов имеет три основные характеристики: время, давление, температура. Определим метод формования, рассчитав давление формования для данной панели по формуле:

,(5.1)

где- относительное объемное содержание армирующего материала в КМ, = 0,7; - относительное объемное содержание армирующего материала в препрег, =0,615; - поверхностная плотность армирующего материала, =0,092 кг/м?; - плотность материала арматуры, =1,43*103 кг/м?; - количество слоев препрега в изделии ; - минимальная вязкость м = 35 МПа с; - время сохранения минимальной вязкости при температуре 65?С, мин; - толщина монослоя, м.

Подставляя значения величин в формулу (6.1), имеем:

,

Следовательно, для обеспечения требуемого давления формования и, учитывая, что данная панель испытывает малые нагрузки и не является ответственным элементом конструкции самолета, выбираем автоклавный метод формования, который позволяет обеспечить процентное содержание армирующего материала .

6. Механическая обработка

Если после удаления оправки или извлечения из матрицы, размеры детали не соответствуют заданным, то применяют механическую обработку деталей: обрезают припуски , сверлят отверстия и т.д.

В нашем случае необходимо удалить припуски на механическую обработку, назначенные выше, а также просверлить 4 отверстия (для крепления панели).

При выборе подачи сверла необходимо учитывать требования к шероховатости обрабатываемой поверхности, недопущение сколов материала и его вспучивания при входе и выходе сверла из отверстий и прижогов на поверхности детали режущей части сверла.

Следовательно, нужно выбирать такие оптимальные значения параметров сверления, чтобы свести к минимуму недостатки и погрешности которые могут быть вызваны данным способом механической обработки.

Для разрезки органопластиков рекомендуют применять абразивные круги из карборунда на вулканитовой и главным образом на бакелитовой связках твердостью от СМ1 до СТ1. Толщина круга 1…4 мм. Частота вращения 2500…3500 об/мин.

В зависимости от толщины разрезаемого материала рекомендуют подачу 0,5…5,0 м/мин. Штучное время на обрезку припусков получим:

ф = 2,5/4=0,625 (мин.)

6.1 Параметры сверления

Расчетное значение скорости резания при сверлении КМ определим по формуле:

, [4, с.47]

Где с- коэффициент, учитывающий влияние обрабатываемого материала(ВК6М),

x, m, y- показатели степени, x= 1.3, m= 0.08, y= 0.93; с=10.6;

d- диаметр сверла, d= 12мм;

Т- период стойкости инструмента, T= 60мин;

S- подача, S= 0.3 мм/об.

Численное значение будет равняться:

(м/мин).

Уточненное значение скорости резания с помощью поправочных коэффициентов можно определить по следующей формуле:

, где

- поправочные коэффициенты для изменений обработки, их значения:

=1; =1.78; =1; =1; =1.

Численное значение уточненной скорости равно:

(м/мин).

Теперь можно определить значение частоты вращения шпинделя станка:

(об/мин).

Рассчитаем штучное время для образования одного отверстия диаметром 12 мм по формуле:

,

где- глубина получаемого отверстия мм;

- соответственно подача и частота вращения шпинделя станка при сверлении.

Итак, учитывая полученные выше необходимые численные значения, посчитаем штучное время для образования отверстия:

мин.

7. Контроль качества изделия

Качество изготовления деталей и конструкций обеспечивается соблюдением правил КД и технологических режимов на всех этапах изготовления. В процессе изготовления конструкций контролю подлежат:

1)технологическая оснастка (наличие входящих элементов, чистота формообразующей поверхностей и соответствие геометрическим размерам детали);

2)применяемые основные материалы подлежат входному контролю;

3)основные технологические операции (приготовление связующего, изготовление препрегов, выкладки слоев препрега, закладных элементов, герметичность вакуумного мешка и соблюдение режимов формования согласно требованиям). Контроль готовой детали и конструкции на соответствии требованиям. КД включает:

1)контроль внешнего вида и контура - контролируется качество поверхности конструкции, соответствие контуров конструкции разметке на оснастке и прилегание ее к формообразующей поверхности оснастки;

2)неразрушающий контроль качества по инструкции ПИ 1.4.1485-85 "Контроль неразрушающий неразъемных соединений конструкций из ПКМ";

3)контроль механических свойств и качества отвержденного пластика;

4)контроль геометрических размеров;

5)контроль массы конструкции.

Контроль механических свойств пластика производить согласно ТИ 59-1110-92 "Механические испытания образцов из полимерных композиционных материалов".

Список использованной литературы

1. Я.С. Карпов, О.В. Ивановская Учебное пособие "Композиционные материалы: компоненты, структура, переработка в изделия", Харьков "ХАИ", 2001г., 152с.

2. В.Е. Гайдачук, Я.С. Карпов Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию "Физико - механические и эксплутационные свойства композиционных материалов", Харьков "ХАИ", 1987г., 72с.

3. В.Е. Гайдачук, В.Д. Гречка, В.Н. Кобрiн, Г.А. Молодцов Учебное пособие "Технологiя виробництва лiтальних апаратiв iз композицiйних матерiалiв, Харкiв , "ХАI", 1995p., 374с.

4. О.В. Ивановская, М.А. Шевцова Учебное пособие по лабораторному практикуму "Производство изделий из ПКМ", Харьков "ХАИ", 2005г., 84с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены