Методические документы, разработанные образовательной

организацией для обеспечения образовательного процесса

Технология композиционных материалов и конструкций

1. Методические рекомендации по изучению дисциплины

Для успешного получения знаний по указанной дисциплине студенту

необходимо изучить лекции, разработанные на кафедре «Авиастроение», а

также выданные и найденные самостоятельно в литературе и сети Интернет

дополнительные материалы. Перечень литературы и часть учебников в

электронном виде выдаётся преподавателем. Для лучшего понимания

изложенного в лекциях материала рекомендуется ознакомиться с

организацией производства, конструкцией лопастей НВ и РВ, технологиями,

оснасткой и оборудованием для их изготовления на Лопастном заводе ОАО

«Роствертол».

Инженеру-конструктору необходимо уметь выбирать материал,

характеристики которого обеспечивают требования к проектируемой детали.

Инженеру-технологу необходимо ориентироваться в методах изготовления

деталей и узлов, разрабатывать технологические процессы, грамотно

выбирая метод, оборудование и оснастку, режимы формования и средства

контроля.

Поэтому практические навыки представляют собой получение умений

решать условные задачи по разработке технологических схем изготовления

лопастей и их элементов на основе теоретического материала и примеров,

приведенных в конспекте лекций.

Для контроля и самопроверки студент может использовать

контрольные вопросы, которые выдаются преподавателем в конце

изучаемого курса.

2. Учебно-методические материалы

2.1 Лекции

Технология вертолетостроения

Технология производства лопастей вертолетов и авиационных конструкций

из полимерных композиционных материалов

Введение

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся

по специальностям и направлениям, связанным с производством изделий

вертолётостроения, для молодых инженеров, приступающим к работе в

цехах, отделах и лабораториях авиационного предприятия. Основное

содержание этого пособия составляют сведения по технологии изготовления

лопастей несущего винта вертолетов семейства Ми, а также технологиям

производства узлов, панелей и других авиационных конструкций из

композиционных материалов.

Пособие содержит необходимые сведения по конструкции лопастей,

условиям их работы и вытекающим отсюда требованиям к прочности,

ресурсу, климатической стойкости и, в конечном счете, к технологии

изготовления. Представленные в пособии технологические методы

изготовления изделий лопастного производства, контроля, испытаний

основаны на директивных материалах разрабатывающего КБ МВЗ им.

М.Л.Миля, отраслевых научно-исследовательских институтов,

международных стандартах, опыте специалистов ОАО «Роствертол». Эти

методы, технические решения специализированной оснастки прошли

апробацию в процессе освоения производства лопастей вертолетов Ми-1,

Ми-2, Ми-6, Ми-10; Ми-10К; Ми-24; Ми-26, Ми-35 и Ми-28Н.

Сложность и многопрофильность лопастного производства затрудняет

построение логически непротиворечивой структуры изложения. Его

последовательность в настоящем пособии продиктована особенностями

изучения дисциплин авиационно-технологического цикла на кафедре

«Авиастроение» ДГТУ при ОАО «Роствертол». Приступая к изучению

технологии лопастного производства, студент ранее осваивает основы

аэродинамики, динамики полета, конструкции вертолета, технологии

агрегатной и общей сборки, механической обработки, однако, практически не

знаком с технологиями композиционных материалов, процессов склеивания,

герметизации, со специальными методами испытаний лопастей вертолетов на

всех стадиях их изготовления. Поэтому изложение общей технологии

изготовления лопастей вертолетов предшествует более детальному

изложению технологических методов получения препрегов, намотки и

формования композитных конструкций, склеивания и т.п.

В книге отсутствует детальная информация о технологических режимах,

составах используемых материалов и компонентов не только потому, что эти

сведения могут быть предметом ноу-хау, но, главным образом, по причине

чрезвычайно быстрого развития авиационного материаловедения, которое

ежегодно создает для отечественной авиационной отрасли новые материалы,

компоненты, разрабатывает все более тонкие методы контроля. Из пособия

намеренно исключено изложение современных методов контроля

механических, теплофизических, химических свойств композиционных

материалов и компонентов, так широко применяемых в лопастном

производстве. Этот материал, включая методы термоанализа

(дифференциальная сканирующая калориметрия, динамический

механический анализ, термо-дилатометрия, термогравиметрия и др.),

рентгеновские, ультразвуковые методы контроля, получившие в последние

годы распространение в связи с широким применением композиционных

материалов в авиационных конструкциях, будет представлен в следующей

книге серии «Технология вертолетоcтроения».

Для успешного усвоения материала пособия читатель должен владеть

набором необходимых знаний по конструкции вертолета, общей технологии

машиностроения, авиационному материаловедению, основам химии

органических материалов. Предполагается, что в процессе обучения студент

может не только прочитать излагаемый ниже материал, но и ближе

познакомиться с ним в условиях действующего лопастного производства.

Авторы выражают глубокую благодарность Главному металлургу

Лопастного завода ОАО «Роствертол» Т.А. Хмелевской за помощь в

составлении и подборе материала учебного пособия, ценные советы и

постоянную жесткую, но конструктивную критику.

1. Общая характеристика изделий и технологий лопастного

производства

Лопасть несущего винта является главным агрегатом вертолета,

определяющим его летные характеристики и безопасность эксплуатации.

Большое удлинение лопастей, диктуемое необходимостью иметь высокое

аэродинамическое качество, делают лопасти весьма гибкими, а характер их

движения сложным, зависящим от динамических характеристик самой

лопасти, конструкции ее крепления к втулке, режимов полета и мн. др. В

связи с этим конструкция и технологии изготовления лопасти являются

предметом интенсивных исследований и областью внедрения новейших

разработок.

Процесс создания новой конструкции и изготовления опытного образца

современной лопасти состоит из ряда этапов:

1. Аэродинамические, динамические и иные расчеты, компьютерное и

физическое моделирование геометрии, массо-инерционных, жесткостных,

аэродинамических характеристик лопасти с учетом характера ее работы в

создаваемой конструкции вертолета.

2. Проектирование лонжерона и конструкции лопасти в целом с учётом

полученных результатов, предшествующего опыта, конструкторско-

технологических и эксплуатационных ограничений.

3. Корректировка расчетных характеристик лопасти по результатам

первичной конструкторской проработки.

4. Изготовление экспериментальных натурных образцов элементов

лопасти.

5. Аэродинамические, динамические, прочностные и ресурсные

испытания лопасти и ее элементов, корректировка технической

документации на изготовление лопасти и других элементов несущего винта.

6. Наземные и летные испытания.

7. Серийное производство лопастей.

1.1. Основные сведения о работе несущего винта вертолёта одноосной

схемы

Наиболее часто используемое конструктивное решение, которое было

найдено на заре развития вертолетов и которому лишь в последние годы

предлагается замена, заключается в шарнирной подвеске лопасти к втулке.

Такая подвеска позволяет лопасти свободно двигаться в плоскости диска,

образуемого вращающимися лопастями, в перпендикулярной ей плоскости

(маховые движения), а также поворачиваться вокруг оси лопасти, изменяя

угол ее установки (см. рис.1.1).

Рис.1.1. Схема шарнирной подвески лопастей к втулке несущего винта

Наличие горизонтального и вертикального шарниров разгружает втулку

от моментов, которые имели бы наибольшее значение у комля лопасти.

Движение шарнирно подвешенной лопасти состоит, в основном, из ее

поворотов как твердого тела в каждом из шарниров, причем этим поворотам

препятствуют центробежные силы, которые создают восстанавливающие

моменты, приложенные к вращающейся лопасти. Движение лопасти в

горизонтальном шарнире называется маховым. Движение в вертикальном

шарнире называют качанием. Изменение угла установки лопасти путем ее

поворота в осевом шарнире позволяет управлять углом атаки лопасти а,

следовательно, аэродинамическими силами несущего винта и движением

вертолета в целом.

Целью дальнейшего рассмотрения будет обсуждение основных

особенностей работы лопастей несущего винта в режимах висения и

горизонтального полета. Мы опустим важные, но требующие глубокого

анализа вопросы динамики и аэродинамики лопасти, несущего винта,

взаимодействия винта с органами управления и т.д. Для пояснения основных

особенностей и условий работы лопасти несущего винта, формулирования

требованиям к ней на этой основе, необходимо ввести некоторые

определения. Как правило, вращение несущего винта зарубежных вертолетов

осуществляется против часовой стрелки (если наблюдать его сверху), а у

российских вертолетов – по часовой стрелке. Азимутом лопасти называют

угол , отсчитываемый от луча, направленного по скорости набегающего

потока, в направлении вращения винта (см. рис.1.2). Тогда лопасть,

опережающая фюзеляж, называется наступающей, а лопасть, движущаяся в

том же направлении, что и набегающий воздушный поток – отступающей.

Радиус несущего винта или длину лопасти, измеряемую от оси втулки,

обозначают как R , а радиус произвольного сечения лопасти - r . Частота

вращения винта, или его угловая скорость обозначена на рис. 1.2 как . К

основным геометрическим параметрам винта и лопасти относятся также:

- c - длина хорды лопасти, которая у лопастей прямоугольной формы

постоянна вдоль размаха, а у сужающейся лопасти зависит от r ;

- N - число лопастей;

- RNc / - коэффициент заполнения диска несущего винта, т.е. отношение

площади лопастей в плане к площади диска.

Рис. 1.2. Схема диска несущего винта и распределения скоростей воздушного

потока вдоль лопасти при полете вперед

Если для простоты считать лопасть твердым телом (что, конечно, верно

только в очень грубом приближении), то основные движения лопасти

представляют собой углы ее поворота в шарнирах, а также вращение вместе с

втулкой. Угол взмаха лопасти соответствует отклонению лопасти от

плоскости диска, обеспечивается за счет поворота в горизонтальном шарнире

и принимается положительным при отклонении лопасти вверх. Угол качания

лопасти соответствует движению лопасти в плоскости диска,

обеспечивается за счет поворота в вертикальном шарнире, и принимается

положительным, когда направление качания противоположно направлению

вращения винта. Угол установки изменяется при повороте лопасти в

осевом шарнире и принимается положительным, когда носок лопасти поднят

вверх.

Рассмотрим формирование подъемной силы винтом с шарнирно

установленными лопастями, предположив, что вертолет находится в режиме

висения, и горизонтальная составляющая потока воздуха отсутствует. На рис.

1.3 представлено сечение лопасти, скорости обтекающего его воздуха и

действующие силы. Скорость воздуха U можно разложить на параллельную

Tu и перпендикулярную Pu составляющие относительно плоскости диска,

образованного вращением винта.

Рис. 1.3. Скорости и силы, действующие в сечении лопасти [7]

Угол притекания определяется из прямоугольного треугольника как

TP uuarctan , а истинный угол атаки сечения . Обтекание сечения

воздухом порождает подъемную силу L (перпендикулярную вектору

скорости U ), и силу сопротивления D (параллельную вектору скорости U ).

Силы, нормальная и параллельная плоскости диска, обозначенные на рис. 1.3

соответственно yF и xF , выражаются через подъемную силу и сопротивление

как

cossin;sincos DLFDLF xy .

В свою очередь величины L и D определяются по известным формулам

DL ccU

DccU

L 2

;2

22 ,

где - плотность воздуха, c - длина хорды профиля в рассматриваемом

сечении, DL cc , - коэффициенты подъемной силы и сопротивления

соответственно. Отметим, что представленные соотношения верны в

предположении о несжимаемости и стационарности потока воздуха,

отсутствии срыва потока и турбулентностей, а величины DL cc , представляют

собой сложные функции угла атаки, числа Маха и других параметров. В

рамках этих допущений коэффициенты DL cc , линейно зависят от угла атаки

, который обычно удовлетворяет условию 1 (в радианной мере).

Если несущий винт работает в режиме висения или вертикального полета,

то нормальная компонента скорости Pu складывается из скорости набора

высоты V и индуктивной скорости v , вызванной увлечением потока воздуха

вращающимся винтом. Параллельная диску скорость Tu обусловлена только

вращением лопасти с угловой скоростью , т.е.

ruvVu TP ; .

Для несущих винтов вертолетов на режиме висения отношение

(называемое иногда коэффициентом протекания) имеет порядок

07,0...05,0

R

vV ,

в свою очередь, отношение

r

R

r

vVuu TP

также весьма мало за исключением комлевой части лопасти, где очень мал

скоростной напор. Этот факт позволяет пренебречь в выражениях подъемной

силы и силы сопротивления составляющей скорости Pu и полагать TuU .

Переходя от одного сечения к шарнирно подвешенной лопасти

равномерно вращающегося винта в режиме висения или вертикального

набора высоты, легко установить характер сил, действующих на лопасть.

Основными силами, действующими на лопасть, являются центробежная

сила, вычисляемая интегрированием по длине лопасти выражения

drrmdFc 2 ,

где m есть погонная масса лопасти, и подъемная сила, также вычисляемая

интегрированием вдоль лопасти выражения

drccU

dL L 2

2.

Результирующие силы можно рассматривать приложенными к центру

тяжести лопасти. Так как лопасть подвешена в горизонтальном шарнире,

геометрическая сумма этих сил должна создать момент, поворачивающий

лопасть в шарнире таким образом, чтобы равнодействующая была

направлена вдоль лопасти (см. рис. 1.4).

Рис.1.4. Образование конуса при вращении винта в режиме висения

Этот эскиз позволяет оценить величину сил, действующих на лопасть и

угол конусности винта. Если вертолет взлетной массой 10 тонн оснащен

пятилопастным винтом, масса каждой лопасти bm 100 кг, расстояние центра

тяжести от оси вращения cR составляет 4 метра, а частота вращения винта f

равна 3 об/с, то для поддержания вертолета в режиме висения каждая лопасть

должна создать подъемную силу L 2 тс. При вращении лопасти

центробежная сила равна 5,14222 ccc RfmRmF тс, а угол конусности -

09,7138,0arctan cFL . Таким образом, минимальное растягивающее

усилие лопасти в самом спокойном режиме, при отсутствии циклических

нагрузок, составляет очень большую величину.

Прежде чем рассмотреть характер работы лопасти при горизонтальном

полете, выясним механизм создания силы тяги, вызывающей поступательное

движение вертолета вперед. Для вертолетов одновинтовой схемы с шарнирно

установленными лопастями средством создания горизонтальной компоненты

силы тяги является наклон винтового конуса за счет циклического изменения

угла установки лопастей. Это реализуется устройством, называемым

автоматом перекоса и изобретенным в 1910-11 годах российским теоретиком

воздухоплавания и выдающимся изобретателем Б.Н. Юрьевым [5, 30].

Как было показано выше, подъемная сила лопасти и винта в целом зависят

от аэродинамических характеристик лопасти (которые неизменны для данной

конструкции), угла установки и скорости воздушного потока, набегающего

на лопасть. В режиме висения эта скорость линейно нарастает от комля к

законцовке лопасти и зависит от частоты вращения. Таким образом, для

подъема и зависания необходимо задать необходимые обороты винта и угол

установки лопастей, который должен быть одинаков и неизменен для всех

лопастей. По аналогии с углом подъема резьбы винта, вворачиваемого в

гайку, который однозначно характеризуется шагом резьбы, угол установки

лопастей принято иначе называть шагом. Следовательно, режим висения

создается за счет увеличения оборотов и общего (или, иначе говоря,

коллективного) шага лопастей.

Если ось конуса, образованного вращающимися лопастями, наклонить

вперед в сторону желаемого перемещения, то полная тяга уже не будет

совпадать с конструктивной осью втулки, а отклонится на некоторый угол.

При этом сила тяги не будет проходить через центр тяжести машины, и

образуется момент управления, приводящий к наклону фюзеляжа вперед и

появлению горизонтальной компоненты силы тяги (см. рис. 1.5).

Для того, чтобы обеспечить наклон конуса винта вперед циклический шаг

лопастей изменяется по углу азимута согласно закону

01010 sincos scK ,

где 0 - общий шаг, 0 - угол опережения, обеспечивающий отсутствие

взаимосвязи продольного и поперечного управления, cs 11 , - соответственно

продольное и поперечное управления, - угол взмаха.

Рис.1.5. Возникновение горизонтальной компоненты силы тяги при наклоне

конуса, описываемого лопастями

Коэффициент K обусловлен наличием так называемого компенсатора

взмаха – кинематической связи, уменьшающей угол установки лопасти при

взмахе ее вверх и увеличивающей при махе вниз. В связи с наклоном конуса

меняется и угол атаки лопасти относительно встречного потока воздуха

(см. рис.1.3). Характер изменения циклического шага, угла атаки лопасти при

изменении ее азимутального положения иллюстрируются на рис. 1.6.

Возможность независимого изменения общего и циклического шага

обеспечивается конструкцией автомата перекоса, схема которого приведена

на рис.1.7.

Перемещение бустера общего шага передается через тяги на лопасти,

одновременно изменяя их шаг на одинаковую величину. При подаче

команды продольного или поперечного управления соответствующий бустер

перекашивает тарелку автомата перекоса так, что угол установки каждой из

лопастей становится одинаковым при одном и том же азимуте. Тем самым

обеспечивается наклон конуса лопастей в нужном направлении.

Рис.1.6. Изменение углов установки, атаки и взмаха лопасти при управлении

циклическим шагом

Возвращаясь к рис.1.2, где представлена схема распределения скоростей

воздушного потока вдоль лопасти при полете вперед, можно отметить, что

скорость обтекания каждого сечения лопасти периодически меняется с

частотой вращения винта согласно закону

sinVrU .

У лопасти, движущейся навстречу полёту (наступающая лопасть), к

окружной скорости добавляется зависящая от азимута проекция скорости

полёта, тогда как у лопасти, движущейся назад (отступающая лопасть) эта

скорость вычитается.

Рис. 1.7. Схема автомата перекоса

В результате каждая лопасть получает периодическое возбуждение с

частотой вращения винта, а втулка, на которой установлено N лопастей –

возбуждение с частотой в N раз большей. В зоне, прилежащей к комлю

лопасти, где окружные скорости малы, скорость обтекания U может менять

знак, т.е. имеет место обратное обтекание. Эта зона изображена на рис.1.2 в

виде круга; ее диаметр равен отношению скорости полета к угловой частоте

вращения винта. В частности, при скорости полета 270 км/час и частоте

вращения винта 3,5 об/сек диаметр зоны обратного обтекания составляет 3,4

метра. Эта особенность, существенно ограничивающая предельно

достижимую скорость вертолета, заставляет конструировать лопасть так,

чтобы ее область, прилежащая к комлю, не имела ярко выраженного

аэродинамического профиля. Кроме того, для повышения эффективности

лопасти, ее лонжерон, как правило, выполняется с круткой, так чтобы угол

между хордой профиля и плоскостью вращения плавно уменьшался по мере

приближения к законцовке.

Отмеченное явление имеет два важных следствия. Во-первых, это

асимметрия подъемной силы винта, заключающаяся в том, что наступающие

лопасти испытывают большую подъемную силу, чем отступающие, тем

самым, создавая кренящий момент. Это явление устраняется

соответствующими конструктивными усовершенствованиями автомата

перекоса. С другой стороны, периодическое возбуждение лопастей приводит

к возникновению в них интенсивных изгибно-крутильных колебаний, что

накладывает жесткие ограничения на динамические и прочностные

характеристики лопастей. Среди всех факторов, вызывающих интенсивные

колебания лопастей и конструкции вертолета в целом, отмеченное явление

играет очень важную роль.

Колебательные движения лопасти в плоскости тяги (маховые движения

вокруг горизонтального шарнира) и в плоскости вращения (качания вокруг

вертикального шарнира) связаны из-за действия силы Кориолиса. Напомним,

что сила Кориолиса действует на тело, которое перемещается во

вращающейся системе координат. Пусть вектор угловой скорости винта Ω

направлен вертикально, а элемент лопасти, находящийся на некотором

расстоянии от оси вращении, при ее маховом движении перемещается со

скоростью v , которая перпендикулярна оси лопасти и направлена под

некоторым углом к вектору Ω . Тогда сила Кориолиса, действующая на этот

элемент лопасти массой dm , будет равна vΩdm2 . Так как результатом

векторного произведения является вектор, перпендикулярный обоим

векторам-сомножителям, сила Кориолиса будет действовать на

рассматриваемый элемент лопасти в горизонтальном направлении, создавая

момент сил относительно оси винта. При интенсивных маховых движениях

силы Кориолиса могут достигать значительных величин. Если принять во

внимание изгибные колебания лопасти в плоскости тяги (эти колебания

наиболее интенсивны, т.к. развиваются в плоскости наименьшей жесткости

лопасти) на 1-й, 2-й, и более высокочастотных модах, то, учитывая большую

частоту и, следовательно, скорость колебательных движений, можно

предполагать, что Кориолисовы силы, приложенные к лопасти, будут очень

велики. Для разгрузки конструкции втулки от моментов, создаваемых силами

Кориолиса, втулка оснащается вертикальным шарниром, который и

обеспечивает возможность ее качания в горизонтальной плоскости.

Гидравлический демпфер, которым оснащается вертикальный шарнир,

смягчает и подавляет колебания лопасти в горизонтальной плоскости (см.

рис.1.8.)

Другим источником колебаний лопасти является срыв потока,

обусловленный турбулентными явлениями, интенсивность которых

нарастает по мере приближения скоростей к скорости звука. Например,

концевые отсеки лопастей вертолёта Ми-26 на режиме горизонтального

полёта со скоростью 255 км/час при 132 оборотах несущего винта в минуту

перемещаются со скоростью более 1000 км/час, приближаясь к скорости

звука в воздухе, равной 1200 км/час. Для борьбы с этим явлением

разрабатываются более совершенные конструкции лопастей, в частности, с

законцовками сложной формы типа BERP (Агуста - Вестланд),

позволившими вертолету Linx (см. рис. 1.9) развить скорость 400 км/час,

стреловидной законцовкой лопасти вертолета Ми-28 и т.п.

Рис.1.8 Общий вид несущего винта вертолета Ми-35М

Рис.1.9 Внешний вид лопасти с законцовкой типа BERP, использованной в

вертолете Linx фирмы Агуста-Вестланд

1.2. Общие требования к конструкции лопастей несущего винта

вертолета

Основные требования к конструкции лопастей вертолета наиболее полно

сформулированы в международных правилах, так называемых FAR 27 и FAR

29 [I, II]. Эти требования касаются прочности и сохранения

работоспособности при критических режимах полета, усталостной прочности

и сохранения живучести при возникновении усталостных повреждений. В

частности, разработчик конструкции и производитель вертолета обязаны

представить достоверные данные о длительности интервала времени между

появлением сигнала о возникновении усталостного повреждения и

окончательной потерей несущей способности поврежденного элемента

конструкции. Этот промежуток времени должен быть достаточно большим,

чтобы даже в условиях критических нагрузок остаточный ресурс был не

менее максимальной продолжительности полёта, установленной для

вертолёта данного типа. В конструкциях вертолетов для диагностики

целостности основного несущего элемента лопасти – лонжерона

используется диагностика стабильности избыточного давления воздуха в

лонжероне. Регистрация факта повреждения лонжерона осуществляется при

межполётном осмотре по положению сигнализатора.

Свес лопастей должен исключать возможность их касания любых других

конструктивных элементов вертолета, как на стоянке, так и при всех

допустимых условиях полета, влажности и внешней температуре.

Лопасть вертолета должна быть оснащена специальными средствами для

предотвращения скопления воды, например, дренажными отверстиями.

Должна быть предусмотрена антиобледенительная система, исключающая

выход технических характеристик за установленный лимит при разрешенных

климатических условиях и условиях полета.

Должны быть предусмотрены средства, эффективно исключающие

возникновение земного резонанса – интенсивных колебаний стоящего на

земле вертолета с вращающимся несущим винтом.

Флаттер и дивергенция должны быть исключены на всех режимах полета,

включая критические.

Кроме перечисленных требований, связанных с обеспечением

безопасности эксплуатации вертолета, конструкция лопастей, их геометрия,

массо-жесткостные характеристики, балансировка должны обеспечивать

эффективную и безопасную эксплуатацию вертолёта с учётом его

назначения, установленных ограничений, ресурсов и сроков службы.

1.3. Краткая характеристика несущих винтов вертолетов семейства

МИ

С момента создания первой конструкции вертолета и до наших дней для

изготовления основного силового элемента лопасти – лонжерона,

использовали различные материалы: древесину, легированные стали,

алюминиевые сплавы, нержавеющие стали, титановые сплавы. В последние

десятилетия широко распространены конструкции лонжеронов из

композиционных материалов. Лонжероны отечественных, а также

большинства зарубежных средних и тяжелых вертолетов имеют D-образное

сечение, обеспечивающее наибольшую крутильную жёсткость,

приходящуюся на единицу веса лопасти.

Преимущество лопастей из композиционных материалов обусловлено их

высокой удельной прочностью (отношение характеристик прочности к

плотности материала), но, главным образом, особенностью разрушения

армированных композитов, которая заключается в том, что, в отличие от

металла, локальное разрушение (в металле микротрещина, в композите –

разрыв армирующего волокна) не ведет к мгновенному росту трещины, а за

счет свойств матрицы перераспределять локальные напряжения на соседние

волокна - локализуется в микрообъеме, что значительно повышает

усталостную стойкость композитов [27].

Разработчиками авиационных композиционных материалов,

используемых в конструкциях лопастей вертолетов утверждается, что

лопасти из полимерных композитов за счет усовершенствования геометрии и

демпфирующих свойств материала обеспечивают по сравнению с

металлическими более высокую тягу винта, что сокращает разбег на взлете,

снижение расхода топлива, снижение уровней шума и вибрации [21, 22].

Ниже приведены основные характеристики эксплуатируемых в настоящее

время вертолетов Ми: от легкого Ми-2 до мирового рекордсмена по

грузоподъемности тяжелого вертолета Ми-26. Эти данные непосредственно

связаны с конструкцией лопастей несущего винта.

Модернизированный легкий многоцелевой вертолет Ми-2А

Созданный в 1961 г. на МВЗ им. М.Л. Миля вертолет Ми-2 был первым

отечественным легким вертолетом с газотурбинной силовой установкой и

сыграл важную роль в развитии винтокрылой авиации, как в нашей стране,

так и за рубежом. С 1965 г. по 1992 г. вертолет серийно изготавливался на

заводе PZL Swidnik в Польше. За эти годы выпущено почти пять с половиной

тысяч вертолетов Ми-2. ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля» совместно с ОАО

«Ростов-Миль», ОАО «Роствертол», ОАО «Мотор-Сич» и рядом других

российских предприятий приступил к реализации комплексной программы

модернизации вертолета Ми-2, целью которой является восстановление

парка Ми-2 в России при значительном улучшении его технико-

экономических показателей. Программа предусматривает совершенствование

конструкции основных агрегатов: лопастей, втулок, доработку фюзеляжа,

систем и освоение их в серийном производстве.

Рис.1.10. Общий вид [31] и основные размеры модернизированного

вертолета МИ-2А [20]

Основные технические характеристики [20]

Двигатель - 2× ГТД АИ-450

Взлетная мощность - 2×465 л.с.

Максимальная взлетная масса – 3700 кг

Максимальная / крейсерская скорость – 235 / 225 км/час

Статический / динамический потолок – 2000 / 5000 м

Диаметр несущего винта – 14,5 м

Коэффициент компенсатора взмаха - 0,4

Хорда лопасти – 400 мм

Профиль лопасти – NACA 23013M

Угол установки лопастей: максимальный - 13о

минимальный - 1о

Геометрическая крутка - -6 о

Вес комплекта лопастей – 166,5 кг

Несущий винт состоит из втулки и трех лопастей. Каждая лопасть

присоединяется к втулке через три шарнира: горизонтальный, вертикальный

и осевой. На вертикальных шарнирах установлены гидравлические

демпферы. Лопасти несущего винта – цельнометаллические, прямоугольной

формы в плане. На лопастях установлены антиобледенительные

нагревательные элементы. Лопасть имеет визуальный сигнализатор давления

воздуха в лонжероне. Модификация профиля NACA 23013M по сравнению

со стандартным симметричным профилем NACA 23013 заключается в том,

что хвостик профиля приподнят вверх.

Основой конструкции лопасти является лонжерон, образующий носовую

часть профиля лопасти. К лонжерону на клее ВК-3 крепится хвостовая часть

лопасти, образованная 20 отдельными отсеками с сотовым заполнителем.

Отсеки лопасти обеспечивают передачу аэродинамических и инерционных

нагрузок на лонжерон и только незначительно взаимодействуют между собой

при изгибе лопасти.

Лонжерон лопасти несущего винта представляет собой пустотелую балку

с внутренним контуром постоянного сечения, обработанную снаружи в

соответствии с теоретическим контуром. Заготовкой лонжерона служит

прессованный профиль постоянного сечения из алюминиевого сплава АВТ-1.

Для увеличения усталостной прочности за счет создания сжимающих

остаточных напряжений его наружная поверхность подвергается упрочнению

поверхностным пластическим деформированием стальными шариками на

глубину 0,3 мм.

В комлевой части лонжерона имеется стальной наконечник, который

приклеен к лонжерону клеем ВК-3 и укреплен 13 болтами, семь из которых

сквозные. Все болты законтрены путем кернения. Внутри лонжерона

установлена текстолитовая распорка, предохраняющая лонжерон от

деформации при затягивании болтов.

Средний грузопассажирский вертолет Ми-8 /Ми-171

Многоцелевой вертолет Ми-8АМТ (экспортное обозначение Ми-171) –

современная модификация вертолета Ми-8/Ми-17 с двигателями ТВ3-117 и

редуктором Вр-14. На базе серийно выпускаемого Ми-171 в соответствии с

требованиями АП-29, FAR-29 и специальными требованиями СТА Бразилии

был разработан вертолет Ми-171А. В соответствии с требованиями

бразильского авиационного регистра в модификации Ми-171А сделаны

следующие конструктивные изменения: установлены двухкамерные бустеры

системы управления, проведено разделение проводки системы

энергообеспечения, разделена система питания левого и правого двигателей,

доработана противопожарная защита и сделан ряд других изменений. В

настоящее время осуществляется серийное производство вертолетов

модификации Ми-8 (Ми-171) в различных комплектациях и исполнениях.

Рис.1.11. Общий вид [31] и основные размеры

вертолета Ми-8 [6]

Основные технические характеристики [6]

Двигатель - 2× ГТД ТВЗ-117

Взлетная мощность - 2×2000 л.с.

Максимальная взлетная масса – 13000 кг

Максимальная / крейсерская скорость – 250 / 235 км/час

Статический / динамический потолок – 1760 / 5000 м

Диаметр несущего винта – 21,3 м

Коэффициент компенсатора взмаха – 0,5

Максимальный угол взмаха лопасти – 25о ±30’

Минимальный угол свеса лопасти: при упоре на скобу 4о +10’ -20’

При упоре на собачку центробежного ограничителя свеса 1о 40’ +20’

Угол поворота лопасти относительно оси вертикального шарнира:

вперед по направлению вращения 13о ±15’

назад против вращения 11о ±10’

Угол установки лопастей: максимальный - 14о 30’

минимальный - 1о

Диаметр втулки – 1744 мм

Масса втулки – 610 кг

Масса комплекта лопастей – 700 кг

Лопасть несущего винта имеет прямоугольную в плане форму с хордой

520 мм. Профиль сечения лопасти NACA-23012. Относительная толщина

профиля лопасти на участке между сечениями 1 и 3 составляет 12%, на

участке от сечения 4 до сечения 22-11,38 %. Лопасть имеет геометрическую

крутку, т.е. установочный угол сечений лопасти изменяется вдоль радиуса по

линейному закону от 5° у сечения 4 до 0° у сечения 22. Лопасть

цельнометаллической конструкции состоит из лонжерона, стального

наконечника, через который осуществляется крепление к втулке, и двадцати

одного хвостового отсека. Лонжерон изготовлен путем механической

обработки заготовки из сплава АВТ-1 и подвергается обработке упрочнением

путем наклепа стальными шариками на глубину 0,3…0,4 мм. Хвостовые

отсеки 8, образующие хвостовую часть лопасти, по конструкции одинаковы.

Каждый отсек состоит из обшивки, сотового заполнителя 18, двух боковых

нервюр и хвостового стрингера, склеенных между собой по специальной

технологии. Обшивка отсека изготовлена из авиаля толщиной 0,3 мм, у

хвостового стрингера обшивка не разрезается, а огибает его. Сотовый

заполнитель изготовлен из алюминиевой фольги толщиной 0,04 мм,

отфрезерован и растянут в соответствии с профилем хвостового отсека со

стороной шестигранника 5 мм. Хвостовой стрингер выполнен из текстолита,

а нервюры изготовлены из авиаля толщиной 0,4 мм. Отсеки приклеены к

задней стенке лонжерона, передние края обшивки отсеков слегка

отбортованы внутрь и входят в продольные канавки на полках лонжерона.

Для предотвращения перетекания воздуха из области повышенного в область

пониженного давления между отсеками вклеены уплотнительные вкладыши

17. На отсеках 16 и 17 установлены две триммерные пластины шириной 40

мм, предназначенные для изменения моментных характеристик профиля

лопасти.

С целью получения нужной поперечной центровки лопасти, что

необходимо для увеличения критической скорости флаттера лопасти, в носке

лонжерона между отсеками 18...22 установлен противовес 16, состоящий из

восьми отдельных стальных брусков длиной по 400 мм и массой до 1 кг

каждый. Бруски покрыты резиной, которая обеспечивает плотную установку

их в направляющих ребрах полок лонжерона. При вращении несущего винта

противовесы под действием центробежных сил упираются в винтовой упор

15, установленный в резьбовую расточку торца лонжерона на конце лопасти.

На концевой части лопасти установлен концевой обтекатель, передняя

часть 10 которого съемная, хвостовая - несъемная. Под концевым

обтекателем смонтированы: лампа 9 контурного огня, узел балансировочных

пластин 11 и герметизирующий узел, установленный на герметике и

состоящий из прижима 14, резинового вкладыша 13 и заглушки 12. Прижим

и заглушка соединены между собой тремя шпильками. При этом прижим

распирает резиновый вкладыш, чем обеспечивается герметичность

внутренней полости лонжерона. На двух шпильках, ввернутых в заглушку

12, крепятся балансировочные пластины 11, числом которых добиваются

необходимой продольной центровки лопасти.

Ри

с.1.1

2. Э

ски

з кон

стр

укц

ии

ло

пас

ти в

ерто

лет

а М

И-8

Рис.1.12. Эскиз конструкции лопасти вертолета МИ-8

Система сигнализации повреждения лонжерона лопасти - пневматическая

с визуальным сигнализатором давления. Система состоит из герметичной

полости лонжерона, вентиля с золотником и сигнализатора давления.

Транспортно-боевой вертолет Ми-24В/Ми-35, Ми-24П/ Ми-35П

Вертолеты Ми-24В и Ми-24П предназначены для авиационной поддержки

войск на поле боя, уничтожения бронированных и небронированных

наземных и надводных малоразмерных целей на переднем крае и в

тактической глубине, боевого сопровождения и охраны колонн войск на

марше, а также повышения мобильности сухопутных войск. Наличие

грузовой кабины позволяет решать не только боевые задачи, но и

использовать вертолеты в десантно-транспортном, санитарном и

транспортном вариантах.

Вертолеты Ми-24В и Ми-24П имеют классическую одновинтовую схему с

хвостовым рулевым винтом. Для улучшения тактико-технических

характеристик внешним обводам вертолета приданы хорошо обтекаемые

аэродинамические формы. Фюзеляж обладает минимальным поперечным

миделем. Крыло служит для подвески вооружения. Каждая из пяти

цельнометаллических лопастей несущего винта крепится к втулке

посредством трех шарниров. Профилированная концевая балка разгружает

рулевой винт в полете. Вертолет оснащен автоматической системой

управления. Шасси убирающееся, с носовым колесом.

Рис.1.13. Общий вид [31] и основные размеры

вертолета Ми-24

Основные технические характеристики

Двигатель - 2× ГТД ТВЗ-117ВМА

Взлетная мощность - 2×2200 л.с.

Максимальная взлетная масса – 11500 кг

Максимальная / крейсерская скорость – 320 / 228 км/час

Статический / динамический потолок – 2000 / 4600 м

Диаметр несущего винта – 17,3 м

Коэффициент компенсатора взмаха – 0,5

Максимальный угол взмаха лопасти – 25о ±30’

Минимальный угол свеса лопасти: при упоре на скобу 4о +10’ -20’

При упоре на собачку центробежного ограничителя свеса 1о 40’ +20’

Угол поворота лопасти относительно оси вертикального шарнира:

вперед по направлению вращения 13о ±15’

назад против вращения 11о ±10’

Угол установки лопастей: максимальный - 14о 30’

минимальный - 1о

Диаметр втулки – 1744 мм

Масса втулки – 610 кг

Подробные данные по лопасти несущего винта вертолета Ми-24

приведены в Главе 2.

Боевой вертолет круглосуточного действия

Ми-28

Обладает уникальными пилотажными характеристиками. На нем впервые

в истории российского вертолетостроения были выполнены фигуры высшего

пилотажа - «петля» и «бочка».

Ми-28 оснащен принципиально новым интегрированным комплексом

бортового радиоэлектронного и приборного оборудования, обеспечивающего

возможность ведения боевых действий в любое время суток, а также

различными другими средствами повышения боевой эффективности и

живучести. На Ми-28НЭ установлены новый многопоточный главный

редуктор и модернизированные двигатели.

Вертолет предназначен для поиска и уничтожения в условиях

противодействия танков и другой бронированной техники, а также

малоскоростных воздушных целей и живой силы противника в любое время

суток и в любых погодных условиях.

Вертолет построен по одновинтовой схеме. Планер имеет хорошо

обтекаемую форму. Габариты позволяют перевозить вертолет в самолете Ил-

76 без разборки. Конструкция обеспечивает высокую живучесть вертолета, а

также выживаемость экипажа благодаря разнесению и экранированию

двигателей и жизненно важных систем, бронированию кабин (от снарядов 20

мм), а также применению материалов, устойчивых к боевым повреждениям,

и энергопоглощающих стоек шасси и кресел экипажа.

На Ми-28НЭ установлены экранно-выхлопные устройства и устройства

для выброса ложных тепловых целей. Крыло предназначено для подвески

вооружения и может отстреливаться при аварийной ситуации. Лопасти

несущего винта изготовлены из композиционных материалов. Втулка

несущего винта представляет собой титановую ступицу с пятью

сферическими эластомерными шарнирами. Такая конструкция повышает

маневренность и управляемость вертолета, а также снижает трудоемкость

обслуживания. Четырехлопастной рулевой винт Х-образного типа

обеспечивает большие запасы путевого управления и снижает шум.

Рис.1.14. Общий вид [31] и основные размеры

вертолета Ми-28

Основные технические характеристики [31]

Двигатель - 2× ГТД ТВЗ-117ВМА (ВК-2500-02)

Взлетная мощность - 2×2200 л.с.

Максимальная взлетная масса – 12100 кг

Максимальная / крейсерская скорость – 320 / 270 км/час

Статический / динамический потолок – 3600 / 5700 м

Диаметр несущего винта – 17,2 м

Подробные данные по лопасти несущего винта вертолета Ми-28

приведены в Главе 2.

Тяжелый транспортный вертолет Ми-26

Ми-26 создавался для замены вертолетов Ми-6 и Ми-10 и продолжил

линию развития тяжелых вертолетов. Предназначен для перевозки техники и

крупногабаритных грузов внутри кабины и на внешней подвеске общей

массой до 20 тонн. Может перевозить до 82 человек на сидениях. Обладает

высокой весовой отдачей. По своим параметрам относится к лучшим

вертолетам третьего поколения. Самый грузоподъемный вертолет мира.

Ми-26 построен по одновинтовой схеме. Фюзеляж типа полумонокок. В

конструкции осевых шарниров несущего винта использован торсион,

воспринимающий центробежные нагрузки. Уникальный главный редуктор

имеет многопоточную схему. Шасси трехопорное с передней стойкой,

оснащено системой изменения клиренса для облегчения разгрузочно-

погрузочных работ. Силовая установка имеет системы автоматического

поддержания оборотов несущего винта и синхронизации мощности

двигателей. При отказе одного из них мощность другого увеличивается

вплоть до максимальной, обеспечивая полет с полной нагрузкой до посадки.

Двигатели оснащены пылезащитными устройствами. Кабина экипажа

герметична, комфортабельна, имеет отличный обзор, ее компоновка и

комплекс пилотажно-навигационного оборудования отвечают современным

стандартам по эргономике.

Эскизный проект выполнен в 1972 году, макет – в 1975 году.

Госиспытания прошел в 1980 году. Первый полет серийного вертолета – 25

октября 1980 г. В 1995 г. модификация Ми-26Т получила отечественный

сертификат (Ми-26ТС).

Рис.1.15. Общий вид и основные размеры вертолета Ми-26

Основные технические характеристики [31]

Двигатель - 2× ГТД Д-136

Взлетная мощность - 2×10000 л.с.

Максимальная взлетная масса – 56000 кг

Максимальная / крейсерская скорость – 295 / 250 км/час

Статический / динамический потолок – 1800 / 4600 м

Диаметр несущего винта – 32 м

Подробные данные по лопасти несущего винта вертолета Ми-26

приведены в Главе 2.

1.4. Краткая характеристика лопастного производства

Серийное производство лопастей вертолётов характеризуется

многономенклатурностью и многопрофильностью технологических

процессов, в числе которых:

изготовление деталей из тонколистового металла в условиях

заготовительно-штамповочного производства;

изготовление деталей и узлов лопасти из стеклопластика;

механическая обработка и упрочнение поверхности металлического

лонжерона;

клеезащитное покрытие длинномерного стального лонжерона;

антикоррозионная обработка алюминиевого лонжерона

(анодирование);

монтажно-сборочные и склеечные работы по изготовлению лопасти

смешанной конструкции;

намотка и формование лонжерона из композиционных материалов в

специальной пресс-форме;

склеечные работы по склейке лопасти в специальном стапеле.

Лопастное производство на серийном авиационном предприятии обычно

включает цехи, сформированные по технологическому и предметному

принципу:

цех механической обработки металлических деталей лопастей,

оснащенный специальным и универсальным металлорежущим

оборудованием (станки: токарные, фрезерные, сверлильные,

специальные, упрочняющие и др.);

цех по производству лопастей смешанной конструкции, лопастей из

композиционных материалов, трехслойных панелей и клееных

конструкций для всех типов выпускаемых изделий;

- цех по производству лопастей металлической конструкции;

цех по производству рулевых винтов.

В свою очередь, цехи подразделяются на производственные участки по

предметному и технологическому принципам:

участок механической обработки лонжеронов из алюминиевого

сплава;

участок механической обработки и сборки стальных лонжеронов;

участок изготовления носовых и хвостовых отсеков лопасти;

участок изготовления сотовых заполнителей;

участок стапельной сборки и склейки лопастей;

участок внестапельных работ;

участок намотки (выклейки) лонжерона из композиционных

материалов;

участок (камера) по окраске готовой продукции;

участки вспомогательных производств (клееприготовительные,

пирометрические, мастерские механика, энергетика, и др.)

По целому ряду требований, предъявляемых к элементам

технологического процесса изготовления лопастей и клееных конструкций,

производство относится к особо ответственному. В силу отмеченной

многопрофильности, кроме стандартных требований к производственным

подразделениям, осуществляющим операции механической обработки и

сборки, требования к лопастному производству регламентированы

дополнительно отраслевыми стандартами и руководящими документами

международных сертифицирующих организаций, такими, в частности, как

Технический отчет Национального института авиационных исследований

США [III] и Циркуляры Федеральной авиационной администрации США [IV

– VI]. Важность неукоснительного исполнения требований,

сформулированных в этих документах, обусловлена тем, что все свойства

материала авиационной композитной конструкции формируются в

технологическом процессе ее изготовления. Это касается также несущих

авиационных конструкций, получаемых склеиванием.

Ниже даны краткие выдержки из этих руководящих документов.

Персонал. Все технические специалисты, занятые на важнейших

операциях, таких как подготовка препрегов, намотка, выкладка, формование,

склеивание (хвостовых отсеков), разрушающий и неразрушающий контроль,

все виды испытаний, операции механической обработки, должны обладать

необходимой квалификацией, подтвержденной регулярными аттестациями.

Оборудование, помещения и инструменты. Все оборудование,

используемое в технологических процессах (оборудование для подготовки

связующих, приготовления препрегов, печи, автоклавы, контрольно-

измерительные приборы), должно быть снабжено требованиями к его

сертификации и регулированию, согласованными с изготовителем этого

оборудования.

Операции намотки/выкладки препрегов должны производиться в чистых

помещениях с автоматическим поддержанием заданных условий

температуры и влажности, а также регулярной дополнительной очисткой.

Средства очистки прессформ или другие материалы, которые могут вызвать

загрязнение, недопустимы к использованию в этих помещениях. Любые

технологические операции, могущие вызвать запыление или образование

твердых частиц в воздухе (абразивная или лезвийная обработка) также

недопустимы. Рекомендуется изоляция помещения с использованием

избыточного давления и вентиляционной системы, оснащенной фильтрами.

Минимальные условия фильтрации, выполнение которых необходимо для

технологических помещений, определены в стандарте ISO 14644-1 Class 9.

Оборудование для намотки/укладки препрега должно быть

документировано на предмет точности геометрии укладки слоев,

температуры и влажности препрега в процессе формирования структуры

композита. Оборудование для сушки препрега также должно быть оснащено

средствами контроля и фиксации его температуры и влажности.

Рис.1.16. Типичные требования к температуре и влажности в чистых

помещениях для работы с препрегами [III]

Оборудование для формования (включая оборудование для приклейки

хвостовых отсеков к лонжерону) должно быть паспортизировано с указанием

параметров обеспечения точности геометрии формуемого изделия, средств и

методов поддержания его в работоспособном состоянии, сроков, методов и

средств регулярной поверки. Это оборудование должно обеспечивать

предварительный и в ходе процесса контроль средств создания избыточного

формующего давления, уровня вакуума, а также иметь средства для

выполнения корректирующих действий в случае выхода регистрируемых

параметров за пределы заданного интервала. Диаграммы зависимостей

температуры нагрева, выдержки и охлаждения, а также соответствующие

диаграммы поддержания вакуума и давления должны отслеживаться в ходе

процесса и сохраняться по его завершении. Это оборудование должно также

обеспечивать однородность температурного поля на формообразующих

поверхностях. Для этого рекомендуется размещать датчики температуры в

наименее и наиболее нагретых местах.

Таблица 1.1

Рекомендуемый перечень регламентируемых параметров чистых помещений

для работы с препрегами [III]

• Указание ограничения размещения

постороннего оборудования (испускающего

газы)

• Указание ограничения доступа постороннего

персонала

• Регламентирована скорость воздухообмена в

помещении

• Оборудование для поддержания и контроля

заданных температуры и влажности

• Не допускаются загрязнения другими

процессами (химическая обработка, покраска,

шлифование)

• Расписание и порядок очистки полов

• Расписание и порядок очистки стен

• Влажность (минимальная и максимально

допустимая)

• Температура (минимальная и максимально

допустимая)

• Средства изоляции от загрязнений

• Определен статус помещения: допустимый -

недопустимый набор параметров

• Освещение в люменах

• Имеется прибор для определения плотности

посторонних частиц в воздухе

• Избыточное давление

• Допустимая близость к теплоизлучающему

оборудованию

• Определен статус вакуумных трубопроводов

- допустимый - недопустимый

Таблица 1.2

Рекомендуемый перечень регламентируемых требований к оборудованию

для формования изделий из полимерных композиционных материалов [III]

• Метод очистки, сольвенты, ткани

• Средства выемки изделия из прессформы

• Распределение температур (расположение

термопар в наименее и наиболее нагретых

зонах)

• Маркировка

• Периодичность контроля по образцам -

свидетелям

• Требования к поверхности образцов -

свидетелей

• Материал образцов - свидетелей

• Количество образцов - свидетелей

• Допустимая и рекомендованная скорость

нагрева

• Периодичность проверки

• Требования к формообразующим

поверхностям

• Средства, методы перемещения и

транспортирования

• Условия работы (разъемная - неразъемная)

• Условия приемки – отклонения состояния

оборудования

• Условия и место хранения оборудования

• Параметры температурного расширения –

сокращения при нагреве и остывании

• Материал исполнительных поверхностей

• Расположение и количество портов подачи

избыточного давления, вакуумной откачки и

электрических сигналов системы

управления

• Ориентация в помещении

• Технология ремонта

Места расположения в готовом изделии, оборудование, инструменты и

режимы (скорости резания и подачи) вырезки образцов для контроля свойств

материала должны быть детально определены в технологических

документах. Типы отклонений формы, повреждений поверхности

вырезаемых образцов и измерительные средства для их идентификации

должны быть определены в документах на контрольные операции.

1.5. Документы, регламентирующие технологию изготовления,

контроля, испытаний и приемки изделий лопастного производства

Базовыми документами для подготовки, организации производства

лопастей и их последующего серийного выпуска являются представленные

Разработчиком:

1. Конструкторская документация,

чертежи сборочные и деталировочные, монтажные схемы;

технические условия на изготовление лопасти;

технические условия на контроль, приёмку и поставку лопастей.

2. Директивный технологический процесс на производство лопастей.

Эти документы создаются на основе отраслевых стандартов (ОСТ),

руководящих технических материалов (РТМ), производственных инструкций

(ПИ), разработанных отраслевыми научно-исследовательскими институтами

НИАТ, ВИАМ, ВИЛС.

Технологическими службами предприятия–Изготовителя

разрабатываются:

серийные технологические процессы изготовления деталей, узлов,

лопастей в целом и операций контроля.

производственные инструкции и технологические указания.

технологические паспорта на производство работ (для

паспортизованных узлов, агрегатов).

Технические условия являются основным документом, определяющим

условия поставки и приёмки изделий лопастного производства, которые, как

и конструкторская документация, уточняются в серийном производстве и

согласовываются с Разработчиком и Заказчиком.

Необходимо отметить, что в последние годы в связи с расширением

международного рынка, совершением авиационного материаловедения и

созданием новых методов исследования материалов, тенденцией

гармонизации стандартов на производство и испытания полимерных

композитов авиационного применения, стандартов сертификации изделий и

производств, в процесс обновления и создания новых международных

стандартов вовлекаются крупнейшие производители авиационной техники,

композиционных материалов и профессиональные сообщества. Так,

наибольший вклад в разработку новых стандартов в настоящее время вносят:

NASA - National Aeronautics and Space Administration, США;

NCAMP - National Center for Advanced Materials, США;

SAMPE – Society for the Advancement of Material and Process Engineering;

SACMA - Suppliers of Advanced Composite Materials Association;

AGATE – Advanced General Transport Experiments;

ASTM - American Society for Testing and Materials, США.

Необходимость поставки отечественной авиационной техники за рубеж

вызвала необходимость гармонизации отечественных, в том числе,

отраслевых стандартов, с международными. Эта тенденция привела к

созданию в отечественных отраслевых НИИ, в разрабатывающих

конструкторских бюро специализированных лабораторий и отделов,

разрабатывающих отечественные аналоги и переходные стандарты,

учитывающие прогресс технологий в производстве авиационных

конструкций. В наибольшей степени это относится к технологиям

лопастного производства. С учетом тенденций быстрого прогресса и

обновления руководящих технических материалов ниже приведены

некоторые требования и рекомендации по разработке технологических

документов.

Разрабатываемый технологический документ на своем титульном листе

должен содержать ссылки на все руководящие документы и стандарты, с

использованием которых он разработан, и ссылки на разработчика

документов.

Все используемые термины и сокращения должны быть перед началом

основного текста разъяснены, причем желательно ограничиваться

стандартной терминологией.

Для особо ответственных технологических процессов и инструкций

необходимо указывать квалификацию исполнителя с обязательной ссылкой

на утвержденный перечень квалификационных требований и программу

периодической переаттестации.

Должен быть приведен список всех используемых материалов

(включая вспомогательные) с указанием их производителя. На материалы,

приобретенные за рубежом и являющиеся составным элементом препрега

или клея, должны быть даны ссылки на методы испытания согласно

принятым стандартам.

На материалы или полуфабрикаты с ограниченным сроком годности

должны быть приведены сведения о сроке годности в связи с условиями

хранения (температура и влажность). Такие материалы и полуфабрикаты

должны быть паспортизированы с записями о сроках и условиях хранения.

Приводится наименование всего используемого технологического

оборудования и его производителя с указанием требуемых настроек и

обязательной ссылкой на документ, регламентирующий процедуру

сертификации.

Указывается тип и состояние помещения для выполнения работ с

отметкой о допустимых диапазонах температуры и влажности и ссылкой на

технический паспорт помещения.

Для всех технологических операций указывается режим обработки

материала (смешивание, сушка и т.д.), геометрия укладки слоев ламината,

температурный цикл полимеризации, механической обработки со ссылками

на соответствующие документы, регламентирующие процессы контроля.

При использовании препрегов, хранящихся в холодильниках,

указывается процедура их предварительного подогрева для исключения

конденсации влаги на поверхности.

1.6. Общие вопросы контроля качества и испытаний изделий лопастного

производства

Качество особо ответственных элементов конструкции вертолета –

лопастей несущего винта, т.е. совокупность свойств, обуславливающих

пригодность удовлетворять заданные служебным назначением свойства,

обеспечивается на этапах конструкторской проработки, технологической

подготовки и собственно производства. В свою очередь, обеспечение

качества при производстве достигается использованием технически

обоснованных методов объективного контроля параметров технологических

процессов, контроля параметров деталей, узлов и готового изделия согласно

методикам, утвержденным надлежащим порядком, а также испытаниям,

методики, характер и периодичность которых могут согласовываться

разрабатывающими организациями, Исполнителем и Заказчиком.

В процессе изготовления лопастей для всех типов вертолётов

проводятся следующие виды контроля и испытаний:

приёмочный контроль (отдельные узлы и изделие в целом);

выборочный приёмочный контроль (с регламентированной

периодичностью и количеством предъявляемой продукции);

приёмо-сдаточные испытания (контроль отдельных параметров

лопасти, с регламентированными содержанием и периодичностью

испытаний);

периодические испытания - контрольные испытания образцов,

изготовленных из полностью завершённых производством и принятых

Заказчиком лопастей. Периодичность проведения этих испытаний

регламентируется в технических условиях.

Номенклатура технологических узлов, сборок, изделий и

технологических процессов, подлежащих различного вида контролю,

определяет Разработчик в технических условиях на лопасти. Перечень

контролируемых узлов и параметров согласовывается с представителем

Заказчика у Изготовителя для каждого типа лопастей. В таблице 1.3

приведены специфические для производства лопастей рассматриваемых

типов вертолётов виды контроля и испытаний. Лопасть вертолета

представляет собой исключительно сложное изделие, как с точки зрения

конструкции, так и технологий, использующих многообразие материалов,

компонентов, видов обработки, контроля и испытаний. Однако, в связи с тем,

что для лопасти несущего винта как основного элемента конструкции

вертолета, определяющего его тактико-технические данные, важнейшими

являются аэродинамические и динамические свойства, ниже кратко

рассмотрены только производственные методы контроля массовых

(балансировочных) и геометрических параметров лопастей.

Отдельные схемы контроля весовых параметров, продольной и

поперечной центровки лопастей вертолетов Ми-24 и Ми-28 приведены на

рис. 1.17, 1.18. На рис. 1.17,а представлена схема продольной балансировки

лопасти Ми-24, где L – расстояние от оси вращения до концевого сечения

лопасти; l0 – расстояние от оси вращения до оси стыковочных болтов; ''' , npnp GG -

показания весов при взвешивании приспособления; 1G - показания весов по

сечению «18». Альтернативный вариант продольной балансировки

представлен на рис. 1.17,б. Схема устройства для определения статического

момента лопасти Ми-24 представлена на рис. 1.17, в.

(а)

(б)

Рис. 1.17. Схемы контроля весовых параметров и

центровки лопасти несущего винта вертолета

МИ-24

Определение центра тяжести лопасти Ми-24 иллюстрируется рис.

1.17,г, где 1l - расстояние между опорами приспособления; 2l - расстояние

между точкой опоры приспособления на площадку весов №1 и передней

кромкой лопасти; Хс – координата центра тяжести по хорде; Gл – вес

лопасти; Gпр – вес приспособления.

(в)

(г)

Рис. 1.17 (продолжение). Схемы контроля

весовых параметров и центровки лопасти

несущего винта вертолета МИ-24

Схема контроля продольной центровки лопасти несущего винта

вертолета Ми-28 иллюстрируется рисунком 1.18.

Рис.1.18. Схема контроля продольной центровки лопасти несущего винта

вертолета МИ-28

Контроль геометрии лопастей вертолетов Ми-24 (см. рис. 1.19) и Ми-26

производится в специальных приспособлениях. В схеме контроля изгиба

лопасти вертолета МИ-24 в плоскости вращения размер L обозначает длину

базового участка для установки измерительной линейки; f – величина

прогиба лопасти по передней кромке, принимаемая со знаком «+», когда

передняя кромка вогнута, и со знаком «-», когда выгнута.

Рис. 1.19. Схема контроля изгиба лопасти вертолета МИ-24 в плоскости

вращения

Геометрические параметры лопасти вертолета Ми-28 также

контролируются в специальных приспособлениях (см. рис. 1.20, 1.21) и

дополнительно с помощью координатно-измерительной машины (КИМ) (см.

рис. 1.22, 1.23), которая позволяет, используя ощупывающее устройство,

восстановить сложную трехмерную геометрию лопасти, сканируя ее по

дискретному множеству (так называемому облаку) точек. Достоинством

современных координатно-измерительных машин является возможность

точного восстановления геометрии изделия, произвольно зафиксированного

в пространстве (программное обеспечение позволяет выполнить виртуальное

базирование по результатам ощупывания точек на базовых поверхностях), а

также экспорт координат точек в систему CAD моделирования с

возможностью последующего построения математической модели, либо

количественной оценки отклонений замеренных точек от соответствующих

точек математической модели.

(а)

(б)

Рис. 1.20. Схема измерения увода концевого сечения (а) и приспособления

для контроля крутки (б) лопасти вертолета МИ-28

(а)

(б)

Рис. 1.21. Схема измерения кривизны лопасти в плоскости вращения (а) и

стенда для определения свеса Y лопасти (б) лопасти вертолета МИ-28

Так, величина допустимого отклонения на различных участках

профиля лопасти вертолета Ми-28:

на лобовой части L3±0,3мм;

на центральной части L4±0,4мм;

на хвостовой части L5±0,5мм

может быть измерена с помощью координатно-измерительной машины

“Global” с точностью не хуже 1 мкм. Протокол измерений с указанием

отклонений реальной геометрии лопасти от заданной чертежом и

техническими условиями является частью технологического паспорта

изделия.

(а)

(б)

Рис. 1.22. Схема контроля геометрии сечения

лопасти вертолета МИ-28 (а) и трасс снятия

координат точек вдоль теоретического

контура (б) (L3 – лобовая (носовая часть),

L4 – центральная часть, L5 – хвостовая часть)

(а)

(б)

Рис. 1.23. Общий вид координатно-измерительной машины с

установленными на стол ложементами и обмеряемой деталью (а) и

ощупывающее устройство, производящее снятие координат точек комлевой

части лонжерона лопасти рулевого винта

С целью периодического контроля и подтверждения стабильности

механических, прочностных, усталостных свойств материалов, соединений,

усталостных характеристик готовых изделий, стабильности

технологического процесса в период между предшествующими и

очередными испытаниями, подтверждения возможности продолжения

изготовления продукции по действующей конструкторской, технологической

и нормативной документации по приемке производится комплекс

необходимых испытаний, регламентированных специальными методиками,

программами и техническими условиями. К числу специфических для

лопастного производства испытаний, необходимых для установления и

подтверждения ресурса, т.е. срока службы, в течение которого в изделии не

будут возникать усталостные трещины, относятся динамические испытания.

Для каждого типа лопастей методика испытаний учитывает характер работы

лопасти в изделии (максимальные изгибающие и растягивающие нагрузки).

Динамические испытания лопастей производятся с образцами, вырезанными

из лопастей, успешно прошедших все контрольные операции и принятых

Заказчиком. При испытании в образцах создаются постоянная

растягивающая нагрузка, соответствующая центробежной силе при

максимальных оборотах винта, и динамическая изгибающая нагрузка с

частотой 15…20 Гц, зависящей от динамических характеристик лопасти.

Испытание производится, как правило, до 107 циклов изгиба или до

разрушения образца (если оно наступает до достижения 107 циклов).

Основные динамические испытания лопастей несущего винта включают:

испытания парных комлевых образцов в плоскости тяги и в плоскости

вращения (см. рис. 1.24), концевых образцов (см. рис. 1.25). Лопасть

вертолета Ми-28 дополнительно подвергается испытанию кронштейна

демпфера (см. рис. 1.26).

(а)

(б)

Ри

с. 1

.24

. С

хем

а д

ин

ами

чес

ки

х и

спы

тан

ий

пар

ы к

ом

лев

ых

уч

астк

ов

ло

пас

тей

нес

ущ

его

ви

нта

вер

толет

а М

и-2

8 п

ри

изг

иб

е в п

лоск

ост

и

тяги

(а)

и в

плоск

ост

и в

ращ

ени

я (

б)

(а)

(б)

Ри

с. 1

.25

. Д

ин

ами

чес

ки

е и

спы

тан

ия и

зги

бо

м в

пло

ско

сти

тяг

и к

он

цев

ых

об

раз

цо

в, вы

рез

анн

ых

из

ло

пас

тей

нес

ущ

его

ви

нта

: а

- ф

ото

исп

ыта

ни

й

об

раз

цо

в л

оп

асти

вер

толет

а М

и-2

4;

б –

сх

ема

исп

ыта

ни

й о

браз

цо

в л

оп

асти

вер

толет

а М

и-2

8

Рис. 1.26. Схема динамических испытаний кронштейна гидродемпфера

лопасти несущего винта вертолета Ми-28

Парные образцы испытываются, соединенными жесткой

соединительной деталью; центробежная сила имитируется растяжением

вдоль оси образцов; изгибающие моменты регистрируются с помощью

наклеенных тензодатчиков и измерительной аппаратуры.

По результатам испытания проводится исследование характера и зоны

разрушения, состояния клеевых соединений и целостности хвостовых

отсеков. Система тензометрических датчиков, наклеенных на лопасть, и

электронное устройство регистрации динамических деформаций позволяют

распознать зарождение трещины; после чего испытание переводится из

штатного в режим долома образца лопасти.

Невозможность количественной характеристики отдельных параметров

лопастей, как правило, это параметры внешнего вида некоторых

поверхностей, важных с точки зрения конструктивной прочности,

пригодности для последующих технологических операций или требований

Заказчика, обусловила широкое применение в производстве контрольных

образцов в качестве сравнительных эталонов. Такие образцы в обязательном

порядке утверждаются Разработчиком, другими ответственными и

заинтересованными сторонами.

Таблица 1.3

Виды контроля, выполняемого в процессе производства лопастей

Методы

контроля и

испытаний

узлов,

отсеков,

образцов и

лопасти в

целом,

регламентиро-

ванные

техническими

условиями на

производство

каждого типа

лопастей

Тип вертолета

Ми-24 Ми-26 Ми-28

Проверка лётных качеств на изделии

Проверка

лопасти на

флаттер

Проверка

лопасти на

флаттер один

раз в

полугодие

Проверка на

флаттер при

контроле

соконусности

лопастей

Проверка работоспособности

ПОС на окончательно готовой

лопасти

Комплекс

проверок

работоспособ-

ности ПОС

Динамические испытания

образцов, вырезанных из

готовой лопасти

Комплекс

динамических и

статических

испытаний

образцов

Проверка поперечной центровки лопасти.

Продольная балансировка лопасти

Балансиров-

ка лонжерона

Определение центра тяжести,

массы и статического момента

лопасти

Весовой контроль - 100%

Проверка

закрутки

лонжерона и

лопасти в

Проверка

закрутки и

теоретического

контура

Проверка

наружного

контура лопасти

на КИМ

целом лопасти

Особенности

конструкции

лопасти

Система сигнализации

повреждения лонжерона -------

Материал

лонжерона

Металличес-

кий

алюминие-

вый

Металличес-

кий стальной

Композиционный

материал и

титановая фольга

Конструкция

лопасти

Цельнометал-

лическая

конструкция

Смешанная

конструкция

Из композицион-

ных материалов

В частности, при производстве лопастей вертолёта Ми-28

используются около 50 контрольных образцов-эталонов среди которых,

например:

образец внешнего вида зашкуренной поверхности деталей из

стеклопластика и органопластика;

образец внешнего вида титановой фольги до нанесения клея и с

нанесённым клеем ВК – 25;

образец внешнего вида противовеса и вкладыша носового отсека;

образцы внешнего вида световых пятен на поверхности лонжерона и

вида внешней и внутренней поверхностей лонжерона;

образец внешнего вида готовой носовой части лопасти;

образец внешнего вида обшивки с пластиной и стрингером хвостовых

отсеков;

образец внешнего вида отсека до и после окраски и отдельных частей

лопасти;

образец внешнего вида лопасти до и после окраски и ряд других

контрольных образцов для объективного сравнения.

Аналогичные контрольные образцы - эталоны используются в

производстве лопастей вертолётов типа Ми 24 и Ми 26.

2. Конструктивные особенности и технологии производства лопастей

несущего винта вертолетов

2.1. Лопасть несущего винта вертолета Ми-24

Лопасть несущего винта имеет прямоугольную в плане форму с хордой

580 мм. Профиль сечения лопасти NACA-23012. Крутка лопасти изменяется

по линейному закону от 0 градусов в сечении 18, до 3036′ в сечении 5.

Лопасть цельнометаллической конструкции состоит из лонжерона, стального

наконечника, через который осуществляется крепление к втулке, и

восемнадцати хвостовых отсеков.

Длина лопасти от оси стыковочных отверстий до 18-го теоретического

сечения - 7775мм. Вес лопасти (максимальный) 118 кг.

Основным силовым элементом лопасти является лонжерон,

окончательный профиль которого выполняется фрезерованием заготовки из

деформируемого алюминиевого сплава АВТ-1. Заготовка лонжерона

получена прессованием через фильеру. Лонжерон образует носовую часть

профиля лопасти (рис. 2.2).

Хвостовая часть профиля лопасти образована хвостовыми отсеками, в

конструкцию которых входят сотовый заполнитель из оксидированной

алюминиевой фольги А5Т толщиной 0,04 мм, металлическая обшивка из

авиаля (сплавы алюминия АВМ и АВТ-1) и нервюры из деформируемого

сплава Д16АТ. Хвостовые отсеки (18 шт.) приклеиваются сотами к задней

стенке лонжерона, а обшивкой - к его полкам (см. рис. 2.1; 2.2). Все силовые

клеевые соединения выполнены на клее ВК-3 или ВК–3А в жидкой

консистенции или в виде клеевой плёнки.

Рис.2.1. Общий вид лопасти несущего винта вертолета Ми-24

1. Наконечник лопасти

2. Комлевый обтекатель

3. Лонжерон

4. Противообледенительное

устройство

5. Концевой обтекатель

6. Хвостовые отсеки

7. закрылки

8. Хвостовая часть обтекателя

9. Зарядный вентиль

10. Сигнализатор давления

11. Штепсельный разъем

12. Носовая часть обтекателя

13. Противовес

14. Сотовый заполнитель

15. Защитная накладка

16. Съемная часть законцовки

17. Стекло контурного огня

18. Несъемная часть законцовки

лопасти

Рис.2.2. Схема сечения

лопасти несущего

винта вертолета МИ-

24

1 – слои стеклоткани

(внутренняя

изоляция);

2 – противоабразивная

накладка (резина);

3 – провод ПТЛ;

4 – оковка

12Х18Н10Т;

5 - слои стеклоткани

(наружная изоляция);

6 – нагревательный

элемент;

7 - лонжерон

Лобовая часть лопасти на участке от 8 до 18 сечения защищена от

абразивного износа металлической оковкой из нержавеющей стали

12Х18Н10Т, состоящей из двух пластин толщиной 0,3 и 0,8мм, соединённых

между собой точечной электросваркой. Оковки приклеены к лонжерону

клеем ВК-31.

Для улучшения аэродинамики лопасти на стыке наконечника с

лонжероном установлен комлевый обтекатель. На стыках отсеков между

торцевыми нервюрами установлены вкладыши, предотвращающие

перетекание воздуха с нижней плоскости лопасти на верхнюю с

герметизацией стыков герметиком ВИТЭФ – 1НТ. Конструкция типового

отсека лопасти изображена на рис. 2.3.

Рис.2.3. Конструкция типового хвостового отсека ЛНВ МИ-24

1 – межотсечный вкладыш; 6 – лонжерон;

2 – сотовый заполнитель; 7 – нервюра;

3 – лапка нервюры; 8 – обшивка;

4 – противообледенительное

устройство;

9 – хвостовой стрингер

5 – противовес;

Лопасти оборудованы электрической противообледенительной системой

(ПОС), которая предназначена для периодического сброса льда,

образующегося на лопастях при полёте в условиях обледенения. ПОС

включается в режиме вращения несущего винта по команде экипажа при

температуре окружающего воздуха +5ºС и ниже. Зона обогрева по ширине

лопасти составляет 10…11,5%. На носке лопасти вклеена

электронагревательная накладка (рис.2.2), которая состоит из

нагревательного элемента, слоев внутренней и внешней изоляции,

противоабразивной резиновой накладки.

Внешний и внутренний слои электроизоляции нагревательного элемента

представляют собой стеклопластик, выклеенный из одиннадцати слоёв

стеклоткани марки ПС НФ/ЭП толщиной 0,1 мм. Между десятым и

одиннадцатым слоями стеклоткани установлены нагреватели, выполненные

из токопроводящей ткани марки РПС-Н290. Каждый нагреватель выполнен в

виде самостоятельной секции, которые поочерёдно включаются под нагрузку

переменным однофазным током напряжением 208 В частотой 400 Гц.

Лопасть оборудована пневматической системой сигнализации

повреждения лонжерона, которая срабатывает в случае появления сквозной

микротрещины (трещины), вызывающей нарушение герметичности полости

лонжерона.

Рабочее избыточное давление азота в полости лонжерона равно 1-0,1

атм.

Снижение рабочего давления в полости лонжерона лопасти приводит к

перемещению сигнализатора в положение «красный цвет», и определяется

при стояночном положении.

Стыковочный узел комлевой части лопасти (наконечник) выполнен

вильчатой формы, предназначен для присоединения к втулке несущего

винта; противоположная часть наконечника охватывает лонжерон лопасти и

крепится к нему специальными болтами (рис.2.4).

На комлевой части лонжерона лопасти предусмотрен узел для швартовки,

который обеспечивает сохранность лопастей при ветре (в стояночном

положении вертолёта).

На наружную поверхность лопастей наносится лакокрасочное покрытие

(ЛПК) по схеме, оговоренной в чертеже; эксплуатационные надписи на

поверхности лопасти выполняются в соответствии с ГОСТ 2930-62. Лопасти

выпускаются взаимозаменяемыми поштучно, что представляет большое

удобство при эксплуатации вертолётов.

Лопасти предназначены для эксплуатации в любых климатических

условиях, при температуре окружающего воздуха ±60ºС (холодном,

тропическом, влажном и тропическом сухом климате).

Рис.2.4. Узел крепления наконечника к лонжерону лопасти вертолета Ми-24.

1 – болты крепления наконечника к лонжерону; 2 – контровочная шайба; 3 –

сигнализатор уровня давления газа в лонжероне; 4 – наконечник; 5 -

лонжерон

Назначенный (технический) ресурс и срок службы лопастей составляет

1200 лётных часов в течение 9 лет непосредственной эксплуатации.

Гарантийный ресурс и срок службы лопастей составляет 500 лётных часов в

течение 3,5 лет непрерывной эксплуатации.

Перечень основных технологических операций по изготовлению лопастей

несущего винта вертолета Ми-24 включает в себя:

1. Изготовление деталей в заготовительно - штамповочном производстве

(нервюры, обшивки, уголки, оковки и т.д.).

2. Изготовление деталей в механосборочном производстве (распорные

вкладыши, корпуса, стрингера, пластины и т.д.).

3. Изготовление резинотехнических деталей и противовесов.

4. Изготовление лонжерона лопасти, включая операцию виброударного

упрочнения.

5. Изготовление наконечника.

6. Совместная разделка отверстий и сборка лонжерона с наконечником.

7. Изготовление нагревательных накладок и их установка на лонжерон.

8. Изготовление хвостовых отсеков.

9. Стапельная сборка-склейка лопасти.

10. Внестапельные работы по сборке лопасти, проведение комплекса

контрольных проверок.

11. Сдача готовой лопасти работникам службы технического контроля и

представителю Заказчика.

Важнейшими составляющими технологического процесса изготовления

лопасти являются операции изготовления лонжерона. На предприятии –

Поставщике заготовки лонжеронов подвергаются по специальной методике

100%-ному ультразвуковому контролю с целью выявления

подповерхностных дефектов. Перед запуском в производство полученная

заготовка лонжерона проходит входной контроль на соответствие чертежу и

техническим условиям. В процессе подготовки заготовки лонжерона к

механической обработке ее внутренняя поверхность подвергается осмотру

посредством перископа. Осмотр проводится двумя различными

контролёрами; по его результатам заполняются карты контроля, куда

вносятся результаты контроля соответствия внутренней и наружной

поверхностей заготовки лонжерона техническим условиям и эталонам,

утверждённым Разработчиком. При этом мелкие риски и забоины на

внутренней поверхности заготовки лонжерона, соответствующие эталону на

отклонения, разрешается не зачищать.

Механическая обработка лонжерона лопасти производится по наружной

поверхности, при этом базой при механической обработке лонжеронов D-

образного профиля является внутренний контур. Точность выполнения

наружного контура лонжерона достигается при механической обработке

специальными фасонными фрезами на продольном копировально-фрезерном

станке. Толщины стенок в процессе фрезерования замеряются

ультразвуковым толщиномером. Наиболее строгие требования

предъявляются к точности выдерживания контура лонжерона по линиям

«верх» и «низ».

После механической обработки все лонжероны подвергаются

ультразвуковому контролю на сплошность материала согласно действующей

методике. В отдельных случаях дефекты, выявленные на обработанной

поверхности лонжерона, допускается удалять при условии, что удаление

дефекта не выводит толщину стенок лонжерона за пределы допусков. При

обнаружении шлаковых включений лонжерон бракуется. На наружной

поверхности лонжерона дефекты не допускаются.

Величины допустимых отклонений толщины стенок лонжерона находятся

в пределах – 0,1…0,3мм в зависимости от их расположения по сечению

лонжерона. Завышение толщины стенок ограничено +0,3мм, и допускается

при условии сохранения веса и статического момента в пределах, заданных

чертежом и техническими условиями. Данные по замерам толщин стенок

заносятся в карты замеров.

После завершения механической обработки наружный контур

контролируется при помощи шаблона, изготовленного в соответствии с

теоретическим чертежом лопасти. Чистота поверхности окончательно

обработанного упрочнённого лонжерона должна соответствовать

утверждённым эталонам. На стадии слесарной обработки лонжерона для

обеспечения взаимозаменяемости лопастей по балансировочным

характеристикам производится подбор лонжерона по весу и статическому

моменту относительно оси вращения лопасти. Данные по весу и

статическому моменту готового лонжерона заносятся в весовой журнал и

технологический паспорт.

Одной из наиболее ответственных технологических операций является

правка, т.е. введение геометрических параметров лонжерона в заданные

допуски. Процесс правки может ухудшать механические свойства

лонжерона, т.к. выполняется путем создания локальных пластических

деформаций и остаточных напряжений. Технология правки накладывает

высокие требования на квалификацию рабочих, выполняющим эту операцию

и требует прохождения исполнителями специального обучения и аттестации.

Операция правки выполняется на специальной установке с применением

охватывающих ложементов, имеющих форму теоретического сечения

лонжерона. В отдельных случаях правку осуществляют на прессе, при этом

усилие на лонжерон передаётся через верхний ложемент с опорой на два

нижних, установленных на расстоянии ~1,5 м. Допустимые величины и

отклонения формы в процессе правки регламентированы техническими

условиями.

Следующая технологическая операция – крутка выполняется на

автоматизированной установке,, которая обеспечивает закручивание каждого

сечения вдоль оси скручивания. Закрутку сечений проводят последовательно,

постепенно приближаясь к величинам, указанным в теоретическом чертеже

лопасти. По завершении крутки проводится замер фактических углов,

значения которых автоматически заносятся в протокол. Путём наложения

прозрачного трафарета допустимых отклонений на построенный график

определяют допустимость полученного распределения крутки по длине

лонжерона, степень его готовности и возможность допуска в дальнейшее

производство. При этом допускается корректировка – исправление кривизны

и крутки в обратную сторону, но не более одного раза. Все допустимые

величины оговорены в технических условиях.

После выполнения операций правки гибкой и круткой проводится

визуальный осмотр наружной поверхности лонжерона. Риски, забоины и

другие дефекты на поверхности лонжерона не допускаются.

Для повышения усталостных характеристик лонжерона и лопасти в

целом после выполнения механических и слесарных работ производится

упрочнение поверхности лонжерона виброударным методом на специальном

вибростенде (см. рис. 2.5). Процесс упрочнения осуществляется путем

массированного нанесения ударов стальными закаленными шариками по

внутренней и наружной поверхностям лонжерона, помещенного в контейнер,

который установлен на вибрирующем с высокой амплитудой столе

вибростенда. Однокомпонентная вибрация установленного на

пневматических опорах стенда осуществляется за счет встречного вращения

дебалансов. Для обеспечения равномерности обработки всех поверхностей

лонжерона обработку производят в четыре перехода, на каждом из которых

контейнер с установленным лонжероном и шариками рабочей среды

переворачивают на 900 так, что наиболее интенсивной обработке

подвергаются горизонтально расположенные поверхности лонжерона.

В результате массированного нанесения ударов полированными

стальными шариками, твердость которых значительно превышает твердость

материала лонжерона, его поверхность сплошь покрывается пятнами

контакта. В процессе обработки на каждом переходе пятна контакта

перекрываются, формируя сплошную гладкую поверхность. За счет

поверхностной деформации, вызванной ударами стальных шариков,

поверхностный слой лонжерона приобретает сжимающие остаточные

напряжения, величина и распределение которых контролируется по

образцам-свидетелям на установке АСКОН, производящей послойное

стравливание материала, контроль деформации образца и последующее

восстановление диаграммы распределения сжимающих остаточных

напряжений по глубине.

Рис. 2.5. Общий вид стенда для вибрационного упрочнения лонжерона

лопасти вертолета Ми-24 (верх) и образцы-свидетели для контроля

остаточных напряжений на установке АСКОН (низ) (шарики выгружены)

Сжимающие поверхностные остаточные напряжения в материале

лонжерона значительно повышают его усталостную прочность, особенно при

деформациях изгиба. Однако величина этих напряжений такова, что любые

попытки дальнейшей правки лонжерона изгибом или кручением могут

привести к локальной текучести материала в наиболее напряженных

областях, в результате чего требуемое распределение остаточных

напряжений будет нарушено. Следствием этого будет значительное

ухудшение усталостных свойств всей конструкции лонжерона и приведение

его в негодность. Поэтому операции правки лонжерона и механической

обработки его упрочненной поверхности не допускаются.

Завершающей технологической операцией по изготовлению лонжерона

является анодирование, защищающее поверхность изделия от коррозии. До и

после анодирования лонжерона производится 100% визуальный контроль

состояния наружной поверхности с помощью 2-х кратной лупы. В связи с

тем, что выполнение завершающих операций связано с транспортировкой

лонжеронов между специализированными цехами, что может вызвать

повреждение поверхностей, обязательный контроль поверхности лонжеронов

производится:

1. Непосредственно после анодирования.

2. Перед приклейкой хвостовых отсеков и нагревательной накладки.

3. Перед окраской лопасти.

Наконечник, являющийся особо ответственной деталью, соединяющей

лопасть со втулкой несущего винта, изготавливается механической

обработкой из стальной поковки, марки 40ХН2МА и относится к I группе

контроля по ОСТ 100021-78. Так как все силы и моменты, действующие на

лопасть, передаются втулке через наконечник, эта деталь испытывает при

эксплуатации максимальные динамические и статические нагрузки. Этот

факт иллюстрируется рисунком 2.6, где представлена область соединения

наконечника с лонжероном после динамических испытаний. Как видно,

наиболее напряжена зона наконечника у первого ряда болтов, где проходит

магистральная усталостная трещина.

Рис.2.6. Фотография области сопряжения наконечника и лонжерона с

усталостной трещиной

Заготовка наконечника представляет собой поковку, оснащенную

технологической перемычкой, необходимой для обеспечения жесткости

детали при механической обработке внутренней и наружной поверхностей

щек (см. рис. 2.7, 2.8).

Рис.2.7. Фото заготовки (после обработки цилиндрической шейки и

выполнения базовых центровых отверстий) и детали «наконечник» (после

обработки внутренних и наружных поверхностей щек)

Рис. 2.8. Эскиз детали «наконечник» перед удалением технологической

перемычки

Технологический маршрут детали включает операцию подготовки баз

(сверление центровых отверстий и точение шейки), обработку внутренней

поверхности щек (см. рис. 2.9), обработку наружной поверхности, сверление

отверстий, удаление технологической перемычки, слесарную обработку.

Рис.2.9. Операционные эскизы механической обработки внутренней

поверхности щек наконечника

В процессе 100% контроля проверяется твердость, наличие внутренних

дефектов путем магнитного контроля, визуальный контроль. На всех

поверхностях детали не допускаются трещины и поперечные дефекты;

волосовины в готовых отверстиях.

Сборка лонжерона с наконечником производится в специальной

сборочной оснастке с фиксацией наконечника по стыковым отверстиям, а

лонжерона по теоретическому контуру. Перед сборкой производят

комплектовку лонжерона и наконечника так, чтобы более тяжёлые

наконечники устанавливались на облегченные лонжероны, а облегченные

наконечники – на более тяжёлые лонжероны.

В процессе обработки отверстий при сборке лонжерона контролируются

чистота поверхности отверстий, радиусы скруглений и монтажные фаски.

Перед постановкой соединительных болтов сопрягаемые участки лонжерона

и наконечника тщательно обезжиривают хлопчатобумажной салфеткой,

смоченной в бензине «Нефрас» и отжатой.

На контактные поверхности лонжерона и наконечника наносится подслой

и клеевая плёнка с последующей постановкой болтов в отверстия. Затем

производят подготовку поверхности лонжерона и нагревательной накладки к

склейке; проверяют отсутствие механических повреждений и посторонних

включений на поверхности склейки с последующим нанесением слоёв клея и

опрессовкой противоабразивной накладки по установленному режиму.

Одновременно с опрессовкой происходит склейка контактных поверхностей

наконечника и лопасти. После склейки удаляют следы выдавившегося клея,

проверяют отсутствие непроклеев и механических повреждений. Для

выклейки лобовой части лопасти изготавливают резиновые накладки и

подготавливают к склейке поверхности на резиновых и противоабразивных

накладках. В дальнейшем на лонжерон лопасти приклеивают резиновую и

металлические оковки, с опрессовкой их в автоклаве. Контроль качества

приклейки определяют методом простукивания спецмолоточком,

контролируя отсутствие механических повреждений на лопасти и

устанавливаемых деталях.

Порядок постановки болтов крепления наконечника к лонжерону и

последующая тарированная затяжка гаек регламентированы

технологическим процессом и техническими требованиями чертежа.

Завершающие операции изготовления лобовой части - проверка величины

электрического сопротивления нагревателей и электропрочности изоляции

на пробой в нормальных условиях и в водной среде.

2.2. Лопасть несущего винта вертолета МИ-26

Восьмилопастной несущий винт вертолета Ми–26, имея на 40% меньшую

массу лопастей по сравнению с лопастями вертолета Ми–6, обеспечивает на

30% большую тягу и КПД. Лопасти имеют переменную относительную

толщину аэродинамического профиля, прямоугольную форму в плане;

размер хорды 0,8 м. Длина лопасти от оси стыковочных отверстий до

законцовки составляет 14,3 м. Вес лопасти - 378 кг.

Общий вид лопасти несущего винта вертолёта Ми-26 изображён на

рисунке 2.10.

Основным силовым элементом лопасти является цельновысаженный

стальной лонжерон с двумя проушинами в комлевой части. Проушины

служат для стыковки лопасти с втулкой несущего винта.

Лонжерон лопасти имеет переменное сечение, изменяющееся от круглого

у комля к каплевидному овалу с уменьшающейся толщиной стенки по мере

приближения к законцовке. Лонжерон выполнен из стали 40 ХН2МА – Ш –

«селект».

Рис. 2.10. Общий вид лопасти несущего винта

вертолета МИ-26

(Перечень позиций см. в табл. 2.1)

Полученный с завода-изготовителя лонжерон подвергается входному

контролю и расконсервации, после чего производится его зачистка путем

опескоструивания наружной и внутренней поверхностей. Затем лонжерон

устанавливается в специальный стапель, где с помощью оптического

квадранта выявляются отклонения формы; далее он передается на операцию

правки, выполняемую с помощью гидравлического пресса.

Последующая термообработка (отпуск) в индукционной печи позволяет

снять внутренние напряжения в металле трубы лонжерона.

В дальнейшем лонжерон поступает на участок механической обработки,

где выполняется фрезерование проушины наконечника, сверление и

растачивание стыковочных отверстий, служащих для крепления лопасти к

втулке несущего винта.

Таблица 2.1

Перечень обозначений на рис. 2.10

1 – Проушина комлевой

части лонжерона

2 – Разрезная втулка

3 – Сигнализатор

давления

4 – Механизм проверки

исправности

сигнализатора

5 - Лонжерон

6 – Хомут крепления

комлевого обтекателя

7 – Хвостовая часть

комлевого обтекателя

8 – Пенопластовый

вкладыш

9 - Закрылок

10 – Хвостовой отсек

лопасти

12 – Межотсечный

вкладыш

13 –

Полимерсотопластовый

заполнитель

14 – Резиновое

уплотнение

16 - Шпилька

17 – Швартовочный

узел

18 – Задний башмак

19 - Кронштейн

20 - Стекло

21 – Лампа контурного

огня

22 – Носовая часть

концевого обтекателя

23 – Передний башмак

24 – Трубка КВИС

(комбинированный

вертолетный

измеритель скорости)

25 – Балансировочные

пластины

26 – Стяжной болт

27 - Штифт

28, 29 – Заглушка

элемента

33 – Пенопластовый

заполнитель

34 –

Воздухопроводящий

канал

35 - Компенсатор

36 – Резиновая оковка

из резины ВР-3

37 - Противовес

38 – Носовая часть

консольного

обтекателя

39 - Провода

40 - Съемная крышка

41 – Штепсельный

разъем

42 – Трубка подачи

воздуха внутрь

лонжерона из

зарядного штуцера

43, 45 – Заглушка

44 – Резиновое

уплотнение

46 - Трубка подачи

воздуха из полости

лонжерона в

сигнализатор

давления и механизм

проверки исправности

сигнализатора

47 – Стяжной болт

48 – Закрылок

49 - Наконечник

сильфона с красной

боковой

поверхностью

50 – Прозрачный

колпачок

51 – Сильфонный

чувствительный

элемент

52 – Корпус

сигнализатора

53 – Фторопластовое

30 – Облицовка

31 – Титановая оковка

32 – Шинка

нагревательного

кольцо

54 – Ушко крепления

корпуса

сигнализатора

55 – Кнопка

56, 58 – Колпачок

57 - Шайба

После лезвийной обработки производится ленточное шлифование

наружной и внутренней поверхностей трубы лонжерона.

По завершении контрольных операций (контроля контура, твердости,

качества внутренней и наружной поверхностей, толщины стенок трубы)

следует плоско-шлифовальная обработка наружной и внутренней

поверхностей проушины.

Затем лонжерон проходит контроль на отсутствие прижогов,

обезуглероживание, выполняется его взвешивание, определение статического

момента.

На следующей операции лонжерон подвергается упрочнению поверхности

(снаружи – ротационным и изнутри гидропескоструйным способом). Для

защиты от коррозии наружная поверхность лонжерона до приклейки носовых

частей и хвостовых отсеков облицовывается одним слоем стеклоленты на

клее ВК-32-200; внутренняя поверхность лонжерона покрывается грунтом

ВЛ02.

В процессе сборки к лонжерону (5) крепятся путем склеивания: носовая

часть и хвостовые отсеки (26 шт.) с сотовым заполнителем (13), образующие

аэродинамический профиль лопасти, комлевый и концевой обтекатели, узлы

балансировки и швартовки лопастей. В конструкции носовой части,

хвостовых отсеков и обтекателей применён стеклопластик.

Носовая часть лопасти состоит из компенсаторов, пенопластового

заполнителя, обшивки – облицовки и пакета противообледенительной

системы. Стеклопластиковый компенсатор является промежуточным звеном,

передающим все нагрузки с каркаса лопасти на лонжерон, и представляет

собой монолитную стеклопластиковую ленту, спрессованную из листов

стеклоткани и пропитанную связующим составом ЭДТ-10П. Толщина ленты

определяется расстоянием до внутренней поверхности обшивки носовой

части лопасти. Все стеклопластиковые элементы конструкции набраны из

листов Т-10-80, пропитаны связующим составом ЭДТ-10П и после

опрессовки представляют собой монолитные детали.

Каждый хвостовой отсек состоит из обшивки, полимерсотопластового

заполнителя ПСП-1, нервюр, стрингера, усиливающих накладок, закрылков

(на отсеках №№ 1…16, 20…26) и отгибаемых триммерных пластин (на

отсеках №№ 17...19). Обшивка, стрингер, нервюры изготовлены из

стеклопластика. Все детали склеены между собой при помощи

высокопрочного клея ВК–32–200.

Закрылки, установленные на отсеках 1…16, 20…26 предназначены для

снижения нагрузок в системе управления несущим винтом; триммерные

пластины, установленные на отсеках 17…19, предназначены для введения

лопастей в соконусность. Между хвостовыми отсеками имеются зазоры,

которые обеспечивают возможность разворота отсеков относительно друг

друга при изгибе лонжерона. В зазоры установлены межотсечные вкладыши

для предотвращения перетекания воздуха. В концевой части лопасти

расположены балансировочные пластины, предназначенные для подгонки

статического момента лопасти.

Для предохранения стыковочных отверстий комлевой части лонжерона,

предназначенных для крепления лопасти к втулке несущего винта, в

отверстия установлены на клее стальные разрезные втулки (2), состоящие из

четырёх секторов, а по наружным поверхностям проушин трубы приклеены

стальные шайбы, предохраняющие отверстия и плоскости проушин от

фреттинг – коррозии. Возникающая при трении двух поверхностей фреттинг

– коррозия может приводить к преждевременному повреждению

контактирующих поверхностей, образованию поверхностных микротрещин

и, вследствие этого, к снижению усталостной прочности.

Лопасти оборудованы электрической противообледенительной системой

(ПОС) секционного типа, работающей в циклическом режиме. ПОС

включается при вращающемся винте и температурах окружающего воздуха

ниже +5ºС; продолжительность работы одной секции составляет 5…30 сек.

Секции лопастей включаются поочерёдно, последовательно обогревая

отдельные участки лопасти.

Нагревательная накладка носовой части лопасти (см. рис. 2.11) состоит из

шести нагревательных пакетов, каждый из которых представляет

самостоятельную секцию ПОС. Нагревательный пакет состоит из

нагревателя, внутренней, внешней изоляции и противоабразивной защиты

(см. рис. 2.12). Нагреватель лопастей выполнен в виде трех полос сетки из

нержавеющей стали, соединенных между собой последовательно с помощью

латунных шин. Внутренняя и внешняя изоляции представляют собой

стеклопластик, выполненный из трех слоёв стеклоткани марки ЭЗ-100 (2

внутренних слоя и один слой внешний). Для защиты от абразивного износа

поверх внешнего слоя изоляции на клее ВК-31 приклеены

термостатированная резина ВР-3В и оковка из титана ОТ–4–1.

На участке лопасти от сечения 1 до радиуса 9,4м от оси вращения ширина

оковки толщиной 0,3 мм вдоль хорды составляет 30 мм. На остальном

участке лопасти оковка имеет ширину вдоль хорды 45 мм и переменную

толщину, изменяющуюся от 1,5 мм на передней кромке до 0,2 мм на краях

оковки. Из технологических соображений оковка изготавливается из

отдельных полос длиной ~ 500 мм, соединяющихся встык по размаху

лопасти. Для исключения больших сдвиговых напряжений в клеевом

соединении оковки при изгибе лопасти по краям полос сделаны поперечные

прорези.

Рис.2.11. Носовая часть лопасти вертолета Ми-26

1 – Электрический жгут противообледенительной

системы;

2 – Пенопласт;

3 – Воздухопроводящий канал;

4 – Противоабразивная накладка;

5 - Лонжерон

(б)

(в)

Рис.2.12. Расположение жгутов в передней кромке секций №№1,2 (б) №№3,4

(в)

1 – Электрический

провод;

2 – Прокладка

(стеклоткань);

3 – Оковка (нержавеющая

сталь 12Х18Н9Т1)

4 - Противоабразивная

накладка;

5 – Мастика КЛН-

1М;

6 – Лонжерон

лопасти;

7 – Стеклоткань – 6

слоев

8 - Стеклоткань – 4

слоя

Напряжение питания нагревателей 3ф×199….206 В подается через

штепсельный разъём, установленный в комле лопасти (см. рис. 2.13).

Питание лампы контурного огня, установленного в обтекателе концевой

части лопасти и работающего в полете в мигающем режиме, осуществляется

переменным напряжением 7,5 В через понижающий трансформатор.

Рис.2.13. Комлевая часть лопасти вертолета МИ-26 с сигнализатором

обнаружения повреждения лонжерона и механизмом проверки исправности

сигнализатора (позиции на эскизе см. рис. 2.10 и табл. 2.1)

Все лопасти оборудованы системой обнаружения повреждения

лонжерона, которая оповещает о появлении микротрещин, возникающих в

процессе эксплуатации вертолёта. Принцип действия системы основан на

том, что в начальной стадии образования сквозные микротрещины

пропускают находящийся в лонжероне под избыточным давлением воздух,

не нарушая несущей способности лонжерона в течение времени,

достаточного, чтобы остаточный ресурс был не менее максимальной

продолжительности полёта.

В систему обнаружения повреждения лонжерона входят (см. рис. 2.13):

Металлические заглушки, установленные в комлевой и концевой

частях лонжерона.

Корпус сигнализатора, механизм проверки исправности сигнализатора

и зарядный вентиль с золотником.

В лопасти вертолёта Ми-26 стальной трубчатый лонжерон по наружной

поверхности облицован стеклолентой, за счёт чего при возникновении

трещины в лонжероне исключается возможность обнаружения повреждения

лонжерона с помощью пневматической системы сигнализации. Для

обеспечения надёжного функционирования системы сигнализации

повреждения лонжерона по всей длине его внешней поверхности

укладываются сдвоенные фторопластовые шнуры. После обмотки лентами

из стеклоткани и полимеризации в пресс-форме фторопластовые шнуры

удаляются, образуя воздушные каналы, открытые со стороны внешней

поверхности трубы лонжерона. Появление усталостной трещины в зоне

воздушных каналов приводит к падению давления внутри лонжерона и

срабатыванию сигнализатора.

Для исключения вероятности обрыва фторопластового шнура при его

вытягивании из полости длиной 14 метров каналы выполняются двойными.

Система обнаружения повреждения лонжерона работает по следующей

схеме: под действием давления воздуха в полости лонжерона происходит

сжатие сильфона сигнализатора и перемещение наконечника сильфона из

зоны видимости внутрь корпуса. В случае образования сквозных

микротрещин в лонжероне, давление внутри него, а, следовательно, и внутри

корпуса сигнализатора, падает вследствие травления воздуха через

микротрещины в воздухопроводящие каналы. Падение давления на 0,15

кгс/см2 приводит к появлению наконечника сильфона с красной боковой

поверхностью в зоне обзора на прозрачном колпачке, что сигнализирует о

разгерметизации системы или возможном сквозном повреждении лонжерона.

Лопасти несущего винта предназначены для эксплуатации в любых

климатических условиях при температуре окружающего воздуха в диапазоне

±60ºС. Технический (назначенный) ресурс устанавливается Разработчиком по

согласованию с представителем Заказчика. Срок гарантии – 600 лётных часов

в течение трех лет непосредственной эксплуатации. В срок гарантии один год

транспортировки и хранения не включаются. Лопасти вертолёта МИ-26

изготавливаются взаимозаменяемыми покомплектно.

На наружную поверхность лопастей наносится лакокрасочное покрытие

по схеме, оговоренной в чертеже; надписи на поверхности лопасти

выполняются согласно чертежу в соответствии с ГОСТ 2930-62.

Технические условия на производство лопастей включают разделы:

Описание конструкции;

Технические требования к объекту производства (лопасти);

Перечень применяемых материалов и технические требования к

ним;

Технические требования к технологии производства деталей, узлов,

отсеков и лопасти в целом;

Методики весового контроля, проверки закрутки и теоретического

контура лопасти, продольной балансировки и поперечной её центровки;

Методики испытаний;

Проверка лопасти на запас до флаттера;

Правила приёмки и методы контроля лопасти;

Динамические испытания образцов, вырезаемых из лонжеронов и

лопастей;

Упаковка, транспортировка и хранение, гарантии Поставщика и

указания по эксплуатации.

Технологический маршрут изготовления лопасти МИ-26 включает

следующие операции:

1. Механическая обработка лонжерона, включающая:

Входной контроль заготовки лонжерона;

Расконсервация;

Опескоструивание наружной и внутренней поверхностей трубы

металлическим песком;

Правка трубы;

Термическая обработка (отпуск);

Консервация;

Фрезерная обработка наконечника (формирование проушины);

Слесарные операции (обработка наконечника);

Шлифование наружной и внутренней поверхностей трубы;

Контрольные операции (контроль контура, твердости, качества

внутренней поверхности, толщины стенок трубы);

Плоско-шлифовальная обработка наружной и внутренней поверхностей

проушины;

Контроль ЦЗЛ (прижоги, обезуглероживание);

Взвешивание (определение веса, статического момента);

Ротационное упрочнение наружной поверхности и гидропескоструйный

наклеп внутренней поверхности лонжерона;

Магнитный контроль;

2. Нанесение на лонжерон лакокрасочного покрытия и

термостатирование;

3. Покрытие наружной и внутренней поверхности трубы лонжерона

клеем ВК-32-200 с последующей сушкой;

4. Зачистка (шерохование) поверхности лонжерона, покрытой клеем

ВК-32-200. Удаление продуктов зачистки. Покрытие поверхности

лонжерона тремя – пятью слоями клея ВК-3. После покрытия каждого

слоя производится выдержка на воздухе в течение 30 минут, затем сушка

в автоклаве при температуре 60±5C° в течение 30 минут;

5. Установка и фиксация лонжерона в стапеле сборки по ложементам и

фиксатору комлевой части. Укладка вдоль лонжерона лопасти жгутов из

фторопласта для формирования каналов системы сигнализации

целостности лонжерона. Место установки жгутов определяют по

рубильникам стапеля.

6. Установка на наружную поверхность лонжерона двух облицовок из

стеклоткани и последующая их полимеризация в автоклаве.

7. Приклейка на поверхность облицовки лонжерона опорных бобышек

и компенсаторов. Полимеризация клеевых соединений в вакуумных

мешках, помещенных в автоклав. Место установки компенсаторов

определяется по фиксаторам стапеля.

8. Формование носовых вкладышей лопасти в пресс-форме с

подогревом для частичной полимеризации.

9. Установка носовых вкладышей на облицовку лонжерона со слоями

компенсаторов – пропитанной стеклоткани, формование в пресс форме

(первый переход). Установку в пресс-форму производить по базовым

отверстиям, компенсаторам и бобышкам.

10. Фрезерование компенсаторов и пазов во вкладышах для закладки

жгутов системы ПОС.

11. Установка жгута в паз и заливка клеем.

12. Установка слоёв стеклоткани и нагревательных накладок системы

ПОС, противоабразивной резины и оковок на оправки, полимеризация

набора, установка его на носовую часть лонжерона с прикаткой.

13. Формование носовой части лопасти окончательно в пресс-форме

второго перехода.

14. Удаление фторопластовых жгутов из каналов облицовки лонжерона,

продувка полостей нейтральным воздухом или азотом. Герметизация

каналов в облицовке лонжерона лопасти.

15. Изготовление нервюр, стрингеров из стеклопластика, сотовых

блоков (с заполнителем типа «HOMEKC» и алюминиевая фольга), склейка

хвостовых отсеков.

16. Установка в стапель сборки лонжерона с отформованной носовой

частью по базам - отверстиям в проушинах комлевой части и на базовые

бобышки, расположенные на лонжероне. Последовательно с прирезкой

кромок обшивок установка с 1 по 26 включительно хвостовых отсеков

вдоль лонжерона лопасти.

17. Переустановка лонжерона с отформованной носовой частью в

склеечный стапель. Установка подсборок производится на те же базы (см.

п.17).

18. Подготовка поверхности лонжерона под склейку, удаление

продуктов зачистки.

19. Нанесение клея на склеиваемые поверхности с последовательной

установкой хвостовых отсеков по фиксаторам стапеля. Рабочий уровень

давления и температурный режим в зоне склейки создаётся с помощью

пневмоприжимов и обогревательных элементов стапеля.

20. Транспортировка - после завершения операции склейки лопасть с

помощью специальной траверсы кран-балкой извлечь из стапеля и

уложить на специальный ложемент в горизонтальное положение.

21. Удаление выдавившегося клея, герметизация в соответствии с

требованиями чертежа.

22. Выполнение внестапельных работ:

Установка технологических втулок в стыковочные отверстия

комля лопасти, обезжиривание лонжерона в местах выхода каналов, с

последующей проверкой проходимости каналов, установка заглушек;

Контроль сигнализатора давления системы (;

Монтаж и пайка штепсельного разъема, замер сопротивления

изоляции между его корпусом и клеммами;

Подготовка и установка концевого обтекателя с окантовкой и

стеклом;

Проверка противообледенительной системы лопасти по

электрическим параметрам в воздушной среде;

Проверка закрутки лопасти относительно базового сечения №

1 в специальном приспособлении. Занесение в технологический

паспорт величин измеренных углов закрутки;

Измерение хорды лопасти во всех сечениях с помощью

шаблонов;

Измерение длины лопасти L – 14 300 мм относительно

базовых элементов - выполняется в стапеле;

Заполнение межлепестковых зазоров оковок клеем ВК – 9 с

заполнителем резиновой крошкой, подсечек в носовой части лопасти

герметиком ВИТЭФ–1НТ с последующей выдержкой в течение 24

часов. Зашкуривание поверхности в местах заполнения клеем и

герметиком;

Заполнение полости лонжерона азотом, проверка

герметичности системы сигнализации повреждения лонжерона,

тарировка сигнализатора, проверка механизма проверки исправностей

сигнализатора;

Общетехнический осмотр лопасти, приёмочный контроль

бюро технического контроля;

Подготовка поверхности лопасти к окраске, окраска лопасти в

камере, с контролем веса сухого остатка лакокрасочного покрытия.

Нанесение эксплуатационных надписей на нижнюю плоскость лопасти;

Проверка противообледенительной системы лопасти в ванне с

водой;

Взвешивание лопасти до балансировки, установка

балансировочных грузов;

Установка лампочки и обтекателя законцовки;

Размагничивание лопасти, контроль отсутствия магнетизма;

Отгиб пластин закрылков на отсеках лопасти, проверка углов

установки и отсутствия расклея в местах установки. Занесение величин

углов установки пластин и закрылков в технологический паспорт;

Общетехнический осмотр лопасти бюро технического

контроля, приёмочный контроль лопасти;

Помещение лопасти в гидростат; испытание лопасти после

выдержки в гидростате;

контрольное взвешивание лопасти; поперечная центровка;

Окончательный приёмочный контроль комплекта лопастей

бюро технического контроля и представителем Заказчика;

Окончательная маркировка комплекта лопастей;

Оформление технического паспорта на комплект лопастей.

2.3. Лопасть несущего винта вертолета Ми-28

Лопасти несущего винта вертолета Ми-28 выполнены из композиционных

материалов, что обеспечивает им следующие преимущества:

Меньший вес по сравнению с лопастями вертолета

аналогичного класса Ми-24;

Стеклопластиковый лонжерон лопасти обладает повышенной

живучестью в случае механического повреждения или поражения

малым средством, что особенно важно для боевых вертолётов;

Усовершенствованная геометрия лопасти и динамические

характеристики позволили улучшить лётные характеристики вертолёта;

Лопасти не подвержены коррозии при эксплуатации в

различных климатических условиях;

При достаточной оснащённости производство

стеклопластиковых лопастей менее трудоёмко по сравнению с

производством металлических лопастей,

однако менее устойчивы к комбинированному воздействию высокой

температуры и влажности, которые при длительном воздействии могут

приводить к ползучести связующего и изменению геометрических

характеристик лопасти.

Лопасть несущего винта состоит из носовой части, хвостовых отсеков,

комлевого обтекателя и законцовки. Носовая часть лопасти включает

лонжерон, нагревательную накладку электротепловой

противообледенительной системы и её проводку, вкладыш носовой с

противовесом (см. рис. 2.14, 2.15, 2.16).

Основной силовой элемент лопасти, лонжерон, имеющий D–образное

сечение, изготавливается методом спиральной намотки однонаправленных

стеклолент на связующем ЭДТ-10П на станках с ЧПУ (см. рис. 2.15).

Комлевая часть лонжерона усилена комбинированными пакетами,

состоящими из титановой фольги, кордножгутовой высокомодульной

стеклоткани с направлением основы вдоль оси лопасти.

Рис. 2.14. Общий вид лопасти несущего винта

вертолета Ми-28

1 – Лонжерон

2 – Стыковочные

отверстия лопасти с

втулкой несущего

винта

3 – Кронштейн

крепления

демпфера втулки

несущего винта

4 – Обтекатель

комлевой

5 – Отсек комлевой

6 – Отсеки

хвостовые

7 – Межотсечные

вкладыши

8 - Пластины

9 – Контурный огноь

10 – Оковки

11 – Сотовый заполнитель

12 –

Противообледенительная

система

13 – Противовес

14 – Жгут

противообледенительной

системы

15 – Хвостовая часть

законцовки

16 – Носовая часть

законцовки

Рис. 2.15. Схема расположения клеевых соединений элементов лопасти

вертолета Ми-28 (места видов и сечений см. на рис. 2.14)

N1 – клей ВК 27А ПИ1.2А 145-99

N2 – клей ВК 9 ПИ1.2А. 526-99 с

резиновой крошкой ВР-3В

N3 – клей 88 НП ТУ – 39 -10

N4 – герметик ВИТЭФ – 1НТ ТУ 38-

105-1291-84

1 – Отсек комлевой

2 – Обтекатель комлевой

3 – Вкладыш межотсечный

Рис. 2.16. Конструкция нагревательной накладки лонжерона лопасти

несущего винта вертолета Ми-28

Рис.2.17. Спиральная намотка препрега на оправку

Нагревательная накладка состоит из шести нагревательных элементов и

слоёв изоляции из стеклоткани. Нагревательные элементы конструктивно

выполнены в виде шести отдельных секций и изготовлены из кремнеземной

ткани с пироуглеродным покрытием. Нагревательная накладка работает в

циклическом режиме; при этом включение одноимённых секций всех

лопастей комплекта производится одновременно. Противоабразивная защита

носка лопасти включает оковки и абразивостойкую резину. Секции

противообледенительной системы защищены оковками из титана, в концевой

части лопасти - оковками из нержавеющей стали.

Хвостовые отсеки лопасти состоят из полимерного сотового заполнителя

типа NOMEX, приклеенных к нему обшивок из органита, нервюр из

стеклоткани и стрингера из волокна СВМ. На отсеках 11, 12,13 установлены

металлические закрылки, предназначенные для регулировки соконусности

комплекта лопастей, на отсеках 3…10, 14….18 - металлические пластины с

фиксированным углом отгиба. Между хвостовыми отсеками установлены

вкладыши, препятствующие перетеканию потока воздуха в полёте по зазору

между отсеками. На конце лопасти под обтекателем расположен съёмный

узел швартовки, в хвостовой части законцовки установлен узел лампы

контурного огня. В комлевой части лопасти установлена заглушка,

препятствующая попаданию во внутреннюю полость лонжерона влаги и

посторонних предметов, штепсельный разъём для электрического

подключения противообледенительной системы и лампы контурного огня к

электросети вертолёта. Наружная поверхность лопасти защищена

лакокрасочным покрытием с нанесением надписей эксплуатационного

назначения.

Ниже даны краткие сведения о технологии изготовления лопасти

несущего винта вертолета МИ-28. Более детальные сведения о технологии

изготовления деталей из полимерных композиционных материалов,

входящих в конструкцию лопастей вертолетов, приведены в главах 4, 5.

Первой операцией изготовления лонжерона лопасти является намотка

предварительно приготовленного препрега на металлическую оправку,

покрытую антиадгезионной смазкой. Спиральная намотка с изменяющимся

шагом намотки от комля к законцовке осуществляется на станке с ЧПУ НЛ-

3А в несколько переходов. На первом переходе производится намотка трех

слоев препрега. С четвертого по девятый слой, намотка ленты чередуется с

установкой в комлевой части лонжерона усиливающих накладок из

титановой фольги. На сопрягаемые поверхности наносится слой клея.

Изготовление “сырого” лонжерона завершается намоткой десятого и

одиннадцатого слоёв стеклолент.

Для удаления воздуха и конденсированной влаги из межслойных

промежутков, которые могут при формовании способствовать образованию

пор, в автоклаве производится вакуумирование оправки с намотанным

лонжероном при вакууме и температуре +600С.

Формование лонжерона производится в пресс-форме, типичное сечение

которой представлено на рис. 2.18. В связи с тем, что лонжерон имеет

сложное, меняющееся по длине поперечное сечение, с целью улучшения

технологичности прессформа выполнена секционной.

Каждая из двенадцати секций пресс-формы состоит из трех

формообразующих: двух боковых и одной нижней. Боковые

формообразующие полуформы оснащены каждая двумя парами

нагревательных элементов и четырьмя термопарами (см. рис. 2.19). Нижняя

формообразующая оснащена двумя нагревательными элементами.

Рис. 2.18. Эскиз сечения одной из секций пресс-формы для формования

лонжерона лопасти несущего винта

вертолета Ми-28

Рис. 2.19. Продольный эскиз одной секции прессформы

В процессе формования, который управляется системой

автоматического управления, получающей данные о температуре в точках

размещения термопар и вырабатывающей сигналы включения-отключения

нагревателей, производится нагрев сырого лонжерона по специальной

программе (см. рис.2.20), на начальной стадии которого происходит

ожижение связующего, после которого подается давление в пневмокамеры

(см. рис. 4.7) и окончательное смыкание пресс-формы, затем желатинизация

и затвердевание (стеклование) связующего. Процесс завершается примерно

трехчасовым периодом так называемой дополимеризациии при 180 оС и

медленным снижением температуры до температуры 500С. Приведенный

закон изменения температуры зависит от толщины стенок формуемого

изделия, конструкции и тепловой инерционности пресс-формы, но, в

основном, от состава связующего, и рекомендуется разработчиком

композиционного материала на основе предварительных исследований

методами Дифференциальной Сканирующей Калориметрии (ДСК) и

Динамического Механического Анализа (ДМА).

Рис.2.20. Регламентированный закон изменения температуры при

полимеризации лонжерона лопасти

После выемки заготовки из пресс-формы её подвергают следующим

видам контроля:

Осмотр внешнего вида и внутренней поверхности с помощью

перископа;

Весовой контроль;

Определение толщины стенок лонжерона;

Определение содержания связующего методом выжигания и

степени его полимеризации в образцах, вырезанных из

технологического припуска;

Рентгеновский контроль пакетов усиления.

Технологический маршрут изготовления нагревательной накладки включает следующие операции:

Раскрой, прикатка двух слоёв стеклоткани;

Опрессовка слоёв в автоклаве;

Установка шинок электрожгута;

Раскрой заготовок стеклоткани;

Формование стеклоткани и электрожгута, опрессовка нагревательного

пакета в автоклаве.

Контрольная операция, включающая 100% проверку отсутствия

непроклеев, расслоений и посторонних включений;

Устранение дефектов (раковин, непроклеев и др.) шпатлеванием клеем

ВК-9;

Подготовка поверхности нагревательной накладки под склейку с

лонжероном (зашкуривание поверхности, нанесение клея);

Опрессовка нагревательного пакета в вакуум – мешке, помещенном в

автоклав;

Замер сопротивления нагревателей, весовой контроль накладки;

Контроль качества изготовления накладки.

Технология приклеивания нагревательной накладки к лонжерону.

Подготовка поверхностей склеиваемых узлов – зашкуривание внутренней

поверхности концевой части, наружной поверхности лонжерона в местах

приклейки.

Механическая обработка лонжерона в зонах приклеивания вкладышей и

заполнителей.

Контрольные операции замера габаритов и конфигурации в соответствии

с техническими условиями.

Контроль кривизны в плоскости вращения (см. раздел 1.6).

Контроль увода концевого сечения относительно базового (см. раздел 1.6).

Подготовка поверхностей нагревательной накладки и лонжерона к

склеиванию включает в себя:

- раскрой заготовок лавсана (см. главу 5);

- нанесение клея ВК-27 на склеиваемые поверхности лонжерона и

накладки;

- установка заготовки полотна на лонжерон, выглаживание до полной её

пропитки клеем;

- установка накладки на лонжерон;

- установка носка лопасти в прижимные приспособления; введение носка

на приспособлении в вакуум - мешок* и опрессовки носка в автоклаве

(создание вакуума в автоклаве, при температуре 15…..350С). Склейка

считается качественной при условии положительных результатов по

завершению испытаний образца- свидетеля.

Подготовка поверхностей накладок, оковок и носка лонжерона,

вырезка заготовки лавсана, нанесение слоя клея на оклеиваемые

поверхности, установка лонжерона в приспособление и в сборе

вакуумирование в автоклаве (с опрессовкой).

Контроль качества включает:

- проверку приклейки оковок (визуально и по образцу – свидетелю);

- определение габаритов и формы носовой части лопасти (кривизна в

плоскости вращения, величина увода концевого сечения относительно

базового).

Проверка электротехнических характеристик противообледенительной

системы проводится в гидростате - ванне с проточной водой температурой

Т≤550С. Продолжительность испытания составляет 30 мин.

После выемки лопасти из гидростата и удаления влаги с её поверхности

визуально проверяют отсутствие непроклеев, вздутий и прогаров.

По завершении контрольных операций проводится зашкуривание

поверхности лопасти под нанесение шпатлёвки в зоне подсечки на

лонжероне и стыка кромок накладки, тщательное удаление продуктов

зашкуривания и заделка зазоров шпатлёвкой (смесь резиновой крошки на

основе клея КЛН-1М). После сушки лопасти производится повторное

зашкуривание поверхности и удаление его продуктов. Контроль качества

заделки в зоне стыка выполняется путем внешнего осмотра.

Носовую часть лонжерона лопасти после приёмки службой технического

контроля подвергают механической обработке стыковочных поверхностей,

отверстий на специализированном оборудовании и слесарным работам -

установка втулок, шайб, расположенных в комлевой части лопасти с

последующей окончательной обработкой стыковочных отверстий.

Технология изготовления хвостовых отсеков лопасти, подробно

рассмотренная в разделе 4.5, применительно к лопасти несущего винта

вертолета МИ-28 имеет некоторые особенности.

Комплект кондиционных сотовых блоков (или кратко, сотоблоков) и

стеклопластиковой обшивки отсеков подбираются по результатам

взвешивания. На обшивке «низ», предварительно склеенной со стрингером,

удаляется глянец на поверхности склейки с сотоблоком, прикатывание

клеевой плёнки и производится сборка с сотоблоком. Склейка обшивки

выполняется под давлением (0,8-1,1кгс/см2) и при температуре Т=135±10С

0.

Обработка по контуру технологического припуска на сотоблоке

выполняется на специализированном станке шлифовальной шкуркой.

Последующие технологические операции подготовки и склейки для обшивки

«верх» выполняются аналогично.

В процессе контроля готовых хвостовых отсеков качество склейки

обшивок к нервюрам и сотоблоку, а также геометрические параметры отсека.

Кондиционные отсеки передаются на участок окраски, где производится

последовательно нанесение 3-х слоёв эпоксидной эмали на наружную

поверхность обшивки с промежуточной выдержкой.

Процесс изготовления отсека завершается взвешиванием, комплектацией

отсеков на лопасть и сдачей службе технического контроля.

Операция сборки-склейки лопасти в стапеле включает следующие

технологические переходы.

Подготовка стапеля к выполнению операции склейки: осмотр и замена

некондиционных элементов- прижимов и деталей резиновых камер.

Проверка носовой части лопасти на отсутствие механических

повреждений.

Установка носовой части лопасти в стапель с фиксацией комлевой

части лонжерона по отверстиям и плоскости в ложементах стапеля;

закрепление концевой части лонжерона прижимом.

Поочерёдная подгонка и прирезка хвостовых отсеков лопасти,

комлевого отсека и обтекателя с контролем положения хвостовых

отсеков и прилегания лапок нервюр.

Выемка лонжерона из стапеля. Подготовка склеиваемых поверхностей

лонжерона путём зашкуривания и последующего удаления продуктов

зашкуривания.

Установка и фиксация носовой части лопасти в стапеле, контроль

крутки.

Раскрой заготовки полотна, нанесение клея на лонжерон и заготовку по

задней стенке лонжерона с последующей прикаткой до полной

пропитки клеем.

Нанесение клея на склеиваемые поверхности хвостовых отсеков.

Подготовка поверхности на межотсечных вкладышах (протирка

салфеткой) с выдержкой 15…20 мин. Нанесение двух слоев клея на

торцевые нервюры хвостовых отсеков и межотсечные вкладыши с

последующей промежуточной выдержкой.

Последовательная установка хвостовых отсеков, начиная с базового

(№17) у законцовки, и межотсечных вкладышей от №16 к №3.

Фиксация отсеков производится прижимом сверху к стапелю.

Проверка положения хвостовых отсеков по упорам сборочной

оснастки.

Установка и приклеивание комлевого отсека с предварительной

подготовкой склеиваемых поверхностей.

Удаление на всей поверхности лопасти излишков клея.

Установка боковых прижимов стапеля в рабочее положение с

контролем отсутствия зазоров между отсеками и прижимными

элементами стапеля.

Приклеивание хвостовых отсеков к лонжерону лопасти при заданном

температурном режиме (регламентированы скорость набора

температуры, выдержка и темп охлаждения) с поджимом хвостика по

склеиваемым поверхностям.

Контроль в стапеле включает проверку:

- положения отсеков под давлением со стороны прижимов и после

снятия давления;

- величину увода хвостовых отсеков по хвостовой кромке от

теоретического положения (увод кромки «вниз» не допускается).

Выемка лопасти из стапеля и установка её горизонтально на

ложементы.

Зачистка излишков выдавившегося клея специальным деревянным

штапелем, удаление продуктов зачистки, осмотр лонжерона и отсеков

лопасти на отсутствие механических повреждений.

Контрольная операция, включающая:

проверку внешним осмотром качества склейки лопасти;

отсутствие непроклеев;

наличие и величину межотсечных зазоров;

замер величины утяжек хвостовых отсеков;

замер крутки лопасти.

Операция сборки-склейки лопасти в стапеле завершается сдачей

лопасти представителю Заказчика.

Технология внестапельных работ, завершающих процесс изготовления

лопасти, включает:

Установку заглушек, монтаж элементов электропроводки к

габаритному огню, установку обтекателей законцовки и комлевой

части, выполнение клеевых работ и герметизации, зашкуривание

поверхности лопасти и удаление продуктов зачистки.

Технический осмотр лопасти перед окраской. Взвешивание лопасти –

определение массы и положение центра тяжести (сечение «18»). Расчёт

центровки и установка груза во внутреннюю полость лонжерона.

Окраску наружной поверхности лопасти в окрасочной камере.

Монтаж узла контурного огня и проверку работоспособности лампочки

габаритного светильника.

Монтаж швартовочного узла.

Проверку противооблединительной системы, в том числе:

проверка в нормальных условиях (целостность электрической цепи);

испытание в ванне с водой;

визуальная проверка на отсутствие непроклеев, вздутий, прогаров;

проверка в режиме 60…700С на поверхности носка в течение 10…15

мин. с последующим контролем отсутствия непроклеев, вздутий и

прогаров;

проверка сопротивления нагревателей, изоляции и электрической

прочности изоляции.

Взвешивание лопасти после окраски. Расчёт и установка

балансировочных грузов. Установка носовой части законцовки,

проверка отсутствия механических повреждений провода контурного

огня и герметизации шва.

Контрольную балансировку лопасти.

Поперечную центровку лопасти, выполняемую на специальном

приспособлении. Расчёт расположения центра тяжести. Взвешивание

лопасти при проверке поперечной центровки с точностью 0,01 кг

Проверку углов отгиба пластин хвостовых отсеков по шаблонам.

Замер свеса лопасти в прямом и обратном положениях на специальном

стенде.

Проверку габаритов лопасти по длине и по хорде.

Контроль работниками службы технического контроля окончательно

готовой лопасти на соответствие чертежам и техническим условиям, и

сдачу принятых лопастей представителю Заказчика.

Как показывает опыт, в серийном производстве лопастей из

композиционных материалов соотношение трудоемкостей выполнения

основных работ примерно таково:

Изготовление лонжерона - 45%;

Изготовление носовой накладки - 15%;

Изготовление хвостовых отсеков - 20%;

Общая сборка лопасти - 20%.

2.4. Примеры технологической оснастки, используемой в технологии

лопастного производства

Технологическая оснастка, применяемая в лопастном производстве,

изготавливается, в основном, на основе плазово-шаблонного метода увязки с

применением координатно-инструментальных стендов и инструментальных

макетов. Примером такого стенда является стенд КРИ-1, точность которого

составляет ±0,05 мм по каждой из трех координат. Рабочий контур лекал

инструментального макета выполняется с погрешностью до 0,2 мм

относительно шаблона контура сечения.

Наиболее распространенный вид технологической оснастки в лопастном

производстве - сборочное (склеечное) приспособление, которое должно

обеспечивать возможность базирования и закрепления деталей, узлов

относительно базовых поверхностей, осей, точек и создать условия для

удобного соединения деталей в сборочную единицу. Конструкция сборочных

приспособлений должно также:

сохранять точность исполнительных размеров в процессе сборки;

обеспечить свободные подходы для установки и соединения деталей;

исключить промеры, подгонки и разметку при установке деталей;

иметь средства механизации подъёма, опускания и закрепления (при

необходимости);

соответствовать требованиям техники безопасности.

Конструкция сборочных приспособлений проектируется на основе

предварительно разрабатываемой схемы технологической увязки оснастки,

которая определяет способ увязки всего комплекса заготовительной,

механосборочной и сборочно-склеечной оснастки для каждого собираемого

агрегата. Схема увязки определяет номенклатуру базовых носителей

контуров, стыковочных отверстий, плоскостей проушин и других элементов

конструкции агрегата.

Конструкция стапеля для подгонки хвостовых отсеков к лонжерону

вертолёта Ми-24, представленная на рис. 2.21, 2.22, является типичной для

сборочной оснастки в лопастном производстве.

Рис. 2.21. Общий вид стапеля для подгонки хвостовых отсеков лопасти

несущего винта вертолета Ми-24

Стапель имеет напольную конструкцию. Лопасть расположена в стапеле

горизонтально, хорда лопасти вертикальна, носовая часть лопасти

направлена вниз (к полу). Основой стапеля является длинномерная

конструкция (балка или рама из швеллеров), установленная на опорные

элементы. Вдоль балки установлены стаканы с базовыми элементами:

вилками, проушинами и ложементами, являющимися элементами фиксации

лобовой части лонжерона, и лекал с упорами для фиксации отсеков по линии

хвостовиков.

Ри

с. 2

.22

. К

он

стру

кц

ия с

тап

еля д

ля п

од

гон

ки

хвост

овы

х о

тсек

ов л

оп

асти

нес

ущ

его

ви

нта

вер

толет

а М

и-2

4.

Слев

а –

фи

кса

тор

хво

сто

вой

час

ти л

оп

асти

;

справ

а -

фи

кса

тор

но

совой

час

ти л

оп

асти

.

1 -

Про

до

льн

ая б

алка

стап

еля

2 -

Фи

кса

тор

ко

млев

ый

3 -

Лек

ало

4 -

Крон

ште

йн

фи

кса

тор

а

5 -

Пру

жи

на

6 -

Рукоятк

а

7 -

Нап

рав

ляю

щая

вту

лка

8 –

Гай

ка

9 -

Нап

рав

ляю

щая

ось

10

- Ф

икса

тор

11

- Ф

икса

тор

меж

отс

ечн

ый

12

- В

илка

фи

кса

тор

13

- К

ро

нш

тей

н

14

- Л

екал

о к

он

тур

но

е

15

- П

род

ольн

ая

ли

ней

ка

16

- О

пор

а ст

апел

я

17

- Л

оп

асть

Точность установки базовых и фиксирующих элементов оснастки в

пространстве ± 0,05 мм достигается за счет использования координатно-

инструментального стенда КРИ – 1.

Фиксаторы стыковых отверстий наконечника лопасти монтируют по

переходникам, согласованным с оснасткой, предназначенной для

изготовления наконечника лонжерона лопасти. Ложементы и линейки,

ограничивающие контур, монтируют по лекалам инструментального макета

(жёсткого носителя размеров и контуров в пространстве) и плазовым

шаблонам согласно схеме увязки.

Стапель сборки - склейки лопасти вертолёта Ми-26 (см. рис. 2.23)

представляет собой двухбалочную конструкцию - балки опираются на

кронштейны несущих колонн, которые установлены на полу корпуса и

закреплены с помощью анкерных болтов. Положение лопасти в стапеле -

хорда лопасти вертикальна, носовая часть вниз. В стапеле со стороны

комлевой части, установлен подвижный базовый фиксатор наконечника

лопасти (за отверстия и проушины), а с концевой стороны лонжерона

базовый ложемент с прижимом для его фиксации. Носовая часть лопасти, как

подсборка, устанавливается в стапеле по промежуточным ложементам,

фиксирующим её положение в пространстве. Указанные ложементы

установлены на нижней балке стапеля. Там же смонтированы боковые

прижимы, корпуса с пневмокамерами прижима носовой части лопасти,

фиксаторы дистанции торцевых нервюр. На верхней балке стапеля

установлены фиксаторы - прижимы хвостовых отсеков по линии хвостика

лопасти. Стапель оборудован электрическими элементами для нагрева зон

склейки и пневмосистемой с камерами для создания поджима склеиваемых

поверхностей. Контроль величины давления воздуха в пневмосистеме

стапеля осуществляется по показаниям манометра.

Рис.2.23. Общий вид стапеля сборки - склейки лопасти вертолёта Ми-26

Стапель оборудован пультом управления пневмосистемой, системой

местного электроосвещения и электрообогрева. Контроль и поддержание

температурного режима в зоне склейки осуществляется в автоматическом

режиме с записью на диаграмму. Решетчатый настил в рабочей зоне стапеля

исключает контакт ног работающих специалистов с полом.

В зависимости от габаритов конструкции и веса стапеля, он

устанавливается стационарно на заранее подготовленный фундамент (на

анкерных болтах) или на опорные плиты. Составной частью проекта стапеля

является инструкция по эксплуатации, которая может уточняться в процессе

отработки конструкции оснастки и технологии склейки.

Для защиты сборочно-склеечной оснастки от налипания клея применяется

антиадгезионная смазка, которую периодически наносят на контактные

поверхности элементов оснастки.

В сборочно - склеечных приспособлениях приняты следующие методы

базирования деталей и узлов:

по сборочным отверстиям – СО;

по поверхности каркаса – ПК;

по наружной поверхности обшивки – НП;

по внутренней поверхности обшивки – ВП;

по поверхностям под стыковые болты – УБО.

В качестве примера, реализующего несколько схем, на рис. 2.24, 2.25

представлена компоновка приспособления для склейки хвостового отсека

лопасти несущего винта. Сборку отсека производят с базированием на

поверхность каркаса. Хвостовой отсек представляет собой конструкцию с

сотовым заполнителем и состоит из следующих деталей: обшивка с

законцовкой, торцевые нервюры, сотовый блок и лонжерон. В качестве баз

деталей приняты поверхность обшивок, поверхность опор и поверхность

плит приспособления.

Рис. 2.24. Установка хвостового отсека лопасти в сборочно-склеечное

приспособление для склейки

(БП – базовые поверхности)

Рис. 2.25. Сборочно-склеечное приспособление для склейки хвостового

отсека лопасти (БП – базовые поверхности)

Таблица 2.2

Перечень обозначений, приведенных на рис. 2.24, 2.25

1 - Обшивка отсека

лопасти

2 - Законцовка - профиль

3 - Торцевая нервюра

4 - Торцевая нервюра

5 - Сотоблок хвостового

отсека

6 - Лонжероны

7 - Поверхность опор

8 - Нижняя плита

приспособления

9 - Подвижная плита

приспособления

10 - Торцевая плита

приспособления

11 - Прижимная плита

12 – Крышка - плита

13 – Асбестовая ткань

14 - Листовая резина

15 - Электронагреватель

(ТЭН)

16 - Основание

приспособления

17-

Теплоизоляционная

прокладка

18 - Кронштейн

19 - Болт крепёжный

20 - Гидроцилиндр

21 - Кронштейн

22 - Фиксирующий

штырь

23 - Фиксатор

24 - Вилка

25 - Фиксатор

26 - Ось

27 - Вилка

28 - Фиксирующий

штырь

29 - Опора

приспособления

30 -

Теплоизоляционный

кожух

Обшивки поступают на сборку отформованными с обработанными

кромками и торцами; торцевые нервюры и лонжерон - отформованными с

обработанными торцами. Сотоблок поступает на сборку обработанным по

торцам и обводу (теоретическому контуру). Поверхности деталей

подготовлены к склеиванию; на них нанесены подслой клея и прикатана

клеевая плёнка. Исходное положение приспособления: верхняя плита,

торцевые плиты, плита-крышка и кожух открыты и отведены.

Сборку хвостового отсека лопасти производят в следующей

последовательности:

на нижнюю плиту укладывают несколько слоёв асбестовой ткани и

прокладочный слой листовой резины, на которые устанавливают

обшивку с профилем с упором в опорную планку и торцевую плиту по

двум сторонам;

устанавливают нервюры на торцевую плиту;

в полость между обшивками и нервюрой устанавливают сотоблок и

вторую нервюру;

по плите устанавливают лонжерон Базирование? и закрывают верхнюю

плиту с фиксацией её в вилке;

закрывают теплоизоляционный кожух приспособления, включают

электронагреватели верхней и нижней плит, и обеспечивают выдержку,

необходимую для полной полимеризации клея;

по окончании процесса склеивания отсека снимают кожух

приспособления, расфиксируют штыри, отводят элементы оснастки,

снимают склеенный отсек лопасти.

Рис. 2.26. Последовательность сборочных переходов при склеивании

хвостового отсека в склеечном приспособлении. Нумерация базируемых

поверхностей соответствует рис. 2.24

Пример конструкции сборочно-склеечной оснастки для приклейки

антиабразивной резины на лобовую часть лопасти вертолета Ми-24 приведен

на рисунке 2.27, где:

1 – Продольный ложемент стапеля (корпус камеры);

2 – Штуцер подачи сжатого воздуха;

3 – Прижимной элемент камеры (резина листовая);

4 – Уплотнитель штуцера;

5 – лента прижимная;

6 – Винт;

7 – Гайка накидная

Рис. 2.27. Ложемент стапеля сборки-склейки лопасти вертолета Ми-24

(камера для приклейки антиабразивной резины на лобовую часть лопасти)

3. Полимерные композиционные материалы, применяемые в

вертолетостроении

3.1. Основные сведения о полимерных композиционных материалах и

компонентах

Полимерные композиционные материалы (ПКМ) – это материалы,

состоящие из двух и более компонентов (армирующих наполнителей и

связующей их матрицы – полимерной смолы) и обладающие

специфическими свойствами, отличными от суммарных свойств

составляющих их компонентов. ПКМ также называют армированными

пластиками или армированными полимерами.

Композиционными называются материалы, обладающие следующими

признаками:

1. Это искусственно созданные материалы, не существующие в

природе. При разработке заранее задается, какими должны быть

конструкция и свойства материала, т.е. состав, свойства и распределение

компонентов.

2. Многокомпонентны. Состоят из двух или более компонентов,

различающихся по химическому составу и разделенных выраженной

границей. Компоненты композитов не должны растворяться друг в друге

или иным способом поглощать друг друга. Они должны быть хорошо

совместимы.

3. Имеют новые свойства, отличающиеся от свойств составляющих

их компонентов. Свойства ПКМ определяются каждым из компонентов,

однако их нельзя определить только по свойствам самих компонентов, без

учета взаимодействия.

4. ПКМ неоднородны в микромасштабе и однородны в

макромасштабе. ПКМ не имеют кристаллической решетки и обладают

максимальной жесткостью и прочностью в задаваемом направлении (чаще

всего в одном или, максимум, в двух). Могут быть как изотропны

(одинаковость свойств по всем направлениям), так и анизотропны

(свойства разные по разным направлениям).

К ПКМ относятся слоистые и волокнистые пластики (стекло-, органо-,

угле-, боропластики и др.), полимерсотопласты (сотовые конструкции),

пресс-порошки (в том числе, напыленные пресс-порошки) и другие

материалы. Кроме полимерных композиционных материалов существуют

также разнообразные композиционные материалы на основе металлических

матриц.

Главной особенностью ПКМ является возможность создания из них

материалов и элементов изделий с заданными свойствами, наиболее полно

отвечающими характеру и условиям работы деталей и конструкций. Весьма

существенным является и то, что при изготовлении большинства изделий из

ПКМ имеет место совмещение технологического процесса формирования

свойств материала и придания требуемой формы конструкции. Материал

фактически формуется одновременно с формованием детали. Применение

ПКМ дает существенный выигрыш в массе, прочности, долговечности,

стойкости к коррозии и агрессивным химическим средам. Эти материалы

часто служат прекрасным заменителем металлов.

ПКМ находят широкое применение в приборо-, судо-, автомобиле-,

авиастроении, космической технике, а также в производстве труб, игрушек,

теплоизоляции и т.д. В современных конструкциях вертолетов применяются

такие КМ на основе полимерных матриц, как стеклопластики (например,

ВПС-7 для лонжеронов лопастей), органопластики (например, органит 7ТЛ и

органит 11ТЛ для обшивок хвостовых отсеков и панелей), углепластики

(например, углепластик на основе ткани РПС в нагревательных элементах

лопастей), полимерсотопласты (например, ПСП-1 - сотовые заполнители

хвостовых отсеков и панелей).

Рис. 3.1. Примеры полимерных композиционных материалов

1 - Композит с дисперсными

частицами

4 - Листовой (слоистый) пластик

2 - Композит, армированный

короткими волокнами,

расположенными хаотично

5 - Полиармированный слоистый

композит

3 - Однонаправленный композит, т.е.

армированный непрерывными

волокнами, расположенными в одном

направлении

6 - Полимерсотопласт (сотовый

заполнитель)

Современные ПКМ успешно конкурируют с такими традиционными

конструкционными материалами как сталь и различные металлические

сплавы. В ряде случаев только благодаря ПКМ удается создать конструкции,

отвечающие специальным техническим требованиям. Примером таких

конструкций могут служить оболочки антенн-отражателей, которые помимо

высокой механической прочности должны обладать радиопрозрачностью и

т.д.

ПКМ дороже металлов, однако, широко используются в авиастроении

благодаря меньшему весу, относительной простоте изготовления изделий из

них, а в ряде случаев - более длительному сроку эксплуатации. Часто ПКМ

обладают улучшенными механическими свойствами и большей

теплостойкостью. Сочетание различных наполнителей и связующих,

способов армирования позволяет изменять в необходимом направлении

свойства получаемых композиций.

Для объективного сопоставления конструкционных свойств ПКМ и

других материалов необходимо учитывать значение удельной прочности (т.е.

отношение разрушающего напряжения к плотности). По этому показателю

многие стеклопластики превосходят сталь и металлические сплавы.

Сравнение показателей удельной жесткости (о которых можно судить по

значению модуля упругости материала) не всегда оказывается в пользу

стеклопластиков. Поэтому в ряде случаев необходимо использовать более

жесткие (высокомодульные) волокна, содержащие медь, бор или титан.

Проблема жесткости конструкции в целом может решаться также путем

применения комбинированных материалов, когда стеклопластики

сочетаются, например, с пенопластами.

В сравнении с металлами стеклопластики часто выигрывают по удельной

прочности на растяжение и на изгиб; у них также лучше термоизолирующие

свойства, они радиопрозрачны.

На раннем этапе развития авиастроения использовались деревянные

лопасти, например, для пропеллеров первых фанерных самолетов. Такие

лопасти имели большую массу, быстро приходили в негодность от нагрузок

и влажности. Металлические лопасти имеют лучшие прочностные

характеристиками и эрозионную стойкость. Для облегчения веса их

изготавливают из алюминиевых сплавов, с полым (чаще всего с D-образным

или С-образным) лонжероном. На тяжелых вертолетах типа Ми-6, Ми-10,

Ми-26 лонжероны лопасти несущего винта выполнены из стали, а хвостовые

отсеки и другие детали – из алюминиевых сплавов.

Таблица 3.1

Физико-механические свойства двух типов армирующих стеклянных

волокон в сравнении со сталью и металлическими сплавами.

Мат

ери

ал

(в в

ид

е

во

ло

кн

а и

ли

про

во

ло

ки

)

Пло

тност

ь

ρ, кг/

м3

Вр

емен

но

е

соп

ро

тивлен

ие

(про

чн

ост

ь

при

рас

тяж

ени

и)

σв, М

Па

Уд

ельн

ая

про

чн

ост

ь

σв/ ρ

,

МП

а/ к

г·м

-3

Мод

уль

уп

ру

гост

и

при

рас

тяж

ени

и

Е, Г

Па

Уд

ельн

ая

жес

тко

сть

Е/ρ

,

ГП

а/кг·

м -3

Стекло Е 2548

3445-

3450 1,353 72,3 0,028

Стекло S 2493

4820-

4822 1,933 85 – 86,1 0,034

Сталь 7811

4130-

4134 0,528 200-206 0,025

Алюминий 2687 620 0,230 73 0,027

Сплавы ~2687 565- 0,212 68-69 0,025

алюминия 578

Титан 4709 1930 0,409 115 0,024

Титановые

сплавы ~4709

1030-

1070 0,220 103 0,021

Примечание. Стекло Е и стекло S – общепринятые обозначения марок

стекол.

Лопасти из дюралюминия до сих пор используются на таких

отечественных вертолетах, как Ми-2, Ми-24Д, Ми-24В, Ми-24П и других. В

середине XX-века им на смену пришли лопасти из полимерных

композиционных материалов. В России первые лопасти из ПКМ были

разработаны в 60-е годы ХХ века для вертолета Ка-18; начале 70-х годов

лопасти несущего винта из ПКМ были созданы для вертолета Ка-26.

Несколько позже композитные лопасти для несущих винтов легких и

средних вертолетов и рулевых винтов были разработаны для вертолетов

семейства «Ми».

Достоинства и недостатки лопастей из ПКМ в сравнении с

металлическими подробно обсуждены в разделе 2.3. В связи с этим следует

отметить, что совершенствование конструкций, создание новых армирующих

и связующих компонентов, технологий изготовления лопастей вертолетов из

ПКМ являются одними из наиболее интенсивно исследуемых разделов

авиационной и технологической науки.

3.2. Армирующие и матричные компоненты ПКМ (наполнители и

связующие): определения, классификация, свойства

Компоненты ПКМ – это наполнители и связующие. Они определяют

технологические и эксплуатационные свойства пластика.

Наполнители

Наполнители – армирующие (упрочняющие) компоненты,

воспринимающие основные нагрузки при работе конструкции из КМ. В

качестве наполнителей могут использоваться листовые материалы, волокна,

порошки, микросферы, кристаллы из органических, неорганических,

металлических материалов или керамики и др. К наиболее часто

используемым волокнистым наполнителям относятся стекловолокно,

арамидное волокно (основа органопластиков), асбестовые и хлопковые

волокна, а для повышения жесткости материалов – волокна на основе

углерода, бора, карбидов металлов. Иногда в одном материале сочетаются

наполнители нескольких видов. Такой материал называют

полиармированным. Наполнитель иначе называют дисперсной (т.е.

прерывающейся) фазой, поскольку он распределен в связующем – фазе,

непрерывной по всему объему материала.

Широкое применение в качестве наполнителя композиционных

материалов для несущих конструкций получило стекловолокно (основа

стеклопластиков). Его высокая прочность определяется специфическими

условиями получения и может достигать 50000 кгс/см2 (прочность стекла в

блоке ~1000 кгс/см2).

Классификация ПКМ по виду армирующего наполнителя и способу

расположения его в материале

Волокнистые ПКМ (армирующим компонентом служат волокна).

Пластики, состоящие из рубленого волокна, пропитанного

термореактивной синтетической смолой, носят название волокниты. Волокна

в ПКМ могут располагаться хаотично в виде коротких рубленых кусочков, а

могут в виде длинных непрерывных волокон, располагаемых в заданных

направлениях - одном (однонаправленные ПКМ) или нескольких.

Волокниты, содержащие хлопковое или химическое волокно, называются

органоволокнитами, стеклянное — стекловолокнитами, асбестовое —

асбоволокнитами. Применяются в производстве изделий, которые должны

хорошо сопротивляться ударным нагрузкам, например, корпусов и крышек

аппаратов, шестерен, втулок, строительных панелей.

Слоистые пластики (наполнителем является листовой материал –

бумага, стеклоткань и т.п.).

Текстолиты – это слоистые пластики на основе ткани, пропитанной

термореактивной синтетической смолой. Различают собственно текстолиты

(основа — хлопчатобумажная ткань), стеклотекстолиты (стеклоткань),

асботекстолиты (асбестовая ткань) и органотекстолиты (ткань из

синтетических волокон). Отличаются высокими прочностными свойствами,

мало зависящими от температуры. Из текстолитов изготовляют

крупногабаритные изделия сложной формы, электротехнические детали и др.

Асботекстолиты применяют как фрикционный материал и для теплозащиты

ракет.

Гетинаксы - вид слоистых пластиков на основе бумаги, пропитанной

термореактивной синтетической смолой. Выпускается в виде листов и

цилиндрических заготовок. Отличается высокими механическими и

электроизоляционными свойствами.

Наполненные пластики (армирующий компонент – различные

частицы). В свою очередь подразделяются на насыпные (гомогенные, на

основе различных порошков) и скелетные - начальные структуры (например,

сочетание керамики или металла с волокнами или частицами), заполненные

полимерным связующим.

Сотопласты - ячеистые (сотовые) материалы на основе пропитанной

смолой бумаги или ткани. Являются легкими конструкционными тепло- и

звукоизоляционными материалами, применяются главным образом в авиа- и

судостроении.

Связующие

Связующее, или матрица это компонент, пропитывающий и связывающий

наполнитель, например, полимерные смолы, клеевые пленки или расплав

металла. Роль матричной фазы распределение нагрузки между частицами

(волокнами) наполнителя.

В процессе формования связующее отверждается. Отверждение

полимерных смол происходит за счет химической реакции их групп с

группами отвердителя. Например, для эпоксидно-диановой смолы ЭД-20

(основа связующего ЭДТ-10П) концевые эпоксидные группы

СН2-СН-

\ /

О

взаимодействуют с аминными группами отвердителя ТЭАТ

(триэтаноламинотитаната).

Связующие представляют собой композиции, состоящие из естественной

или искусственной смолы и, в большинстве случаев, растворителя.

Растворитель снижает вязкость связующего, облегчая его адгезию с

наполнителем. Перед формованием изделия растворитель должен быть

полностью удален. Для обеспечения определенного режима отверждения

вводятся специальные добавки: пластификаторы (для повышения

пластичности и эластичности), отвердители, ускорители (катализаторы) или

замедлители (ингибиторы).

Наиболее распространены связующие на следующей основе: эпоксидные,

полиэфиры, фенолы, силиконы, алкиды, меламины, полиамиды,

фторуглеродные соединения, поликарбонат, акрилы, ацетали, полипропилен,

акрилонитрил-бутадиенстирольный сополимер (АБС-сополимер),

полиэтилен, полистирол и др.

Основные требования к связующим по технологичности:

1. Высокая смачиваемость наполнителя связующим. Высокая

адгезия к наполнителю, т.е. прилипание связующего к волокнам

или частицам наполнителя и склеивание волокон, частиц, слоев

наполнителя между собой. Высокая когезионная прочность

(когезия – сцепление однородных частиц) сцепления молекул

связующего друг с другом.

2. Простота технологической переработки, т.е., по возможности,

низкие давление формования и температура отверждения.

Желательно, чтобы растворитель легко удалялся до отверждения,

а при отверждении отсутствовало выделение газообразных

летучих веществ.

3. Жизнеспособность, т.е. сохранение связующим своих свойств

определенное время, должна быть достаточной для изготовления

заготовки детали. Например, для эпоксидного связующего ЭДТ-

10П жизнеспособность составляет 3 суток при температуре цеха

или 10 суток в холодильнике, после чего связующее частично

отверждается, загустевает, становится непригодным к

переработке.

4. Усадка детали при формовании не должна быть очень большой.

5. Отвержденный материал должен быть работоспособен в

условиях эксплуатации - при задаваемых нагрузках, в требуемом

интервале температур, влажности, интенсивностей светового

облучения.

6. По возможности связующее должно быть малотоксичным (в

идеале – нетоксичным).

7. Дополнительные требования к связующему определяются

спецификой требуемых свойств ПКМ и условий последующей

эксплуатации формуемой детали. Например, высокая химическая

стойкость, термостойкость, электроизоляционные свойства,

теплопроводность и т.д.

По типу отверждения все связующие делятся на два основных группы:

1. Термопласты – связующие, способные размягчаться и затвердевать при

изменении температуры. Отверждение обратимо, при повторном нагреве

отвержденной детали она вновь размягчается и теряет форму. Примеры

термопластичных связующих - полистирол, АБС-сополимеры, полиацетали и

др.

2. Реактопласты (термореактивные смолы) – связующие, в которых при

нагревании происходят необратимые структурные и химические

превращения. Отверждению, т.е. превращению олигомера1 в полимер

сетчатой структуры, способствуют нагрев, добавление к смоле отвердителей

и катализаторов. При отверждении связующего в процессе формования

необратимо фиксируется форма изделия. Поэтому тип связующего и

процессы, протекающие при его отверждении, определяют условия

получения пластиков и формования изделий из них, а также свойства

изделий. В настоящее время наибольшее распространение авиационной

промышленности получили термореактивные связующие (полиэфирные,

фенольные, полиимидные, эпоксидные и др.).

По технологическим признакам связующие также можно разделить на

две группы:

1. Связующие, которые представляют собой раствор смолы в

спирте, ацетоне, толуоле и т.д. К этой группе принадлежат

фенольно-формальдегидные, эпоксидные и некоторые другие

связующие. Для получения качественного пластика без

расслоений и пустот рекомендуется предварительно удалить

большую часть летучих веществ (так называют молекулы

растворителя). С этой целью применяется предварительное

подсушивание и вакуумирование заготовки. Например, для

связующего ЭДТ-10П заготовку лонжерона лопасти оставляют на

ночь для испарения растворителя, кроме этого, летучие

отсасывают вакуумированием в течение 20-30 минут.

2. Связующие контактного типа – не содержащие растворителя,

например, полиэфирные смолы. При отверждении жидкая фаза

1 Олигомеры - полимеры сравнительно небольшой молекулярной массы. К олигомерам относятся многие синтетические

смолы — феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и др.

целиком переходит в твердую без выделения летучих. Такие

связующие более удобны в работе, не требуют предварительной

подсушки.

Процессы получения и переработки ПКМ на основе реактопластов

обычно включают три основные технологические стадии:

1. Получение связующего в виде расплава или раствора,

содержащего смолу, отвердитель, катализатор или ингибитор и

др. В зависимости от состава и назначения, а главное – от

активности реакционноспособных групп связующее поставляется

в готовом виде заводом-изготовителем или готовится из

составляющих компонентов непосредственно перед

использованием.

2. Приготовление полуфабриката (премикса, препрега2, пресс-

порошка и др.) совмещением связующего с наполнителем.

Совмещение может производиться путем механического

перемешивания (для порошков и коротких волокон), пропитки

листов или волокон наполнителя, нагнетания связующего в

уложенный в форму наполнитель под давлением и другими

способами.

3. Формование изделия, при котором происходит отверждение

связующего. При необходимости производится предварительное

частичное отверждение связующего с удалением растворителя и

низкомолекулярных примесей.

Технологический процесс приготовления связующих.

Большинство связующих многокомпонентны и состоят из смолы,

отвердителя, различных добавок, растворителя. Во избежание

преждевременного отверждения смолы рекомендуется готовить связующие

незадолго до применения.

Типовой технологический процесс приготовления связующих включает в

себя следующие операции:

1. Входной контроль материалов (компонентов), проверка срока

годности.

2. Расчет рецептуры (количества каждого компонента) для приготовления

определенного количества связующего требуемой концентрации.

3. Дозирование компонентов (с требуемой точностью взвешивания).

4. Загрузка компонентов в автоматический смеситель в определенной

последовательности и перемешивание при определенной температуре в

течение определенного времени.

5. Слив в тару. Обычно используется плотно закрывающаяся тара из

цветного металла.

2 Премиксы и препреги - реактопласты, приготовленные из термореактивных смол и различных наполнителей. Премиксы

готовят смешением смолы с наполнителем (50-80%, в т. ч. 5-30% волокнистых) и загустителем, препреги — пропиткой волокнистого наполнителя (до 50-70% ткани, бумаги, рубленого волокна и др.) смолой.

6. Контроль качества связующего. Контролируются следующие

показатели: вязкость, плотность, температура, иногда сухой остаток

(после выпаривания растворителя).

7. Оформление сопроводительной документации (паспорт, бирка) с

указанием наименования связующего, количества, вязкости,

концентрации, даты изготовления, срока годности, подписями

приготовителя связующего, мастера, контролера.

8. Выдача на производственные участки.

Рассмотрим кратко основные виды термореактивных связующих,

применяемых в авиастроении.

Фенолоформальдегидные связующие на основе фенольно-

формальдегидных смол. Растворителем обычно служит этиловый спирт.

Используются для получения стеклотекстолитов марок КАСТ и других

химически и термостойких материалов, способных долговременно работать

при температурах 200-400оС и кратковременно до 1000

оС. Из них выполняют

детали подшипников, бесшумные шестерни, плиты, в которые ставят

нагреватели и т.д. Применение ограничено необходимостью использования

высоких давлений в процессе формования. Переход в отвержденное

состояние обычно происходит при 130-140оС и давлениях не менее 7-10 атм.

При таких давлениях возможно разрушение самого наполнителя, а снижение

давления приводит к получению недостаточно плотного изделия. Высокие

давления способен обеспечить в основном автоклавный метод формования,

часто не дающий необходимой точности контура. Необходимость

применения высоких давлений вызвана тем, что при формовании выделяются

побочные летучие продукты (в зависимости от смолы это могут быть вода,

аммиак, формальдегид). Из-за большой скорости отверждения они не

успевают удаляться из пластика. Во избежание образования вздутий и

растрескивания на формуемую заготовку нужно накладывать давление,

превосходящее давление летучих продуктов, как бы выдавливая их из

пластика. Снижения давления можно добиться путем модификации

фенолоформальдегидных смол соединениями, удлиняющими процесс

отверждения.

Эпоксидные связующие – вид полиэфирных смол, имеющих (до

отверждения) свободные эпоксидные группы. Изготавливаются обычно из

дифенилпропана и эпихлоргидрина. В зависимости от количества

эпоксидных групп эти смолы обладают различными вязкостью,

молекулярным весом и другими свойствами. Растворителями служат ацетон,

толуол и др. Эпоксидные смолы в чистом виде являются термопластичными

и могут храниться долгое время без изменения. Связующие на их основе уже

являются реактопластами за счет добавления отвердителей (аминов и

ангидридов кислот). Они технологичны в переработке: в зависимости от

выбранного отвердителя возможно холодное отверждение (15-25оС) или при

повышенной температуре; давление варьируется от контактного (прижим) до

7-8 атм.; время отверждения зависит от температуры отверждения и размеров

детали. При отверждении выделяется тепло. Эпоксидные связующие

обладают высокими диэлектрическими свойствами, термостойкостью,

химической стойкостью, главным образом в щелочах. Характерным

свойством является высокая адгезия к стеклонаполнителям и незначительная

усадка при отверждении.

Эпоксидные смолы отечественного производства носят марку ЭД с

номером, например, ЭД-5, ЭД-20.

Полиэфирные связующие – на основе термореактивных полиэфирных

смол, отверждающиеся с выделением тепла, увеличением плотности и

незначительной усадкой при комнатной (15-30оС) или повышенной

температуре. Отверждение при температуре ниже 15оС не обеспечивает

качества, как по механическим показателям, так и по химической стойкости.

Отвердителями служат перекисные соединения; возможно отверждение за

счет нагрева или ультрафиолетовых лучей. Наряду с отвердителем

непосредственно перед употреблением вводятся и ускорители, например,

нафтанат кобальта. Для снижения усадки и стоимости могут вводиться

наполнители (мел, тальк, каолин и др.). ПКМ на полиэфирной основе

устойчивы к алифатическим углеродам (используются для изготовления

емкостей для бензина, топлива, смазочных масел), к большинству

органических растворителей, к кислотам, пресной и морской воде. В щелочах

разрушаются. Горючи. Теплостойкость зависит от вида смолы, обычно не

более 100оС. Обладают отличными диэлектрическими свойствами, но

небольшой механической прочностью, исключая некоторые высокопрочные

стеклопластики на полиэфирной основе.

Кремнеорганические связующие – на основе кремнеорганических смол

(полиорганосилоксанов), часто модифицированных или в смеси с другими

смолами. Отверждение обычно происходит при температуре 170-180оС.

Катализаторами-отвердителями служат органические соли (октенаты,

нафтенаты, линолеаты и др.) металлов (цинка, железа, свинца, марганца,

кобальта). ПКМ на кремнеорганической основе влагостойки, термостойки

(могут долговременно использоваться при 180-200оС, кратковременно до

300оС), обладают высокими механическими и диэлектрическими свойствами.

Используются для получения электроизоляционных стеклотекстолитов и

других ПКМ, широко применяемых в оснастке, особенно содержащей

нагреватели, и ограниченно - как конструкционные материалы.

3.3. Слоистые пластики, применяемые в вертолетостроении:

стеклопластики, углепластики, органопластики

Стеклопластики

Стеклопластики – это композиционные материалы на основе полимерных

матриц, содержащие в качестве матрицы смолу, а в качестве упрочняющего

наполнителя – стеклянное волокно (в виде рубленого волокна, жгутов, лент,

матов, тканей, нетканых материалов, например, стеклотрикотажа).

Стеклопластики обладают сочетанием высокой прочности, низкой плотности

и теплопроводности, хороших электроизоляционных свойств, сравнительно

низкой стоимости наполнителя. Характеристики прочности и упругости

стеклопластиков зависят от угла между направлениями приложения нагрузки

и укладки волокон [15, 19].

Стекловолокно формуют из расплавленного стекла. Оно обладает

высокими теплостойкостью, диэлектрическими свойствами, модулем

упругости, прочностью при растяжении, устойчивостью к химическим

реагентам, низкой теплопроводностью. Применяется как армирующий

наполнитель для стеклопластиков, фильтровальный, электро- и

теплоизоляционный материал, в волоконной оптике и др.

Технология получения стеклонаполнителей.

Стеклонаполнители изготавливаются из природных алюмосиликатных

песков:

SiO2 · Al2O3 · CaO · ............ · Na2O · K2O

другие

компоненты

В качестве других компонентов выступают оксиды различных элементов,

например, бора (алюмоборосиликатные пески).

Для получения магнезиальных стёкол берут магнезиальные пески:

SiO2 · MgO · Al2O3 · ............ · Na2O · K2O

другие

компоненты

Добытый в карьере песок направляют на горно-обогатительную фабрику,

где очищают от примеси глины. Затем проводят химический анализ песка.

По результатам анализа песок обогащают недостающими оксидами (MgO,

Al2O3). После этого песок переплавляется в стеклянные шарики, которые

называются шихтá. Цвет шариков зависит от химического состава песка.

Для получения конкретного вида стеклоткани используют шарики

определенного размера. Содержание оксидов Na2O и K2O, негативно

влияющих на качество и механическую прочность стеклоткани, должно

составлять не более 0.5%.

На стекольной фабрике шихту расплавляют в бункере при 1700оС.

Жидкий расплав стекла поступает в изложницу из чистой платины с

отверстием внизу (платина обладает высокой химической и температурную

стойкость). Из изложницы расплав стекает по системе трубок, превращаясь в

волокна диаметром в несколько микрон (см. рис. 3.2). Непосредственно на

выходе из форсунок на волокна распыляется замасливатель.

Рис.3.2. Схема получения стекловолокна из расплава

Волокна скручивают между собой, образуя нити, которые наматываются

на катушки или бобины. Далее нити перерабатывают в стеклоткани с

различным переплетением, а также однонаправленные стеклоленты3,

стеклошпон4, ровинги

5 и т. п.

Замасливатели.

На границе раздела «матрица – поверхность волокна», где относительно

слабо сцепление молекул, при нагружении конструкции всегда возникает

концентрация напряжений. В связи с этим на границе раздела

интенсифицируются:

- процесс абсорбции (поглощения) влаги из воздуха. Если такое волокно

пропитывать связующим, смола будет отслаиваться от нити, после

формования готовый пластик расслаивается;

- процесс удаления «летучих» (паров растворителя из связующего). При

недостаточном удалении летучих в пластике образуются поры,

неоднородности, и «микро-раковины» на поверхности.

Для защиты от атмосферной влаги, механических истираний и

разрушений до последующей переработки нити покрывают замасливателем

специального состава. Однако, ухудшая адгезию матрицы с поверхностью

нитей, замасливатель снижает физико-механические свойства готового

стеклопластика. Поэтому перед пропиткой связующим замасливатель

удаляется термическим, реже химическим, способом. Так, стеклонити и

стеклоткани, используемые в лопастном производстве, перед пропиткой

пропускают через зону нагрева.

Прочность сцепления «смола – нить» для разных замасливателей разная;

она зависит также от химического состава нити и смолы. Неправильно

подобранный замасливатель может ослабить последующее сцепление

стекловолокна со связующим, ухудшить поверхность стекловолокна.

Промышленное изготовление стеклонитей с замасливателями относится к

сороковым годам ХХ века. Наиболее распространен, дешев и прост был

парафиновый замасливатель, который, однако, был применим только для

ненагруженных деталей. Увеличение прочности сцепления было достигнуто

3 Однонаправленными называют ленты, состоящие только из продольных нитей. Сцепление нитей происходит за счет

смолы, которой они пропитываются при изготовлении ленты. 4 Стеклошпон - однонаправленный материал задаваемой ширины, похожий на стеклоткань, получаемый из

однонаправленных стеклолент путем укладки их вплотную друг к другу на специальном барабане. 5 Ровинг или ровница - полуфабрикат в виде толстого жгута из волокон. Волокна в ровнице несколько распрямлены,

расположены по ее длине сравнительно равномерно и уплотнены путем небольшого скручивания на ровничной машине.

за счет создания так называемых «прямых» замасливателей, которые

используются в настоящее время для изготовления ответственных деталей из

стеклопластиков.

При нанесении замасливателя и впоследствии связующего важно

поддерживать на требуемом уровне влажность воздуха на участке, чтобы не

пересушить и, тем самым, не ухудшить свойства волокон.

Чаще всего замасливатель наносится в виде различных эмульсий. В состав

замасливателей входят смазывающие вещества (минеральные масла или

жирные кислоты, уменьшающие коэффициент взаимного трения волокон),

связующие (поливиниловый спирт, декстрин, парафин) и

поверхностноактивные (аминоспирты и др.) вещества. Точные составы

замасливателей являются ноу-хау и их производителями не разглашаются.

Каждому замасливателю вместо названия присвоен номер. Для

производства стеклопластиков на основе эпоксидных связующих

предназначены конструкционные ткани с замасливателями №14, №78, №80,

№270 и др. Для эпоксидной смолы ЭДТ-10П, используемой при

производстве элементов конструкции лопастей вертолета, ранее применяли

замасливатели № №78, 80, 76. С начала 2000-х годов они заменены на менее

токсичные: №14 и №1. Показателем качества замасливателя является

прочность покрытой им нити на разрыв: для нитей, используемых при

намотке лонжерона лопасти вертолета, разрывное усилие должно составлять

не менее 1 кгс.

Аппреты.

Аппреты – это многофункциональные соединения, способные

взаимодействовать со стеклом и связующим для повышения адгезии

связующего к стекловолокну. Они увеличивают сцепление наполнителя со

связующим, улучшая физико-механические показатели материала.

Применяются не всегда. Наносятся после удаления замасливателя.

Примерами аппретов являются ГКС-9 для полиэфирных смол, АГМ-3 для

эпоксидных и эпоксифенольных.

Марки стеклонитей.

В производстве лопастей вертолетов чаще всего используют следующие

марки стеклонитей:

ТС 6 – 7.2 × 1 × 2 – 80;

ВМС 6 – 7.2 × 2 – 76;

ВМС 6 – 7.2 × 2 – 78;

ВМС 6 – 7.2 × 2 – 80;

ВМС 6 – 7.2 × 2 – 14.

Обозначение марок стеклонитей расшифровывается слеюующим

образом. Буквы впереди указывают химический состав:

Т – боросиликатное стекло;

ВМ – высокомодульное стекло на основе магнезиальных окислов;

Буква «С» - обозначает непрерывное стекловолокно.

6 – диаметр волокна 6 микрон.

7.2 – плотность волокна, измеряемая в тексах (единица плотности – 1

текс); обоозначает, что 1000 метров 6 - микронного волокна будет весить 7.2

г.

×2 – указывает, во сколько сложений складывается волокно при

выработке нити.

В стандартных обозначениях марок стеклонитей может встретиться также

знак Ζ, например, Ζ 75.25, - обозначающий количество кручений нити на 1

погонный метр.

76, 78, 80 – номер замасливателя.

Стеклоткани конструкционного электротехнического назначения.

Стеклоткани, т.е. ткани из стекловолокна обладают высокими

теплостойкостью, диэлектрическими свойствами, модулем упругости,

прочностью при растяжении, устойчивостью к химическим реагентам,

низкой теплопроводностью. Применяются как армирующие наполнители для

стеклопластиков, электро- и теплоизоляционные материалы и др. Каждая

стеклоткань имеет свою конструкцию (плетение) - соотношение количества

продольных нитей (основы) и поперечных (уткá).

Конструкционные стеклоткани (например, Т-10-80, Т-25-14) используются

для изготовления обтекателей, пакетов усиления лонжеронов и других

деталей вертолетов. Электротехнические ткани (например, Э-3-100-78, Э-3-

200-78) – для деталей противообледенительной системы лопастей и др.

Марки стеклотканей расшифровываются аналогично маркам стеклонитей.

Например, обозначение стеклоткани Т-10-14 (92) расшифровывается

следующим образом:

Т – ткань конструкционного назначения;

10 – конструкция ткани, иначе говоря, тип переплетения ткани, т.е.

соотношение продольных и поперечных нитей. Согласно ГОСТ Т-10

означает сатиновое переплетение;

14 – номер замасливателя. Замасливатель на ткани тот же, что и на

нитях, из которых она сделана;

92 – ширина ткани в сантиметрах. Ширина отечественных

стеклотканей обычно 70 или 92 см.

Таким образом, ткани Т-10-14 и Т-10/2-14 отличаются между собой видом

переплетения, а ткани Т-10-80 и Т-10-14 – замасливателем.

При производстве лопастей используются стеклоткани Т-10, Т-10/2, Т-11,

Т-25, Т-64 и другого переплетения, с различными замасливателями.

Например, Т-10 – сатиновое переплетение (на каждые 8 нитей основы ткани

3 поперечных нити). Т-25 – ткань редкого плетения, почти однонаправленная

ткань с малым содержанием поперечных нитей, используется для деталей

вертолета. Т-64 применяют, когда требуется более тонкая ткань. Т-11 – из

толстых нитей, редкого плетения, хорошо пропускает воздух, после

расшлихтовки6 используется в качестве дренажа при вакуумировании.

6 Расшлихтовка – операция выжигания из ткани замасливателя методом прожарки. Выполняется, чтобы

дренаж лучше впитывал в себя «летучие».

Пример двух других тканей: Э-3-100-78, Э-3-200-78.

Э – ткань электротехнического назначения;

3 – класс назначения (классы назначения – Э-1, Э-2, Э-3, Э-4, которые

указывают с какими материалами ткань сочетается (для фольги, для

пластиков и т.д.));

100, 200 – толщина ткани в мкм);

78 – номер замасливателя.

Физико-механические показатели стеклотканей обычно содержатся в

соответствующем стандарте и паспорте на ткань. В их число входят:

- марка нити, из которой изготовлена ткань;

- наименование переплетения;

- толщина в мм (для конструкционных тканей обычно (0.23…0.30)±0.02

мм);

- масса 1 кв. м. в граммах (для конструкционных тканей обычно 285 ÷

400 г);

- плотность тканей (нитей/см) по основе (для конструкционных тканей

обычно 16…36 нитей/см) и по уткý (для конструкционных тканей обычно

10…20 нитей/см);

- разрывная нагрузка в кгс по основе (для конструкционных тканей

обычно 175…320 кг) и по утку (для конструкционных тканей обычно

95…100 кгс) – на полоске шириной 25 мм.

Обозначения стекол и стеклопластиков на их основе.

В зависимости от типа стекловолокна выделяют 4 вида стеклопластиков:

Стекло А – известковонатриевое (щелочное) стекло – хорошо

противостоит действию реактивов;

Стекло С – стекло с повышенной химической стойкостью;

Стекло Е – бесщелочное алюмоборосиликатное стекло – обладает

хорошими электроизоляционными свойствами и теплостойкостью, широко

используется в различных конструкциях. Волокна стеклотканей Т-10-80, Т-

10-14 выполнены из стекла Е;

Стекло S – теплостойкое высокопрочное стекло. Стеклолента для намотки

лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов выполнена на основе

волокон из высокомодульных магниевых стекол типа ВМС, относящихся к

стеклам S – типа.

Углепластики

Углепластики (углеродопласты, карбопласты) – это композиционные

материалы, содержащие в качестве армирующего наполнителя углеродные

волокна в виде лент, тканей, жгутов, матов, рубленых волокон.

Углепластики это прочные, жесткие, термически и химически устойчивые

электро- и теплопроводные материалы с небольшой плотностью и низкими

коэффициентами линейного расширения и трения. Из углеродопластов

изготовляют детали летательных аппаратов, судов, автомобилей,

спортинвентарь, электронагревательные элементы, защитную одежду и др.

Углеродное волокно состоит главным образом из углерода. Получают

термической обработкой (пиролизом) химических волокон (целлюлозных,

полиакрилонитрильных и др.) при 400-3000°С. Углеродное волокно обладает

очень высокой механической прочностью; устойчиво к действию высоких

температур, химических реагентов, ультрафиолетового излучения.

Для изготовления ткани РПС, используемой в конструкции

нагревательной накладки лопастей вертолетов, в качестве исходного сырья

берется кремнеземная нить или лента и производится выжигание верхнего

слоя углеродов с образованием пироуглеродов. Выжигание производится в

герметичной шахте высотой около четырех метров со стенками из

нержавеющей стали толщиной 12 мм. В шахту подводят метан, этан и бутан;

наличие кислорода в шахте не допускается. В шахте поддерживается

температура 750оС. Кремнеземная лента белого цвета проходит через шахту,

по выходе из нее приобретает черный цвет и наматывается на бобину.

Толщина слоя пироуглерода, которая определяет сопротивление ткани,

зависит от длины шахты.

Бракованная углеткань направляется на производство обогревателей для

полов, матрасов, асфальта, где, в отличие от авиационных конструкций, нет

жесткого нормирования механических свойств.

В отличие от стекловолокон углеволокна плохо смачиваются

связующими, поэтому обычно перед пропиткой производят удаление

замасливателя и сорбированной (поглощенной) из воздуха влаги, травление

поверхности волокон окислителями, нанесение аппретов, выращивание на

поверхности волокон нитевидных кристаллов (в специальных камерах) и т.д.

Органопластики

Органопластики – это полимерные композиционные материалы,

содержащие в качестве упрочняющего наполнителя органические волокна (в

виде лент, тканей, бумаги, жгутов, матов, рубленых волокон). По виду

наполнителя подразделяются на органотекстолиты, органоволокниты,

органогетинаксы и сотовые конструкции.

Органоволокна – это синтетические арамидные волокна, которые

образуются из полиамидных циклических и других соединений в результате

химических процессов. В авиастроении используются волокна Кевлар-29 и

Кевлар-49 (в виде пряжи, ровингов, тканей, однонаправленных материалов).

Они обладают наиболее высокими значениями прочности и модуля

упругости среди органоволокон (используются даже для производства

пулезащитных касок и жилетов), устойчивы к пламени и

высокотемпературным воздействиям, а также к органическим растворителям,

нефтепродуктам, минеральным маслам.

Органоволокна обладают высокотекстильными свойствами, легче

перерабатываются, чем стекловолокна. Органопластики легче, чем

стеклопластики, но дороже по стоимости и сложнее поддаются механической

обработке (например, точение органопластиков приводит к разлохмачиванию

обработанной поверхности).

Органопластики - легкие материалы конструкционного назначения,

сочетающие сравнительно высокие удельные прочность и жесткость со

стабильностью свойств при действии знакопеременных нагрузок, резкой

смене температур и условий эксплуатации. Обладают теплозащитными и

теплостойкими свойствами, устойчивы к агрессивным средам. Расположение

долевых нитей в слоях наполнителя под различными углами позволяет

получать органопластики с заданным распределением свойств по

направлениям.

Применяются в конструкционных изделиях, электро- и радиотехнике,

химической аппаратуре, а также для теплоизоляции и для защиты

конструкций от химических средств и эрозии. В авиационных конструкциях

органопластики используются для изготовления частей несущих

конструкций, полов, дверей, сосудов высокого давления, деталей и крышек

приборов, радиопрозрачных обтекателей антенн и др.

Органит 7ТЛ и органит 11ТЛ (техническая органоткань СВМ + клеевая

пленка ВК-36Р) считаются материалами ХХΙ века. В вертолетостроении из

них изготавливают обшивки сотовых конструкций (разнообразных панелей,

хвостовых отсеков лопастей несущих и рулевых винтов, отсеков

стабилизаторов).

Способы переработки в изделия.

1. Наполнитель совмещают со связующим до сборки пакета заготовок и

формования изделия. Этот способ целесообразен в тех случаях, когда

связующее наносят на наполнитель из раствора, и после удаления

растворителя смоляная пленка при обычных условиях хранения находится

ниже температуры размягчения. Жизнеспособность такого связующего,

находящегося в твердой фазе, исчисляется месяцами, и его контакт с

органическим волокном не ухудшает качества волокна.

2. Наполнитель совмещают со связующим в процессе сборки (пропитали

заготовку – уложили, пропитали следующую – уложили) или после сборки

пакета заготовок (сложили весь пакет, затем пропитали). Этот способ

применяется для связующих, которые быстро отверждаются или могут при

хранении ухудшить свойства органоволокон (например, разбухание волокон

или химические процессы).

3. Пропитка под давлением – этот способ особенно удобен для получения

крупногабаритных изделий сложной конфигурации. Для пропитки заготовки

применяют жидкое связующее, вязкость которого при температуре пропитки

мало изменяется в течение длительного времени, и при этом связующее не

разрушает органоволокон. Пакет собирают из непропитанного наполнителя

укладкой в форму или на оправку, после чего в пустоты нагнетают

связующее. Пропитанную заготовку уплотняют в жесткой пресс-форме и

отверждают.

От способа подготовки и пропитки пакета, а также от давления

формования, зависят:

Монолитность изделия;

Пористость материала;

Плотность материала;

Механические и прочностные свойства;

Содержание связующего в композиции.

3.4. Виды соединений деталей и узлов из ПКМ

Одной из ответственных задач при создании различных конструкций из

композиционных материалов является обеспечение прочности и надежности

узлов соединений, через которые передаются все нагрузки, воспринимаемые

несущей конструкцией.

Трудности создания соединений, в основном, вызваны тем, что в

соединении и в слоистом материале элементов композиции (т.е. в металле и в

пластике) напряжения передаются по-разному. В силу присущей

композиционным материалам конструкционной анизотропии соотношение

между допустимыми напряжениями на срез, сжатие и растяжение в

соединениях не столь благоприятно, как в соединениях металлоконструкций.

Вместо соединений встык для композиционных материалов рекомендуются

соединения «на ус», особенно в соединениях с металлами.

Виды соединений композиционных материалов и их особенности.

Механические – клепаные, болтовые. Возможно растрескивание отверстия

в пластика вокруг металлического стержня. Деформации пластика и

вибрации могут вызвать ослабление и самоотвинчивание болтов, поэтому

рекомендуется стопорение (зубчатые и пружинные шайбы, клеевое

стопорение и др.).

Рис. 3.3. Примеры механических соединений авиационных конструкций из

композиционных материалов

Клеевые (адгезионные) соединения обеспечивают монолитное

неразъемное соединение с равномерным распределением нагрузки по всему

шву. Этот вид соединений будет подробно рассмотрен в Главе 5.

Клеевые комбинированные – клее-клепаные, клее-сшивные, клее-сварные

и др. Как правило (но не всегда!) первым производится склеивание, так как

после механического скрепления трудно обеспечить равномерное нанесение

клея и создание требуемого давления для его отверждения). Для увеличения

сопротивляемости нагрузкам зоны шва армируются – по всей поверхности

или путем утолщения стыкуемых кромок.

Сплошные – это соединения приформовкой. После предварительной

подготовки поверхности (например, зашкуривания или снятия жертвенного

слоя лавсана) на стыкуемые участки деталей наносят накладки из

композиционного материала, пропитанные связующим, которое после

отверждения обеспечивает прочную связь. Этот процесс близок к

склеиванию и технологически выполняется как метод контактного

формования. Конструктивно приформовку выполняют в виде стыкового,

нахлесточного, углового или Т-образного соединений.

Лавсан и некоторые другие материалы, используемые как жертвенные,

при сборке кладут на пакет заготовок препрега. После отверждения детали

перед приформовкой или склеиванием лавсан удаляют с поверхности детали,

подобно тому, как отдирают пластырь. Такие жертвенные слои защищают

поверхность от загрязнений и обеспечивают требуемую для надежного

склеивания шероховатость. Жертвенными слоями также называют заготовки

препрега, дополнительно уложенные в сборку. После отверждения они

становятся частью детали и сфрезеровываются или удаляются иным видом

механической обработки при обработке контура.

Литература для углубленного изучения

Фудзии Т., Дзако М. Механика разрушения композиционных материалов.

Пер. с яп. М.; «Мир», 1982, 232 с.

Справочник по композиционным материалам (под ред. Дж. Любина). Пер.

с англ.; т.1, т.2, М.; Машиностроение, 1988, 340 с., 301 с.

Пластики конструкционного назначения (реактопласты) (под ред. Е.Б.

Тростянской). М.; «Химия», 1974, 304 с.

Горяинова А.В. Стеклопластики в машиностроении. М.; ГНТИМЛ, 1961,

216 с.

4. Технологии производства несущих конструкций из полимерных

композиционных материалов

4.1. Технологии производства препрегов

Промышленные препреги – это полуфабрикаты для последующего

получения композитов. Представляют собой армирующие материалы,

пропитанные заранее определенным количеством равномерно

распределенной смолы и переработанные таким образом, что сохраняются

оптимальные технологические характеристики и обеспечивается

воспроизводимость свойств отвержденного композита.

Для пропитки применяют термореактивные (эпоксидные, полиэфирные,

фенольные, кремнийорганические, полиимидные и т.д.) и термопластичные

(полисульфон и др.) связующие. В качестве армирующих материалов

применяют стекловолокна, углеродные, борные, высокомодульные

арамидные и др. волокна, которые могут быть в виде нитей, тканей, лент,

тесьмы.

В лопастном производстве для получения препрегов чаще всего

используют такие способы, как «мокрая» и машинная пропитка.

В авиационной технологии используют также другие способы пропитки -

пропитку под давлением (пресс-форму заполняют наполнителем, затем под

давлением нагнетают связующее, далее отверждают), напыление связующего

на армирующий материал и др.

«Мокрая» пропитка – это пропитка заготовок вручную. Связующее

обычно наносится на заготовку кистями или шпателями. Пропитанные

заготовки сразу выкладываются в форму. Этот способ не требует дорогого

оборудования, что снижает стоимость изделия. Но подходит только для

изготовления малоответственных, ненагруженных деталей (крышки,

колпаки, сиденья и т.п.), так как при таком способе нанесения связующего

невозможно нормировано контролировать степень пропитанности ткани,

содержание и выдавливаемость связующего.

При машинной пропитке стеклоткань или стеклолента термически

обрабатывается для удаления замасливателя с волокон, пропускается через

ванну с раствором или расплавом связующего. Затем проходит через зазор

заданной величины между двумя валками; при этом отжимаются излишки

связующего. Пропитанный связующим материал подсушивается в

сушильной шахте с несколькими зонами температур и сматывается в рулон

(ткань) или на бобину (лента). При сматывании пропитанной стеклоткани

используется подложка, т.е. разделительная полиэтиленовая пленка, не

дающая слоям слипнуться друг с другом.

При производстве лопастей вертолета Ми-28 используется машинная

пропитка стеклоленты и стеклотканей связующим ЭДТ-10П. Стеклопластик

на основе связующего ЭДТ-10П имеет название ВПС-7 (при пропитке

машинным методом с последующим отверждением пресс-форменным,

вакуумным или вакуум-автоклавным методами) или ВПС-5 (если препрег

получен методом пропитки под давлением). Стеклопластик ВПС-31 получен

из однонаправленного препрега - ленты из стеклоровинга РВМПН-10-1200-

14, пропитанной эпоксидным расплавным связующим ВСР-3М.

На качество машинной пропитки стеклоткани влияют качество

связующего, которое характеризуется концентрацией, вязкостью и

плотности. Эти параметры, в свою очередь, зависят от температуры. При

пониженной температуре связующее загущается и покрывает ткань более

толстым слоем, не обеспечивая достаточную смачиваемость. При

повышенных температурах связующее ожижается и стекает – в результате

количество связующего в препреге оказывается недостаточным.

Для получения требуемого слоя связующего стеклоткань должна

находиться в пропиточной ванне определенное время, что обеспечивается

надлежащим выбором скорости протяжки стеклоткани через ванну (обычно

100-120 м/ч). На равномерность пропитки и толщину слоя связующего

влияют параллельность отжимных валков пропиточной машины и величина

зазора между валками. Важными параметрами процесса сушки пропитанной

ткани являются температуры по зонам сушки и скорости воздушного потока

в сушильной шахте. Поток воздуха, создаваемый вентиляционной системой,

просушивает ткань, унося «летучие» (частицы растворителя).

Перечисленные параметры при получении препрега строго контролируются.

Получение пропитанной однонаправленной стеклоленты осуществляется

одновременно путем параллельной укладки нитей в ленту и их пропитки в

специальной установке. На качество пропитки ленты влияют те же

параметры, что и при пропитке ткани, а также количество и величина

натяжения нитей. К качеству поверхности и параллельности валков при

формировании ленты предъявляются более строгие требования, так как

неровности поверхности и непараллельность образующих валков будет

приводить к «разбеганию» нитей.

Качественные показатели препрегов.

Внешний вид. Не допускаются зоны с повреждениями,

непропитанные, с потеками связующего, пересушенные. Определяется

визуально.

Содержание летучих веществ (доля растворителя в смоле). Для

разных препрегов допускается от 0 до 6%.

Для препрега на связующем ЭДТ-10П содержание летучих

должно быть 0,8…2,5% для пропитанной стеклоткани и не более 0,8% для

однонаправленной стеклоленты.

Содержание связующего для конструкционных препрегов

обычно должно быть 28…34%, для электротехнических 40…45%.

Содержание растворимой (т.е. реакционноспособной) смолы –

не менее 95%.

Контроль внешнего осуществляется на участке пропитки в процессе

изготовлении препрега, остальных параметров - в лабораторных условиях

методом пиролиза на образце препрега от каждой бобины ленты или каждого

рулона пропитанной ткани.

После пропитки первых нескольких метров ленты или ткани ее кусочек

передается в лабораторию для выполнения экспресс-анализа, который

основан на определении веса погонного метра препрега. Результаты

экспресс-анализа позволяют сделать вывод о соответствии препрега

заданным параметрам и о возможности продолжения процесса пропитки с

установленными режимами.

Кроме экспресс-анализа используется полный пиролизный (т.е.

основанный на выжигании образца) анализ. При этом определяется:

1. Содержание связующего в наполнителе.

2. Содержание растворимой смолы (с момента приготовления

связующее теряет часть жизнеспособности, т.е. смола начинает

полимеризоваться. Не менее 95% связующего должно оставаться

реакционноспособным).

3. Содержание «летучих» - должно находиться в требуемых пределах..

4. Для стеклоленты – вес погонного метра.

Содержание смолы или армирующих материалов может быть определено

химической идентификацией, экстракцией растворителем или пиролизом.

Содержание «летучих» определяется неполным пиролизом в стандартных

условиях испытания.

К числу показателей готового пластика относятся: плотность,

содержание связующего и степень полимеризации. Эти показатели

определяются лабораторными методами на образцах из припуска детали, а

при разрушающем контроле – из определенных техническими требованиями

зон детали.

1. Плотность определяется на образце в форме куба или

параллелепипеда, объем которого определяют путем замеров сторон

микрометром, а вес – путем взвешивания на аналитических весах.

2. Содержание связующего, т.е. его процентное (по массе) содержание в

полимере, обычно немного меньше, чем в исходном препреге за счет

удаления летучих. Например, для стеклопластика ВПС-7 содержание

связующего должно составлять 28…32%, а в исходном препреге из

стеклоткани Т-10 или Т-25 содержание связующего ЭДТ-10П составляет

30…34%. Содержание связующего в пластике определяется методом

пиролиза.

3. Степень полимеризации характеризует полноту отверждения

связующего (в %). У полностью полимеризованного связующего не менее

95% реакционноспособных групп должны прореагировать с группами

отвердителя. Степень полимеризации связующего для ВПС-7 проводится

методом экстрагирования в аппарате Сокслетта. Согласно данной методике

навеска в виде стружки взвешивается с точностью до 0,0001г, заворачивается

в прокаленную стеклоткань Э-3-100 и помещается в аппарат Сокслетта с

обезвоженным ацетоном. В течение 9 ч при 55-60оС происходит

экстрагирование (извлечение в растворитель) неотвержденной смолы. Затем

навеску 10 часов выдерживают в термостате при 100-105оС и снова

взвешивают. Отметим также, что современная технология оценки степени

полимеризации связующих реактопластов основана на ее

термодинамическом определении и использовании метода

дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).

Наиболее полная современная информация о свойствах, методах

контроля, технологиях приготовления препрегов и формования композитов

содержится в трехтомном справочнике [3Н8].

Эпоксидные связующие ЭДТ-10, ЭДТ-10П

При изготовлении изделий авиационного применения из стеклопластиков

часто используются связующие на эпоксидной основе. Молекулярный вес

таких смол колеблется в пределах 400-4000, в зависимости от чего смолы

могут быть в жидком или твердом состоянии. Для производства

стеклопластиков наиболее пригодны низкомолекулярные полиэпоксидные

смолы, такие как, например, смола ЭД-20. Структурная формула смолы ЭД-

20 представлена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1. Структурная формула эпоксидной смолы ЭД-20

Для отверждения таких смол добавляются отвердители горячего (при

нагревании) или холодного (при комнатной температуре) отверждения. Чаще

всего это различные амины. Например, взаимодействие ЭД-20 с

отвердителем полиэтиленполиамином (ПЭПА; холодного отверждения)

происходит следующим образом: третичные амидные группы на концах

молекул отвердителя вступают в реакцию с эпоксидными группами смолы,

образуя разветвленную сетчатую структуру, представленную на рис. 4.2.

Рис.4.2. Структурная формула эпоксидного связующего

ЭД-20, отвержденного полиэтиленполиамином

Реакция отверждения эпоксидных смол происходит с выделением тепла,

т.е. является экзотермической, причем скорость отверждения и количество

выделяемого экзотермического тепла зависят от температуры смеси. Чем

выше температура, тем быстрее протекает реакция полимеризации.

Эмпирически установлена следующая приближенная закономерность -

скорость реакции удваивается при повышении температуры на 10оС и

наоборот. Например, если при 20оС отверждение происходит за 3 часа, то при

30оС потребуется 1.5 часа и 6 часов при 10

оС.

Поэтому время жизнеспособности связующего зависит от температуры,

при которой оно хранится. Это время можно увеличить охлаждением

связующего перед работой с ним.

Для того чтобы отвержденная смола была более пластична, не ломалась и

не трескалась с течением времени, в связующее добавляют пластификаторы,

например, дибутилфталат, структурная формула которого приведена на рис.

4.3.

Рис. 4.3. Структурная формула пластификатора - дибутилфталата

Для производства лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов,

лонжеронов стабилизатора и других деталей вертолетов Ми-24, Ми-28

используются связующие ЭДТ-10 и ЭДТ-10П. Связующее ЭДТ-10

представляет собой композицию из эпоксидных смол, отвердителя

триэтаноламинтитаната (ТЭАТ), продукта КДА или КДА-2, добавляемых для

снижения вязкости ТЭАТ и обеспечения его равномерного распределения в

связующем, и продукта АДЭ-3. Связующее ЭДТ-10П (П – пропиточное)

получают путем разбавления ЭДТ-10 спирто-ацетоновой смесью до нужной

концентрации (40…50%). Используется для изготовления препрегов на

основе однонаправленных стеклолент и различных стеклотканей (Т-10, Т-25,

Т-64). В зависимости от партии смолы и отвердителя отверждение

происходит при 90-105оС. Этот разброс, связанный с нестабильностью

содержания реагирующих групп, требует выполнения лабораторного анализа

каждой новой партии компонентов.

Изготовление однонаправленной стеклоленты

Однонаправленная стеклолента, используемая для намотки лонжеронов

лопастей, изготавливается на специализированной установке, схема которой

представлена на рис. 4.4. Установка формирует ленту из одиночных нитей,

пропитывает ее связующим ЭДТ-10П, выполняет сушку и наматывает

готовую ленту на бобину, используемую далее в технологическом процессе

намотки.

Рис. 4.4. Схема изготовления однонаправленной стеклоленты на специальной

установке УЛС

Технологический процесс изготовления ленты включает:

Входной контроль материалов: стеклонити ВМПС (высокомодульное

прочное стекловолокно) и связующего ЭДТ-10П;

Заправку нитей в шпулярник;.

Подготовку установки УЛС к работе: проверку работы на холостом

ходу, проверку параллельности, качества полировки и чистоты валов;

выставление требуемого зазора между валами; наполнение пропиточной

ванны связующим; включение нагревателей, вентиляции и

регистрирующих приборов;

Собственно изготовление ленты: собирание нитей на валу (нити

укладываются в один ряд, не налегая друг на друга), предварительную

подсушку с удалением замасливателя, пропитку в ванне со связующим,

отжим излишка связующего между валами с определенным выставленным

зазором, сушку с автоматизированным контролем температуры (три зоны

сушки от 180оС до 300

оС), сматывание ленты на бобину. В начале

изготовления каждой бобины ленты осуществляется экспресс-контроль

веса погонного метра просушенной ленты. В ходе процесса

контролируются температура и влажность воздуха на участке, величина

зазора между валами, уровень и температура связующего в ванне,

скорость и натяжение протяжки ленты, температура по зонам сушки,

отсутствие жгутований и других повреждений ленты.

Полный лабораторный контроль готовой ленты - определение

содержания связующего, летучих, растворимой смолы методом пиролиза.

Оформление для каждой бобины сопроводительной бирки с

информацией о марке и номере партий стеклонити и связующего, дате

изготовления ленты, сроке годности, номере бобины, количестве

стеклоленты в метрах, содержании связующего в %, летучих веществ,

растворимой смолы, ширине (мм), толщине (мм), весе одного метра сухой

стеклонити.

Упаковку бобины стеклоленты в нерафинированную упаковочную

бумагу и полиэтилен, отправку на намотку изделия или на хранение в

холодильник.

Изготовленная лента должна удовлетворять следующим показателям

качества:

Ширина 10+1 мм;

Вес погонного метра сухой ленты 2.95…3 г;

Содержание связующего 28…34%;

Содержание летучих не более 0.8%;

Содержание растворимой смолы 95÷100%;

Готовая лента должна обладать небольшой липкостью;

Цвет ленты от светло-желтого до светло-коричневого.

Не допускаются провисание, жгутование нитей, пережог ленты,

непропитанные и плохо просушенные места. Срок хранения готовой ленты

составляет 3 суток при 25-35оС и до 10 суток в холодильнике при 5

оС.

После извлечения из холодильника ленту необходимо выдержать 2…3

часа до температуры производственного помещения, не вскрывая упаковку,

чтобы избежать осаждения конденсата влаги из воздуха на холодную ленту.

По истечении срока хранения необходимо проверить содержание

растворимой смолы и летучих. Если показатели находятся в норме,

допускается использование ленты в течение 24 часов.

Пропитка стеклотканей

Для пропитки эпоксидными связующими стеклоткани шириной до 1000

мм используется специализированная установка УПСТ, схематически

изображенная на рис. 4.5. Технологический процесс включает:

Входной контроль стеклоткани и связующего;

Подготовку установки к работе: проверку на холостом ходу, контроль

зазора между отжимающими валами, установку рулона стеклоткани на

разматывающий вал и протяжка ткани через всю систему валов до

сматывающего устройства, установку рулона полиэтиленовой пленки,

наполнение пропиточной ванны связующим, включение нагревателей,

вентиляции и и регистрирующих приборов;

Рис.4.5. Схема пропитки стеклоткани эпоксидными связующими на

специальной установке УПСТ

Пропитку стеклоткани связующим и подсушивание. Для лучшего

сцепления со связующим стеклоткань сначала проходит через зону

подсушки и удаления замасливателя (90оС), затем через ванну со

связующим и валы, отжимающие лишнее связующее, после чего - через

три зоны сушки, внутри которых осуществляется автоматизированный

контроль температуры, и сматывается в рулон с разделительной

подложкой из полиэтиленовой пленки во избежание слипания слоев

стеклоткани друг с другом;

В начале пропитки и через каждые 25-30 м пропитанной ткани

осуществляется экспресс-контроль - определение суммарного привеса

связующего и летучих на образце;

В процессе пропитки контролируются температура и влажность

воздуха на участке, уровень и температура связующего в ванне, скорость

протяжки (1,4…2 м ткани/мин) и натяжение стеклоткани, температура по

зонам сушки, отсутствие повреждений ткани, наличие непропитанных или

пересушенных участков, складок и гофр при сматывании;

Полный лабораторный контроль пропитанной ткани - определение

содержания связующего, летучих, растворимой смолы методом пиролиза;

Оформление для каждого рулона пропитанной стеклоткани

сопроводительной бирки с информацией о марке и номере партий

стеклоткани и связующего, дате пропитки ткани, сроке годности,

количестве ткани в метрах, содержании связующего (в %), летучих

веществ, растворимой смолы, ширине (мм), толщине (мм), удельном весе.

Упаковку рулона в полиэтилен, отправка на изготовление детали или

на хранение в холодильник.

Пропитанная ткань должна удовлетворять следующим показателям

качества:

Ширина 10+1 мм;

Содержание связующего 30…34%.

Содержание летучих 0.8…2.5%.

Содержание растворимой смолы 95…100%.

Не допускаются: механические повреждения ткани (разрывы, вырывы

нитей и др.), непропитанные, плохо просушенные или пережженные

места.

Пропитанная стеклоткань должна обладать липкостью.

Срок хранения готовой ткани 3 суток при 25-35оС и до 10 суток в

холодильнике при 5оС.

4.2. Методы формования изделий из полимерных композиционных

материалов

При формовании авиационных конструкций из полимерных

композиционных материалов применяются следующие методы: контактный,

вакуумный, вакуум-автоклавный, пресс-форменный, пресс-камерный. Выбор

метода формования изделия определяется его типом, габаритами, маркой и

свойствами используемого композиционного материала, требованиями,

предъявляемыми к качеству и точности изготовления [2, 14]. Способ

изготовления изделия в значительной степени определяет его стоимость.

Контактный способ формования

Контактный способ наиболее прост и не требует сложной

технологической оснастки. Его в основном применяют для деталей корпуса

вертолета, например, рам дверных и оконных проемов. Раскроенный по

шаблонам препрег укладывают на оправку или в форму, предварительно

покрытую антиадгезионной смазкой. Каждый слой препрега прикатывается

роликом для контакта с предыдущим слоем, поэтому метод называется

контактным. В основном, используются связующие холодного отверждения,

в которых отсутствуют «летучие» вещества, и они не требуют большого

давления - достаточно уплотнения роликом. Заготовки стеклоткани

пропитывают связующим вручную. Для полного отверждения производится

выдержка от 24 до 72 часов при температуре 15-30оС.

К достоинствам контактного способа относятся:

Простота оснастки, которая обычно имеет несложную форму;

Отсутствие необходимости в сложном оборудовании с подачей

давления и подогрева;

Легкость выкладки заготовок на форму или оправку;

Возможность получать крупногабаритные изделия сложных форм

(корпуса катеров). Способ применяется преимущественно в опытном и

мелкосерийном производстве, а также на этапе освоения нового

изделия.

Контактный способ имеет недостатки, в числе которых:

Высокая трудоемкость ручной пропитки армирующего

материала;

Нестабильность содержания связующего в пластике и

неравномерность его распределения по объему изделия из-за ручного

метода нанесения;

Высокое (до 60%, в то время как в обычном пластике

26…34%) содержание связующего в пластике, приводящее к ухудшению

механических свойств;

Зависимость качества изделия от квалификации формовщика;

Длительность цикла изготовления (24 ч и более);

Необходимость выполнения ручных работ в зоне действия

токсичных компонентов связующего.

Вакуумное формование

При вакуумном формовании заготовки выкладывают на плоскую или

криволинейную форму или оправку, помещают в вакуумный мешок и

формуют деталь. Формующей поверхностью является оправка. В результате

формования деталь со стороны оправки приобретает гладкую поверхность, а

со стороны вакуумного мешка - неровную, со складками. Чтобы этого

избежать, для оформления наружной поверхности изделия применяются

сулаги из дюралюминия, нержавеющей стали, титана или стеклотекстолита.

Толщина сулаг для разных деталей может составлять от 0.4 до 3,5 мм. Часто

сулаги устанавливаются после оборачивания сборки фторопластом. При

необходимости на поверхность сулаг наносят антиадгезионную смазку.

Поверх сулаг сборку оборачивают дренажной стеклотканью. Дренажом на

может служить непропитанная расшлихтованная (после удаления

замасливателя) стеклоткань Т-11. Иногда в качестве дренажа может

использоваться металлическая сетка. Дренаж обеспечивает равномерность

вакуума и место для выхода «летучих». Поверх дренажа вдоль детали

прокладывается вакуумная медная или латунная трубка диаметром 8…10 мм

с дренажными отверстиями диаметром 1.5…2 мм, расположенными с шагом

50…100 мм, и штуцерами. Затем накладывается второй слой дренажа,

производится монтаж и проверка герметичности вакуумного мешка.

Сборку помещают в вакуумный мешок; отверстие мешка заклеивают,

делая его герметичным (из мешка выходит только вакуумная трубка). Мешок

изготавливается из технологической ткани СВМ или из зеленой прозрачной

пленки «Райтлон». Склейка мешка ведется герметизирующим жгутом

«Герлен» (от названия «герметизирующая лента») или смесью клеев НП88 и

4НБ. Снаружи мешка прокладывается вторая вакуумная трубка, со

штуцерами, соединяется с внутренней и через штуцера подсоединяется к

источнику вакуума (вакуум-насос, автоклав). Для мелкогабаритных деталей

трубки не используют, штуцера вклеиваются в отверстия на мешке.

Герметичность вакуумного мешка проверяется прибором-течеискателем

или путем подключения мешка к вакуум-насосу с последующим

наблюдением стабильности уровня вакуума.

Для нагрева сборку помещают в термошкаф или автоклав и проводят

отверждение согласно технологическому регламенту. Вакуум должен

поддерживаться порядка 0.06-0.09 МПа (0.6-0.9 атм.).

Усилие формования создается атмосферным давлением, действующим на

замкнутый объем, в котором создается разряжение (вакуум). Преимущества

этого метода – простота и малые капитальные вложения на оснастку (т.к.

оправка дешевле, чем пресс-форма). В ряде случаев метод позволяет

получить крупногабаритные изделия со сложным рельефом. Толщина детали

определяется толщиной и количеством отформованных слоев препрега.

Вакуум-автоклавное формование

Автоклав представляет собой герметичный аппарат (см. рис.4.6) для

проведения многих физико-химических процессов при нагреве и

повышенном давлении, а в медицине - для стерилизации медицинских

инструментов и перевязочных материалов.

Промышленные автоклавы представляют собой герметичные

цилиндрические сосуды с полусферическими днищами и крышкой,

заполняемые смесью воздуха с азотом или чистым азотом, снабженные

электронагревателями или иными нагревательными устройствами. Автоклав

обычно снабжается системой регулирования и сброса давления, вакуумной

системой, системой регулирования температуры, устройством для загрузки

технологической оснастки с заготовкой.

Подготовка сборки, монтаж вакуумного мешка и формование детали

происходят как при вакуумном методе со следующими изменениями. Сборку

помещают в автоклав, подсоединяют к вакуумной системе автоклава. Усилие

формования, действующее на находящуюся в вакуумном мешке деталь,

создают путем подачи в автоклав под давлением смеси воздуха с азотом.

Метод позволяет получить наивысшее качество пластика, так как

всестороннее давление сжатого газа обеспечивает равномерное прижатие

препрега к стенкам оправки. С увеличением давления до определенного

предела улучшаются плотность и однородность получаемого пластика.

Однако превышение этого предела может ухудшить прочность материала

формуемой конструкции. При вакуум-автоклавном формовании давление в

автоклаве устанавливается в пределах 0.5…1.0 МПа.

Рис. 4.6. Схема формования детали из

полимерного композиционного

материала в вакуумном мешке,

помещенном в автоклав

Охлаждение детали в автоклаве происходит под давлением совместно со

всей оснасткой. После охлаждения сбрасывают давление, вынимают сборку

из автоклава, разбирают технологический пакет, извлекают деталь из формы

или снимают с оправки и отправляют на обрезку и контроль.

К недостаткам вакуум-автоклавного метода относятся высокая стоимость

оборудования, т.е. самого автоклава и обеспечивающих его работу систем,

взрывобезопасный характер помещения для установки автоклава (сосуд

работает под высоким давлением при высокой температуре). Метод не

позволяет получать высокоточный контур, форма готовой детали

обеспечивается только за счет оправки и сулаг.

Пресс-форменный метод формования

Процесс прессования проводят в жестких пресс-формах на

гидравлических прессах, или, создавая давление с помощью стяжных болтов

с пружинами, гидравлических и пневматических цилиндров. Для

обеспечения высокоточного контура детали формообразующие поверхности

пресс-формы должны быть выполнены по математической модели

создаваемого изделия. В зависимости от материала и габаритов детали

удельное давление при прессовании может изменяться от 5 до 40 МПа. При

этом способе достигается высокая гладкость и точность геометрии

формуемой поверхности. Метод применяется для изготовления

ответственных деталей вертолета, таких, как лонжероны лопастей несущего

и рулевого винтов, кронштейны и другие. Для уменьшения объема пакета,

удаления воздуха и части «летучих», сохранения расположения слоев

заготовки перед прессованием часто проводятся предварительное

вакуумирование собранного пакета в слегка подогретом состоянии.

Собранный пакет помещается в пресс-форму, после чего включается

нагрев. После прогрева, когда связующее размягчается и начинает

переходить в вязкотекучее состояние, то есть при температуре начала

желатинизации, производится полное смыкание пресс-формы. Под

действием создаваемого давления заготовка полностью заполняет объем

пресс-формы, излишки связующего отжимаются и вытекают по специальным

канавкам; в результате происходит формование детали. При необходимости

для обеспечения удаления летучих и лучшего размещения материала в форме

вначале проводят несколько подпрессовок (размыканий и смыканий пресс-

формы). В зависимости от материала заготовку выдерживают в пресс-форме

при определенных температурах (обычно 120…200оС), давлении и времени,

в течение которого происходит окончательное отверждение связующего.

После проведения режима пресс-форму охлаждают, открывают и извлекают

деталь.

Пресс-камерный метод формования

Метод применяется в основном для пустотелых конструкций типа труб и

лонжеронов. На оправку по длине устанавливаются специальные пресс-

камеры (пневмокамеры) из эластичной резины или тонкой (0,12мм)

нержавеющей стали (см. рис. 4.7). Сверху камеры обматываются резиной для

предотвращения их чрезмерного раздутия и разрыва и фторопластом в

качестве антиадгезионного слоя. Также в технологический набор могут

входить цулаги для получения более гладкой внутренней поверхности и

контура. Затем вокруг оправки с камерами наматывается или выкладывается

заготовка (метод спиральной намотки рассмотрен в разделе 4.3).

Сборка устанавливается в пресс-форму, где производится формование

аналогично пресс-форменному методу. При этом способе формования пресс-

форма не создает давления, а исполняет роль ограничителя контура.

Давление на собранный пакет осуществляется изнутри через пресс-камеры

путем подачи в них сжатого азота.

Рис. 4.7. Схема пресс-

камерного метода

формования

4.3. Изготовление изделий из ПКМ методом спиральной намотки

Намотка – процесс формообразования элементов или конструкций из

композитов, при котором заготовки получают путем укладки препрега на

оправку при вращении оправки или раскладчика станка по траекториям,

заданным некоторой программой. Намоткой обычно изготавливают изделия

без острых кромок и резких переходов от одной части детали к другой.

Оправка имеет конфигурацию и размеры, соответствующие внутренним

размерам изготавливаемой детали. Формование детали намоткой завершается

отверждением намотанной заготовки. Оправка после отверждения обычно

удаляется или остается в качестве конструктивного элемента.

Обычно намотка производится нитями, жгутами, лентами и тканями на

станках с ЧПУ. Механизмы станка в соответствии с программой

перемещаются с определенной скоростью, контролируя углы намотки и

расположение армирующего материала. Материал можно обертывать вокруг

оправки в виде прилегающих друг к другу полос или по какому-то

повторяющемуся рисунку до полного покрытия поверхности оправки. Слои

материала наносятся последовательно под одним и тем же или

изменяющимся углом намотки, пока не будет набрана нужная толщина. Угол

намотки может изменяться от продольного до окружного, т.е. от 0о до 90

о к

оси оправки, включая все углы в этом интервале.

Для намотки пригоден практически любой непрерывный армирующий

материал. На практике главным образом используется стекловолокно Е-

стекла. Там, где требуются высокие удельная прочность и модуль упругости,

например, в космической промышленности, используются углеродные

волокна, арамидные волокна («Кевлар-49»), S-стекла (магниевые).

Намоткой получают цилиндрические и сферические конструкции, с одним

отверстием и днищем (сосуд, например, корпус огнетушителя) или двумя

отверстиями (труба, например, лонжерон лопасти). Это секции

трансмиссионного вала вертолетов, баллоны высокого давления, корпуса и

сопла двигателей, воздуховоды, каналы двигателей, створки и носовые части

гондол, лонжероны лопастей несущих и рулевых винтов, закрылки, части

крыла и др.

Виды намотки

В зависимости от требуемой ориентации препрега различают несколько

видов намотки. Наиболее часто применяют два из них: продольно-

поперечная намотка и спиральная намотка (см. рис.4.8).

(а) (б)

Рис. 4.8. Схема намотки: а – продольно-поперечной; б - спиральной

Продольно-поперечная намотка.

На цилиндрическую или коническую оправку в определенной

последовательности наматывают слои предварительно пропитанной ткани.

Этот процесс позволяет получать изделия с высокой герметичностью.

Ориентация пропитанной ткани устанавливается вдоль образующих тела

вращения (продольная укладка) и в окружном направлении под углом 90о к

оси оправки (поперечная укладка). Соотношение и общее число продольных

и поперечных слоев выбирается в соответствии с заданной толщиной,

требуемыми свойствами и условиями работы изделия. Прочность изделия

зависит также от типа и переплетения ткани. Метод чаще всего используется

при изготовлении деталей корпусов.

Спиральная намотка.

Спиральная намотка осуществляется путем укладки армирующего

материала, пропитанного связующим, по спиральным линиям. Этот вид

намотки используется для изготовления лонжеронов, частей трубопровода,

конических отсеков, сосудов высокого давления. Метод спиральной намотки

из стеклоленты, получаемой на установке УЛС, используется при

изготовлении лонжеронов лопастей несущего винта вертолетов Ми-28, Ми-

35 и лопастей рулевого винта вертолета Ми-2.

Существуют разновидности спиральной намотки: геодезическая (с

постоянным углом намотки), плоскостная (полюсная), звездообразная, с

переменным углом намотки и т.д.

Геодезическая намотка и намотка с переменным углом подразделяется на

продольно-спиральную, поперечно-спиральную и комбинированную. При

вращающейся или неподвижной оправке вокруг нее перемещается

раскладчик станка. Угол намотки может быть постоянным или переменным,

и выбирается в зависимости от характера эксплуатационных нагрузок,

которые испытывает конструкция. Изменение угла намотки может

происходить за счет изменения шага (расстояния между витками материала),

за счет изменения скорости перемещения подвижной каретки (раскладчика)

или (и) вращения оправки.

После первого витка лента или нить, наматываемая на оправку, образует

спиральную или близкую к ней линию. Второй виток имеет определенное

смещение (шаг) по отношению к первому. Витки могут ложиться внахлест (с

задаваемым процентом перекрытия), встык или с расстоянием. Смещение

витка зависит от угла между плоскостью витка и осью оправки, ширины

ленты и габаритных размеров изделия. С помощью соответствующего

делительного устройства и программы намотки пространство между витками

заполняется последующими витками ленты.

Например, при намотке лонжерона лопасти несущего винта вертолета Ми-

28 один слой намотки состоит из 12-ти проходов раскладчика (6 прямых и 6

обратных проходов) вокруг неподвижной оправки. При этом оправка

полностью покрывается двойным слоем укладываемой встык стеклоленты.

Вся намотка состоит из двенадцати таких слоев, т.е. 144 проходов

раскладчика. Толщина намотки в данном случае равна 24 толщинам

стеклоленты.

Выдерживание точности укладки обеспечивает равномерность

распределения армирующего материала в изделии.

При плоскостной намотке подающее волокно устройство вращается

относительно продольной оси оправки под заданным углом наклона. После

каждого его оборота оправка перемещается вперед на расстояние,

соответствующее одной ширине полосы волокон. Полосы волокна

укладываются впритык одна за другой. Готовый слой состоит из двух

сложений, направленных в противоположные стороны относительно угла

намотки. Это однослойная полюсная намотка.

Звездообразная намотка используется для шарообразных оправок

(похоже на наматывание ниток на клубок).

И продольно-поперечная, и спиральная намотка могут осуществляться

сухим и мокрым способом.

Мокрая намотка – это способ, при котором пропитка связующим

происходит непосредственно в процессе намотки перед укладкой на оправку.

К достоинствам мокрой намотки относятся лучшее сцепление нитей, чем при

сухой, и низкая стоимость. Ее недостатки: длительность процесса; меньший

натяг нитей; неравномерное содержание смолы в слоях наполнителя;

значительные потери смолы при намотке; ограниченный ассортимент смол

по вязкости; загрязнение рабочего места и вредность процесса.

Сухая намотка – это намотка заранее приготовленным препрегом. Если

необходимо, перед намоткой препрег проходит через горячие валки либо

через нагревательную камеру для размягчения.

Сухая намотка более затратна, но обеспечивает лучшее качество изделия,

и чаще используется для изготовления ответственных деталей. Ее основные

достоинства – это возможность строгого контроля степени армирования

изделия и содержания смолы при намотке и отверждении, а также более

равномерное распределение основы по толщине стенки изделия.

Требования к технологичности изделий, изготавливаемых намоткой

При конструировании изделий следует избегать острых кромок и

острых углов, резких переходов от одной части детали к другой;

Следует упрощать поднутрения и выступы на внутренней поверхности

изделий, а по возможности их избегать, так как они усложняют

проектирование оснастки для намотки;

Для намотки следует использовать разборные оправки, которые

сложны в изготовлении, но их использование позволяет упростить

процесс намотки, а главное – демонтаж намотанных заготовок;

При проектировании изделий нужно стремиться избегать отверстий,

так как они ослабляют конструкции. При оформлении отверстий, если

это возможно по конструкции, отдавать предпочтение ромбической

форме. Геометрия ромба определяется углом намотки. При

оформлении круглых отверстий необходимо окантовывать их края

пропитанной стеклотканью;

Для увеличения прочности допускается применение фольги из

коррозионно-стойкой стали или титана. Толщина фольги должна быть

в пределах 0.02…0.05 мм. Слои фольги следует укладывать между

слоями препрега. На поверхности фольги перед выкладкой в пакет

заготовок наносится слой связующего.

К достоинствам изделий, получаемых намоткой, относятся:

Высокая прочность за счет требуемой ориентации армирующих

волокон в направлении главных нагрузок. Например, для труб

воздуховодов основа материала обычно располагается вдоль оси

оправки, а для цилиндрического корпуса ракетного двигателя, в

котором кольцевые напряжения в 2 раза превышают осевые, в

кольцевом направлении укладывают в 2 раза больше волокон, чем в

продольном. При этом предел прочности при растяжении в некоторых

случаях превышает 6 МПа (60 атм.);

Малая масса при большой прочности;

Высокая точность и стабильность размеров изделий, выполненных

намоткой (разность диаметров постоянных сечений может быть

обеспечена не более 0.20 мм, а отклонения по толщинам стенок ±0.3

мм).

Технологическое оборудование и оснастка для намотки

Наиболее широко распространены намоточные станки следующих типов

(см. рис. 4.9):

С возвратно-поступательным движением раскладчика (1);

С вращательным движением раскладчика (2);

С неподвижным раскладчиком и вращающейся оправкой (3).

И оправка, и раскладчик вращаются не в одной, а сразу в нескольких

плоскостях. Для поперечно-продольной намотки – в двух. Для спиральной

намотки используются пятикоординатные станки, сочетающие вращение с

возвратно-поступательным движением (т.е. смещением раскладчика вдоль

оси оправки).

Рис. 4.9. Схемы разновидностей станков для намотки

При намотке непрерывному контролю подлежат следующие параметры:

Температура и влажность на участке;

Угол намотки;

Шаг намотки (расстояние между витками), зазоры и нахлесты

препрега;

Скорость намотки и натяжение препрега;

Отсутствие брака препрега (жгутования, обрывов, посторонних

включений и т.п.).

Оправки для намотки.

По форме различают оправки конические, сферические, цилиндрические,

параболические, гиперболические, торовые (кольцевые), коробчатые

(прямоугольной формы) и др.

По конструктивным особенностям оправки подразделяются на:

Неразборные – выполненные из цельной заготовки. Демонтаж оправки из

готового изделия производится специальными распрессовочными

устройствами.

Разборные неразрушаемые – металлические, рентабельны при получении

более 25 деталей.

Разборные разрушаемые – для разовой намотки детали. Демонтаж

оправок происходит после разрушения самой оправки. Чаще всего

изготавливаются из гипса. Существуют также оправки из воска (который

выплавляют по завершении намотки) и растворимые оправки из сплавов

солей.

Общим достоинством разборных оправок по сравнению с неразборными

является облегчение их демонтажа, недостатком - трудоемкость

изготовления.

Резиновые пневмооправки – резиновые оболочки, обычно диаметром не

более 500 мм, надутые воздухом. После намотки при отверждении в такой

оправке можно повысить давление. Для демонтажа из оправки достаточно

выпустить воздух и извлечь резиновую оболочку через горловину изделия.

В ряде случаев материалом оправки может служить содержимое будущей

оболочки. Например, на твердотопливные ракетные заряды наматывается

стеклопластиковый корпус.

Для крупногабаритных изделий наиболее распространены разборные

металлические оправки. К их достоинствам относятся:

Относительно небольшая трудоемкость сборки оправки,

подготовки к намотке изделий, демонтажа после полимеризации;

Простота обеспечения различных методов и видов намотки;

Температура плавления материала оправки (сталь) намного

больше температуры отверждения изделия (обычно не выше

250оС);

Малая трудоемкость создания в случае необходимости

вакуумного мешка и обеспечения надежности его работы.

Для намотки лонжеронов лопастей несущих и рулевых винтов используют

разборные и неразборные неразрушаемые стальные оправки. Например, для

лонжерона лопасти несущего винта вертолета Ми-28 используется оправка,

состоящая из трех частей (две половинки и клин). При демонтаже первым на

распрессовочном устройстве извлекается клин. Для намотки лонжерона

лопасти рулевого винта Ми-2, вследствие малых размеров внутренней

полости лонжерона, используется неразборная оправка.

По типу оси оправки подразделяются на 2 вида: с прямолинейной и

искривленной осью (см. рис. 4.10).

(а) (б)

Рис. 4.10. Оправки с прямолинейной (а) и искривленной (б) осью

Оправки с прямолинейной осью (цилиндрические, прямоугольные и др.)

используются для намотки носовых частей и створок гондол, лонжеронов

лопастей и стабилизаторов, корпусов ракетных двигателей, прямолинейных

воздухозаборных каналов и трубопроводов и т.д. Ось таких оправок

совпадает с осью вращения намоточного станка.

Оправки с искривленной осью применяются для намотки деталей крыльев

и закрылков некруглого профиля, агрегатов управления полетом, патрубков

воздуховодов, каналов и трубопроводов с искривленной осью и т.д. Такие

оправки дороже, сложнее по конструкции, требуют дополнительной оснастки

для сборки и разборки. При их использовании разрабатываются специальные

устройства для совмещения оси наматываемых изделий с осью намоточного

станка.

Типовой технологический процесс изготовления деталей из ПКМ

намоткой включает:

Подготовку оправки (может включать следующие

операции: сборка, нанесение и прожарка антиадгезионной

смазки, транспортировка к намоточному станку, установка на

станок, установка на оправку технологического набора,

пневмокамер, вакуумного мешка и т.п.).

Подготовку станка к работе (включение, прогрев, проверка

механизмов, установка или выбор программы, установка катушек

с препрегом на раскладчик, регулирование натяжения препрега

при намотке и т.п.).

Намотку необходимого числа слоев заготовки с установкой

дополнительных деталей (например, пакетов усиления) в

соответствии с чертежом.

Подпрессовку заготовки один или несколько раз после

определенных слоев намотки вакуумированием. Выполняется на

станке (вакуумный мешок + насос) или в автоклаве. Обычно

выполняется при толщине стенки детали более 1 мм для лучшего

удаления «летучих» и уплотнения заготовки, т.е. уменьшения ее

диаметра, лучшего сцепления слоев намотки друг с другом,

отжатия излишков связующего.

Подготовку к формованию (в зависимости от метода формования

может включать: установку сулаг, технологического набора,

монтаж вакуумного мешка, снятие оправки с намоткой со станка,

транспортировку и установку в автоклав, термошкаф, пресс-

форму и т.п.).

Формование по одному из методов (холодное отверждение,

вакуумный, вакуум-автоклавный, пресс-форменный и др.) по

заданному режиму. Если отверждение ведется при нагреве и под

давлением, с обязательной записью режима температуры и

давления на диаграммы.

Демонтаж заготовки.

Механическую обработку (зачистку облоя, обрезку припусков).

Контроль изготовленной детали на соответствие требованиям

чертежа и технических условий.

4.4. Типовые технологические процессы производства деталей

вертолетов из полимерных композиционных материалов

На основе рассмотренных выше процессов изготовления препрегов,

намотки, формования ниже будут представлены перечень и содержание

операций типового технологического процесса производства деталей

авиационных конструкций из полимерных композиционных материалов. В

технологический процесс формования деталей и узлов вертолета из препрега

входят следующие типовые технологические операции:

1. Подготовка оснастки, т.е. очистка, обезжиривание, обработка

антиадгезионной смазкой.

2. Входной контроль исходных материалов на соответствие

технологическим условиям.

3. Раскрой и выкладка заготовок препрега в соответствии с

чертежом или схемой выкладки.

4. Подготовка сборки к формованию.

5. Формование (т.е. отверждение) при заданных температуре,

давлении, вакууме и выдержке с записью режима формования на

диаграмму.

6. Распрессовка, зачистка изготовленной детали от заусениц и

потеков связующего, обрезка припусков.

7. Контроль.

8. Оформление технологического паспорта.

9. Передача детали с техпаспортом на склад или на дальнейшие

операции (механическую обработку, сборку, склейку, грунтовку,

окраску и др.).

Рассмотрим каждую из операций подробнее.

Подготовка оснастки.

1. В качестве оснастки используются: пресс-формы (для формования

лонжеронов ЛНВ), оправки (для изготовления нагревательных накладок,

рамы проема двери кабины летчика, части нервюр), матрицы

(лонжероны лопастей рулевых винтов, часть нервюр), формующие

плиты (обшивки хвостовых отсеков).

2. Формующие поверхности оснастки выполняются по внешнему

(пресс-форма, матрица) или внутреннему (оправка) теоретическому

контуру формуемой детали. Оснастка должна обеспечивать высокую

точность формируемого контура, гладкость поверхности изделия, а

также возможность удобной выкладки пакета заготовок и в случае

вакуум-автоклавного формования – возможность монтажа вакуумного

мешка.

3. Большая часть оснастки выполняется из различных марок стали.

Стальная оснастка используется для работы при высоких давлениях и

температурах; долго сохраняет точность контура, не повреждается при

чистке, обеспечивая высокое качество формуемых поверхностей.

Однако ее изготовление трудоемко и дорогостояще, поэтому стальную

и, вообще, металлическую оснастку экономически рационально

использовать при большой серийности производства.

4. Для формования стеклопластиков наилучшие результаты могут

быть получены с применением титановой оснастки, коэффициент

линейного расширения которой близок к коэффициенту расширения

стеклопластиков, но из-за высокой стоимости титана только иногда

используется для изготовления сулаг. Для штучных изделий, особенно

из препрегов холодного отверждения, формующихся при малых

давлениях, используют оснастку из дерева, гипса, цемента,

дюралюминия и других материалов, в ряде случаев даже из

стеклопластиков. Деревянная оснастка дешевле, но ее геометрическая

точность зависит от влажности в производственном помещении.

Гипсовая оснастка может применяться при единичном производстве

деталей с сложными криволинейными поверхностями.

5. Оснастка для деталей из материалов, отверждающихся при нагреве,

может быть снабжена электронагревателями или подвергаться нагреву в

термошкафу, автоклаве.

6. Для чистки оснастки от загрязнений, остатков связующего с

предыдущего формования и т.д. применяют специнструменты. По

форме это ножи типа сапожных и различные скребки. Во избежание

повреждения поверхности оснастки скребки изготавливают из мягкого

металла или специальных твердых пластиков (гетинакс, текстолит).

После удаления остатков связующего скребками оснастку протирают

хлопчатобумажной салфеткой, удаляя продукты зачистки.

7. Для окончательной очистки формующие поверхности

металлической оснастки обезжиривают 1 раз бензином и 2 раза

ацетоном с помощью ватно-марлевого тампона. Ацетон помогает

удалить следы бензина на поверхностях. Открытая выдержка после

бензина составляет 10-15 мин, и 5-10 мин после каждой протирки

ацетоном.

8. Независимо от материала оснастки, ее формующие поверхности

обязательно покрывают антиадгезионной смазкой.

Нанесение антиадгезионных смазок

Антиадгезионная смазка - разделительный слой, предотвращающий

склеивание изделия с оснасткой и облегчающий снятие готового изделия с

оснастки.

Деревянные и гипсовые формы обычно покрывают раствором ацетата

целлюлозы.

Для металлической оснастки, подвергающейся нагреву, чаще всего

применяются кремнийорганические смазки. Они образуют после

термообработки твердую пленку-покрытие, обеспечивающую многократный

съем стеклопластиковых изделий. Кремнийорганическую смазку К-21

наносят в 2 слоя в перпендикулярных направлениях и отверждают 3 часа при

температуре 250±10°С.

Для получения пластиков холодного отверждения применяют раствор

поливинилового спирта с добавлением глицерина. Его наносят в 2 слоя.

После первого слоя дают открытую выдержку 30 мин, после второго - 1.5…2

часа или подсушивают в термошкафу 20…30 мин при температуре 40…50оС.

Плоские поверхности могут быть изолированы пленкой из целлофана,

полиэтилена, фторопласта.

Входной контроль исходных материалов

Выполняется в аналитической лаборатории при запуске в производство

или покупке материалов. Перед работой на участке по прилагаемым к

материалу бирке или паспорту проверяется соответствие параметров

материала требованиям технологического процесса. Например, для препрега

это содержание связующего, «летучих», растворимой смолы и

жизнеспособность, т.е. период времени до конца срока хранения.

Раскрой и выкладка заготовок

1. Все работы с препрегами необходимо проводить в производственных

помещениях, требования к которым сформулированы в разделе 1.4.

2. Раскрой препрега на заготовки производится по шаблонам раскроя или

по предварительной разметке материала.

3. Раскрой может производиться с помощью ролика с острым режущим

краем (вручную или автоматически), гильотины, вырубки штампом,

ножниц и специнструмента в виде ножа.

4. Как правило, заготовки раскраиваются с технологическими

припусками, которые после формования вырезают из готовой детали

для определения качества пластика.

5. Если препрег снабжен с одной или двух сторон разделительной

полиэтиленовой пленкой, ее перед выкладкой необходимо удалить.

6. Ручная или механизированная выкладка заготовок на оправку, в

матрицу или пресс-форму производится путем послойного набора

пакета из заранее раскроенных заготовок в соответствии с чертежом

или схемой укладки.

При необходимости каждая заготовка прикатывается подогретым роликом

или утюгом для увеличения сцепления между слоями, уплотнения слоев и

удаления воздушных прослоек (например, нагревательная накладка лопасти

несущего винта вертолета Ми-28).

При формовании деталей толщиной более 2 мм на оправке для

уплотнения слоев и удаления части «летучих» в ряде случаев применяется

предварительное вакуумирование собранного пакета. Операция

производится для исключения образования дефектов типа пустот на

наружной поверхности и внутри пластика.

Подготовка сборки к формованию включает операции по установке

технологических вкладышей, технологического набора, т.е. сулаг, дренажа и

т.п.

Формование

Формование проводится одним из рассмотренных в предыдущем разделе

методов по определенному режиму. Режим – это параметры

технологического процесса (температура, давление, вакуум, время), при

которых препрег переходит в твердое состояние. В каждом отдельном случае

режимы формования разрабатываются и утверждаются отраслевым НИИ в

результате специального исследования.

Режимы давления и температуры фиксируются на диаграммах и

прикладываются к технологическому паспорту детали.

Выбор температуры и давления при формовании зависит от следующих

факторов:

1. Химическая и термокинетическая природа используемых

материалов.

2. Толщина стенок формуемой детали (увеличение толщины стенок

требует большего давления).

3. Выбор метода формования и используемого оборудования

зависит от требований к точности геометрии формуемой детали. Так, для

формования одной и той же детали могут использоваться

конкурирующие методы формования: в автоклаве и в пресс-форме. При

формовании в автоклаве и обеспечении контура за счет сулаг могут быть

созданы большие давления, но точность формуемой геометрии лучше

обеспечивается в пресс-форме).

4. Требуемые физико-механические показатели. Например, для

получения рамы двери вертолета (ненагруженная деталь) достаточно

метода контактного формования и небольшого формующего давления.

Для ответственных деталей, подвергающихся нагрузкам, лучше

использовать формование в автоклаве при высоком давлении,

обеспечивающем более плотный и однородный пластик.

5. При возможности выбора из нескольких режимов необходимо

учитывать тот факт, что изменение температурного режима приводит к

существенному изменению механических свойств пластика. Например,

имеется возможность формовать препрег 1 час при 65оС или 24 часа при

температуре производственного помещения. Если формуемая деталь не

является ответственной, то любой из режимов может использоваться,

исходя из требований производственной целесообразности. При этом

надо иметь в виду, что полученные в результате применения каждого из

методов механические свойства материала будут значительно

отличаться.

Распрессовка, зачистка изготовленной детали, обрезка припусков

включает операции по раскрытию оснастки, демонтажу вакуумного мешка,

дренажа, сулаг и самой детали, зачистке кромок от заусениц, облоя и

потеков связующего, обрезке припусков и т.д.

Контроль

Контроль отформованного изделия включает следующие операции:

- визуальное выявление раковин, отслоений, инородных включений,

несоответствия цвета пластика эталонному;

- измерение шаблонами, калибрами, толщиномерами геометрических

размеров изделия;

- проверка сплошности материала детали неразрушающими методами –

приборами и простукиванием текстолитовым молоточком;

- взвешивание;

- проверка качества пластика на плотность, пористость, содержание

компонентов, степень полимеризации смолы, прочностных показателей (в

т.ч. на изгиб, растяжение и др.) на соответствие требованиям технических

условий;

- специфические для лопастного производства контрольные операции,

описанные в разделе 1.6, а также, при необходимости, испытания,

регламентированные международными стандартами [VIII].

4.5. Технология производства полимерсотопластов

Сотовые конструкции представляют собой сочетание обшивок и сотового

заполнителя (сотоблока), расположенного между ними.

Чаще всего это трехслойные панели из сотов7 и двух обшивок. Их еще

называют сэндвичевыми конструкциями. Могут включать дополнительные

детали: пластины, нервюры, вкладыши, окантовки и т.п.

Соединение сотов с обшивками производится на пленочных клеях в

автоклаве или специальных установках с нагревателями (например,

установка склейки хвостовых отсеков) по задаваемому режиму (температура,

давление, вакуум). Если панель имеет сложную форму, для обеспечения этой

формы соты подвергаются механической обработке. Для этого используются

фрезерование, шлифовальные станки и барабаны, срезание раскаленной

струной и т.п. Механическая обработка заготовок сотовых блоков может

производиться в разном их состоянии: в сжатом или растянутом виде.

7 Правила русского языка признают нормативным обе формы родительного падежа слова «соты»: выражения «сот» и

«сотов» равноправны.

Таблица 4.1

Материалы, используемые в сотовых конструкциях [1, 8]

Материал сотового блока Материал обшивок

Бумага (например, полиамидная

бумага) Фанера, алюминиевые сплавы,

стеклопластики, органопластики. Хлопчатобумажная ткань

(напрмер, бязь)

Стеклоткань Стеклопластики, алюминиевые

сплавы.

Фольга из алюминиевых сплавов Алюминиевые, титановые сплавы,

стеклопластики.

Нержавеющая сталь Нержавеющая сталь, титановые

сплавы. Титановые сплавы

Для сотовых заполнителей исходный материал (бумага, ткань) для

увеличения жесткости пропитывается смолами (связующими). В

конструкции лопастей вертолетов используются также соты из алюминиевой

фольги и из полимерной бумаги (марок «Фенилон» и «Νomex»). Соты из

«Νomex» активно применяются фирмой «Боинг» (США).

Алюминиевые соты активно использовались в авиационной

промышленности до внедрения полимерных. Неметаллические соты не

подвержены коррозии, легче и немного дешевле, чем металлические, но для

предотвращения разбухания требуют тщательной защиты от попадания влаги

(герметизация торцев и т.п.). Заделка торцев по периметру выполняется

пропитанной стеклотканью, самовулканизирующимися пастами,

герметиками. Соты из нержавеющей стали и титановой фольги

предназначены для работы в условиях высоких температур. Например, из

титановых сотов изготавливают тепловые оболочки космических кораблей.

Сотовый заполнитель изготавливается в виде гофр различного сечения

или сотов с ячейками различной формы: шестигранной, ромбической,

квадратной и др. Наиболее высокую устойчивость конструкции

обеспечивают соты с шестигранными ячейками. Они просты в изготовлении.

Так, сотовый блок с шестигранной ячейкой может быть изготовлен путем

регулярного нанесения клеевых полос на листы бумаги и их послойной

укладки. После высыхания клеевых слоев соты растягиваются, и белые

прямоугольники на рис. 4.11, превращаются в шестигранники, как это

представлено на рис. 4.12.

Рис. 4.11. Схема нанесения клеевых полос при изготовлении сотового пакета

Рис. 4.12. Сотовый пакет

Для шестигранных сот на основе бумаги сторона ячейки a (ширина

клеевой полосы на рис. 4.11) связана диаметром D вписанной в

шестиугольник окружности простым соотношением aD 3 . Жесткость

сотовой панели на сжатие зависит от толщины листового материала ,

размера ячейки a , высоты сотового блока h, но, главным образом, от схемы

соединения сотового блока с обшивками и другими подкрепляющими

элементами (нервюры, стрингеры и т.п.).

К числу достоинств, обусловивших применение сотовых конструкций в

авиации, относятся:

Высокая жесткость и прочность.

Легкий вес.

Простота изготовления.

Возможность изготовления деталей сложной формы.

Ремонтопригодность.

Пожаробезопасность (для неметаллических сотов обеспечивается

специальными добавками при пропитке).

Обеспечивают шумопоглощение за счет демпфирования звуковых

колебаний объемами воздуха, находящихся в полости сот.

В авиационных конструкциях сотовые панели используются

преимущественно в хвостовых отсеках несущих и рулевых винтов,

стабилизаторов, в конструкциях фюзеляжа (плоские или контурные панели

интерьера в салоне и кабине, облицовка фюзеляжа хвостовой балки,

перегородки, двери и т.п.), в гондолах двигателей для снижения уровня шума

(см. рис. 4.13).

В конструкциях вертолетов семейства Ми используются сотопласты с

шестигранной ячейкой следующих типов:

6 мм – соты из алюминиевой фольги для хвостовых отсеков лопастей

несущего винта;

5 мм – соты из алюминиевой фольги для хвостовых отсеков лопастей

рулевых винтов;

4.2 мм – соты из полимерной бумаги для хвостовых отсеков лопастей

несущих, рулевых винтов и стабилизаторов;

2.5 мм – соты из полимерной бумаги для различных панелей (панели

облицовки фюзеляжа, хвостовой балки и т.п.).

Технология производства полимерных сотовых панельных

конструкций так называемым рулонным способом включает следующие

основные этапы.

(а)

(б)

Рис. 4.13. Общий вид вертолета Aerospatiale SA-360C Dauphin (а) и схема

использования в его конструкции, металлов, армированных пластиков и

трехслойных панелей (б)

1. Получение препрега - пропитка рулона бумаги аппретом и связующим.

2. Изготовление полимерсотопакета:

нанесение клеевых полос;

разрез рулона на листы;

сборка сотопакета со смещением клеевых полос соседних листов на

полшага;

термостатирование;

обрезка припусков;

приклейка фанеры или элементов растяжки (гофр из ткани СВМ).

3. Изготовление полимерсотопласта:

разметка, разрезка сотопакета, вырубка и механическая обработка

заготовок. Заготовки сотовых блоков хвостовых отсеков из-за формы

называют «рыбками»;

растяжка и термостатирование заготовок.

4. Изготовление сотовой конструкции (раскрой полимерсотопласта,

склеивание с обшивками и др.).

На первом этапе получения препрега пропитку бумаги осуществляют

аналогично пропитке стеклоткани. Ширина рулона бумаги составляет 450

мм. На препрег с помощью специализированной установки через равные

промежутки наносят полосы клеем ВК-25. Для сотов со стороной ячейки 4.2

мм ширина клеевой полосы составляет 4.0±0.5 мм. Затем препрег проходит

три зоны сушки клеевых полос: при 40±10°С; 60±10°С; 70+20

/-10°С.

Протяжка препрега при нанесении и сушке клеевых полос происходит со

скоростью около 3 м/мин. После этого рулон автоматически разрезается на

заготовки длиной 920 мм.

Заготовки укладывают на сборочную плиту, базируя на иглы,

расположенные на плите в местах припуска будущего сотопакета. Каждая

заготовка укладывается со смещением клеевых полос на полшага

относительно предыдущего, так что полосы одного листа получаются между

полосами предыдущего. Число листов зависит от желаемой длины сотоблока

с учетом припусков. Затем сверху укладывают вторую плиту. Между

заготовками и каждой из плит также прокладывается технабор из листа

препрега, полиэтиленовой пленки и двух листов резины. Технабор служит

для защиты плит от клея, равномерной передачи давления и исключения

повреждений пакета заготовок.

Сборка помещается в вакуумный мешок и загружается в камеру установки

СВЧ-нагрева, где проводится предварительная склейка сотопакетов под

вакуумом в течение примерно 8 минут.

После охлаждения сотопакет извлекается из вакуумного мешка. На

технологическом припуске сотопакета сверлят отверстия 5 мм. За эти

отверстия сотопакеты подвешивают на крючки подставки для

термостатирования. Подставку с сотопакетами помещают в термошкаф и

проводят окончательную склейку в течение примерно получаса при 190оС.

Готовые сотопакеты обрезают, взвешивают, измеряют высотуh и ширину

s, определяют объемную массу будущего (растянутого) полимерсотопласта

(требуется 25±5 кг/м3). С двух сторон сотопакета приклеивают на клее ВК-9

гофры для растяжки из технической ткани СВМ или фанеры для облегчения

последующей механической обработки. Срок хранения сотопакетов

составляет 1 год.

Изготовление полимерсотопласта включает операции.

Разметка сотопакета размечаем по шаблону; разрезка ленточной пилой на

части, из которых с помощью вырубного штампа по разметке вырубается

заготовка.

После вырубки заготовка подвергается механической обработке на

фрезерном станке для формирования контура и на шлифовальном станке для

удаления махры.

Заготовку растягивают на приспособлении для растяжки, одевают на

рамку с расположенными по периметру зубцами и с рамкой термостатируют

в термошкафу 5 часов при температуре около 190°С. Термостатирование

может также выполняться ускоренно с использованием так называемого

термогена - шланг-пистолета с нагретым воздухом, направляемым на

заготовку.

Термостатированная заготовка сохраняет форму ячеек и называется

сотоблоком. После охлаждения сотоблок снимают с рамки и контролируют

цвет, форму ячеек, размер по хорде. Важно учесть, что при растяжке и

термостатировании размер сотоблока по хорде уменьшается на 1/3, поэтому

размер заготовки составляет 4/3 от размера готового сотблока.

Испытания готовых сотов на сжатие, разрушение и сдвиг проводятся по

специальной методике на образцах-«грибках», представляющих собой

вырезанный из сотов кружок, склеенный торцами сотов с двумя

металлическими кружками на клее ВК-9.

Изготовление сотовой конструкции.

Сотовые конструкции изготавливают склеиванием в специальных

установках (например, установка склеивания хвостового отсека лопасти,

представленная на рис. 2.22), вакуум-автоклавным методом или между

контурными плитами в вакуумном мешке в термошкафу (панели дверей,

перегородок и др.).

Обычно в конструкции хотя бы одна сторона плоская или почти плоская, а

вторая может быть контурной. К плоской стороне сотоблока приклеивается

на пленочном клее одна из обшивок. Это называется склейкой по первому

переходу. При этом на контурной стороне сотоблока заранее оставлен

припуск на мехобработку. Затем деталь укладывается обшивкой вниз на

ложемент вакуумного станка, присасывается вакуумом к ложементу, чтобы

соты не «гуляли», а сохраняли жесткость. Вращающийся шлифбарабан,

обклеенный наждачной шкуркой, по копирам или программе в несколько

проходов формирует заданный контур сотового блока. Деталь снимают с

ложемента, удаляют пыль от шлифования, проверяют качество шлифования

и контур шаблонами. Далее производится склейка по второму переходу – со

второй обшивкой. Одновременно с обшивками, в зависимости от

конструкции отсека приклеиваются и другие детали – нервюры, пластины,

вкладыши и т.д. Так изготавливают, например, хвостовые отсеки лопастей

несущих винтов и стабилизатора вертолетов.

Для ряда деталей (например, хвостовые отсеки рулевых винтов вертолета,

некоторые панели) заготовка сотоблока до растяжки изготавливается с

точным контуром, без припусков, и склеивание с обеими обшивками и

иными входящими деталями производится в один переход, т.е.

одновременно.

Возможно использование других вариантов технологии. Например,

смолой пропитывается не бумага в рулоне, а уже готовые растянутые соты.

Или сразу растягивают сотопакеты без предварительной вырубки заготовок,

а потом из них вырезают детали требуемой формы.

Известны конструкции сотовых панелей из стеклоткани Т-10. Они

прозрачные, прочнее алюминиевых, разрыв происходит по клею, а не по

ткани. Заготовка мягкая, механическая обработка сотов производится уже

после растяжки и термостатирования.

4.6. Особенности технологии механической обработки изделий из

полимерных композиционных материалов

При изготовлении изделий из композиционных материалов применяют

практически все известные виды механической обработки: точение,

сверление, развертывание, фрезерование, обрезка, распиливание,

шлифование, вырубка штампами, нарезание резьбы и др.

При выборе режущих инструментов и оптимальных режимов обработки

следует учитывать особенности армированных высокопрочными волокнами

композиционных материалов, определяющие специфику их механической

обработки [16, 17, 23]:

Значительное абразивное действие волокнистых

наполнителей на режущий инструмент, приводящее к

интенсивному износу инструмента.

Малая пластичность композиционных материалов,

приводящая к образованию пыли и стружки при резании.

Токсичность и вредность пыли и стружки, вызывающие

необходимость их эффективного удаления из зоны обработки и

применения защитных средств для рабочих (респираторы и др.).

Малая теплопроводность композиционных материалов,

вызывающая интенсивный разогрев инструмента.

Приблизительно 90% тепла направляется на инструмент, 5% на

деталь и 5% потери в окружающую среду.

Нежелательность применения смазочно-охлаждающих

жидкостей при резании вследствие снижения прочностных и

электрических свойств композиционных материалов при

смачивании. Ограниченно допускается охлаждение 5%-ным

водным раствором соды.

Сравнительно малая межслоевая прочность слоистых

композиционных материалов, что может привести к их

расслаиванию под действием сил резания. Например, при

обрезании припусков стеклопластиковых лонжеронов расслоения

могут составлять до 5 мм от края.

Значительная податливость материала, которая вызывает

«усадку» отверстий при их обработке, а также большие силы

трения на задних поверхностях инструмента.

Повышенные высотные параметры шероховатости

обработанной поверхности.

Таким образом, композиционные материалы могут подвергаться всем

видам механической обработки на обычном металлорежущем оборудовании,

однако во избежание быстрого износа инструмента в серийном производстве

необходимо оснащение износостойкими металлокерамическими

твердосплавными или алмазно-абразивными инструментами.

Органопластики обладают меньшей твердостью по сравнению со стекло-

и углепластиками. Они не вызывают интенсивного абразивного износа

режущего инструмента. Однако их обработка резанием затруднена, так как

приводит к разлохмачиванию обработанной поверхности. Если при

обработке стекло- и углепластиков схема армирования материала мало

влияет на качество обрабатываемой поверхности, то при точении

органопластиков она играет существенную роль.

В качестве режущих инструментов для механической обработки

полимерных композиционных материалов используются алмазные круги,

дисковые пилы, абразивные и алмазные круги, сверла твердосплавные, фрезы

из быстрорежущих сталей, а также с твердосплавными пластинами типа ВК8,

ВК6, зенкера, развертки, резцы и др.

Точение применяется для обработки сопрягаемых поверхностей оболочек,

конических участков, для проточки шеек под нарезание резьбы, а также для

подрезания торцев заготовок и канавок. Предъявляемые требования к

точности токарной операции 9÷11 квалитеты, к шероховатости поверхности

Rz 20÷80 мкм.

Сверление применяется, в основном, для обработки отверстий под

крепежные элементы. Основные требования к отверстиям: точность в

пределах 10÷13 квалитетов, параметр шероховатости поверхности Rz 10÷40

мкм. Для получения более высокого качества поверхности применяется

развертывание. Из-за повышенного износа при обработке стеклопластиков

приходится часто прибегать к перетачиванию сверл. Не рекомендуется

сверление отверстий параллельно слоям из-за расслаивания материала. Для

повышения точности и уменьшения шероховатости после сверления

применяют зенкерование. Для особо твердых композитов, таких как

боропластики, разработаны ультразвуковые сверлильные станки с

алмазными сверлами.

Фрезерование применяют для прорезки пазов, вырезки окон, лючков, для

получения различных профилей, канавок, уступов. Требования к точности

фрезерования 10÷13 квалитет, к шероховатости поверхности Rz не менее 20

мкм. Часто при формовании изделия устанавливают дополнительные

жертвенные слои, которые сфрезеровываются.

Основные требования к фрезерованию полимерных композитов:

Диаметр фрез может быть увеличен по сравнению с обработкой

аналогичных конструктивных элементов в металлах, так как

силы резания при фрезеровании полимерных композитов

значительно меньше.

Возможно применение больших минутных подач и подач на зуб.

Объем пространства для размещения стружки должен быть

увеличен по сравнению с фрезерованием металлов, что

объясняется особенностями стружкообразования.

Конструкция фрез должна допускать возможность несложной

заточки и частой переточки увеличенных главных задних углов,

углов наклона режущих кромок, передних углов и

вспомогательных углов в плане.

Шлифование при обработке композиционных материалов применяют как

отделочную операцию, главной целью которой является обеспечение

качества поверхности. Основное требование к этой операции - обеспечить

параметр шероховатости поверхности Rz не более 2.5 мкм. При шлифовании

полимерсотоблоков появляются дополнительные особенности.

Нарезание резьбы производится метчиками, абразивными и алмазными

кругами, очень редко - резцом. Основные требования к резьбе - отсутствие

расслоений материала, разлохмачивания армирующих волокон. Поскольку

большинство пластиков склонны к выкрашиванию и расслаиванию, чаще в

отверстие запрессовывается металлическая втулка, в которой нарезается

резьба.

Резание композиционных материалов необходимо производить с учетом

анизотропии свойств материалов и схемы укладки армирующих волокон. Во

избежание расслоений, трещин и выкрашивания материала с обрабатываемой

поверхности, разлохмачивания волокон8 рекомендуется применять остро

заточенный инструмент с высокой твердостью и износостойкостью9.

Применяются также методы резания струей воды под давлением, лазерная

резка и др.

Механическая обработка неотвержденных препрегов выполняется, в

основном раскроем ножницами, специальными ножами или роликами,

вырубкой штампами, лазером, для органопластиков - иногда струей воды.

Литература для углубленного изучения

Крысин В.Н., Крысин М.В. Технологические процессы формования,

намотки и склеивания конструкций. М.; Машиностроение, 1989, 235 с.

Технология конструкционных материалов (Под ред. А.М. Дальского). М.;

Машиностроение, 2005, 592 с.

8 При появлении перечисленных дефектов место резания дополнительно зачищают шкуркой.

9 Поскольку алмаз обладает повышенной хрупкостью, применение алмазных резцов рекомендуется только при чистовой

обработке.

Технология и оборудование для производства лопастей вертолетов из

полимерных композиционных материалов. Сб. статей Казанского филиала

НИАТ, 1984, 95 с.

Берсудский В.Е., Крысин В.Н., Лесных С.И. Производство сотовых

конструкций. М.; Машиностроение, 1966, 284 с.

Степанов А.А. Обработка резанием высокопрочных композиционных

полимерных материалов. Л.; Машиностроение, 1987, 176 с.

Осиновский Э.И., Суворов В.Д. Механическая обработка и отделка

изделий из пластмасс. Л.; Химия, 1976, 94 с.

Мордвин А.П., Ершов Е.М., Давыденко В.И. Механическая обработка

стеклопластиков, получаемых методом намотки. Л.; ЛДНТП, 1966, 39 с.

5. Типовые технологии склеивания, герметизации и лакокрасочных

покрытий деталей и узлов из полимерных композиционных материалов

5.1. Основные свойства, классификация, характеристика клеев

авиационного применения

В авиационных конструкциях наиболее широко применяются клеевые

(адгезионные) виды соединений композиционных материалов, которые

обеспечивают монолитное неразъемное соединение с равномерным

распределением нагрузки по всему шву. Такие соединения выполняются с

использованием клеев – композиций на основе веществ, способных

соединять (т.е. склеивать) материалы. Действие клея основано на

образовании между компонентами клея и склеиваемыми материалами

адгезионной связи. Прочность клеевого соединения зависит от прочности

соединения клея с поверхностями (свойства, называемого адгезией), и

прочности самого клея, характеризуемого термином когезия.

Основным компонентом клея, обеспечивающим его свойства, является

связующее. Например, в эпоксидных клеях это эпоксидная смола. В

технологии склеивания поверхность, на которую наносится клей, называется

субстратом.

Существуют различные модели и теории адгезии, описывающие явления

на границе «клей-субстрат» (и, собственно, эффект склеивания)

взаимодействием за счет межмолекулярных сил диполей, взаимодействием за

счет электрических сил двойного электрического слоя на границе раздела

фаз, взаимодействием за счет химических реакций (например, обрезинивание

медных сплавов серосодержащими клеями). Независимо от того, какими

адгезионными и когезионными механизмами формируется клеевое

соединение, адгезионные и когезионные силы сцепления должны быть

примерно равными.

Опытным путем установлено, что для получения прочного клеевого

соединения необходимо хорошее смачивание поверхности клеем - клей

должен быстро заполнять микронеровности поверхности. На качество

клеевого соединения влияют также степень шероховатости поверхности,

наличие или отсутствие загрязнений, вязкость клея.

Клеи могут применяться:

Для склеивания;

В качестве подслоя для подготовки поверхности материалов со

слабой адгезией к клею для склеивания. Например, клей ВК-25

может использоваться для склейки листов бумаги при

изготовлении полимерсотопакетов, а может наноситься в

качестве подслоя на металлические детали при склейке их со

стеклопластиками на клеевой пленке ВК-50.

В качестве защитного грунта-подслоя. Например, клей ВК-32-

200В обеспечивает защиту стальных лонжеронов от коррозии и

одновременно является подслоем для клея ВК-3. Клей 23СА

используется для защиты от радиации и озонового старения.

Клеи обеспечивают:

долговечное, монолитное, неразъемное, герметичное соединение;

возможность соединения однородных и разнородных

материалов;

равномерное распределение нагрузки по всему шву (в отличие от

механических соединений);

хорошие прочностные, демпфирующие и звукопоглощающие

свойства. Хорошая вибропрочность и стойкость к

распространению трещин, хороший внешний вид;

в отличие от сварки, основанной на расплавлении материалов,

сохраняется граница раздела между соединяемыми материалами

и клеем.

На прочность клеевых соединений влияют:

Свойства склеиваемого материала (структура, смачиваемость,

состояние поверхности и др.).

Свойства клея (структура, полярность, смачивающая

способность, текучесть, пластичность, стойкость к

термовлажностному и термическому старению и др.).

Форма соединяемых деталей и площадь контакта.

Способ нанесения клея, толщина клеевого шва, соблюдение

температурно-влажностных показателей на производственном

участке.

Режим склеивания (включая время выдержки клея до

нанесения и открытую выдержку после нанесения для

ограниченно жизнеспособных клеев).

Условия эксплуатации, вид, направление и длительность

действия, нагрузок.

На выбор клея влияют конструктивные, технологические и экономические

соображения такие как:

1. Высокая адгезия к различным материалам.

2. Клей не должен вызывать коррозию субстрата (разрушение,

набухание, ржавление, изменение поверхности за счет

химических реакций и т.п.).

3. Необходимые прочностные характеристики соединений.

Усилия при 20оС должны быть:

- на сдвиг – не менее 150÷300 кг/см2;

- на неравномерный отрыв – не менее 40÷70 кг/см2;

- выносливость знакопеременных нагрузок – должен выдержать 106 циклов

при нагрузках 40…70 кг/см2;

- длительная прочность – должна быть более 200ч. при нагрузках80…120

кг/см2.

4. Стойкость в разных средах (в воздухе, масле, керосине,

пресной и морской воде).

5. Устойчивость к воздействию микроорганизмов

(грибостойкость).

6. Устойчивость к различным климатическим условиям (север,

тропики, морской и умеренный климат) – должно

выдерживать испытания в течение трех лет.

7. Должен долговременно выдерживать температуру, в которой

будет эксплуатироваться. Большинство клеев имеют рабочую

температуру от (-70) до (+250)оС. Для специального

назначения существуют морозостойкие и жаропрочные клеи.

8. Теплофизические свойства – достаточные теплопроводность,

коэффициент линейного расширения, коэффициент

термического удлинения и т.п.

9. Специфические требования – например, электроизоляционные

свойства, устойчивость к радиации и т.п.

10. Стоимость клея, расход клея, трудоемкость работы с клеем.

11. Малая токсичность (безопасность) клея.

Разработчиком большинства клеев авиационного применения является

Всероссийский институт авиационных материалов - ВИАМ. Вместе с

формулой клея он разрабатывает также паспорт клея, государственный или

отраслевой стандарт, технические условия, технологические рекомендации,

на основе которых технологическая служба авиационного предприятия -

потребителя данной марки клея, разрабатывает производственную

инструкцию. Учитывая широкую распространенность клеевых соединений в

лопастном производстве, их важность с точки зрения выполнения

служебного назначения изделия, его надежности, в клееприготовительных

мастерских производства ведется журнал приготовления клеев, куда

записывается марка клея, дата и время приготовления, количество, время и

место выдачи на участок, журналы входного и периодического контроля

клеев в лаборатории, журналы получения клеев на участках склейки и т.п. На

производственный участок клей выдается с сопроводительной биркой, на

которой указывается наименование клея, дата и время изготовления,

жизнеспособность, вязкость, количество (например, 0.05 кг), подписи

клееприготовителя, мастера, контролера. Все записи в журналах, бирках и

технологических паспортах заверяются необходимыми подписями и

хранятся в архивах предприятия десятки лет (на весь период эксплуатации

изготовленного изделия или узла).

Применяемые в лопастном производстве клеи классифицируются [10-12,

18, 29]:

1. По числу компонентов:

- монокомпонентные (однокомпонентные);

- многокомпонентные. При смешивании важно получить гомогенное

(однородное) распределение компонентов с учетом их полярности и

взаиморастворяемости. Этому помогает введение в состав клея

гомогенизирующих агентов и использование автоматических смесителей.

2. По происхождению связующего:

- природные (из мясного белка коллагена, белка казеина из створоженного

молока, камеди, крахмала и т.п.). Например, казеиновый клей, столярный

клей. Природные клеи обладают невысокой устойчивостью к действию воды

и микроорганизмов;

- искусственные – модификация природных. Это клеи, в которых основной

компонент является слегка модифицированным компонентом природного.

Например, крахмал обрабатывают серной кислотой или солями фосфорной

кислоты и получают клей для обоев;

- синтетические – большинство клеев.

3. По основе клея:

- органические – по молекулярной массе основы клея в свою очередь

подразделяются на мономерные10

(например, цианакрилатные),

олигомерные11

(превращаются в полимер в процессе склеивания, например,

эпоксидные клеи за счет взаимодействия эпоксидной группы связующего с

аминной группой отвердителя) и полимерные12

;

4. По химическому строению связующего: эпоксидные, фенолоформальдегидные, цианакрилатные,

полиуретановые, кремнийорганические и т.д.

5. По склеиваемому материалу: клеи для склеивания металлов, пластиков, резины, стекла,

дерева и т. п.

6. По состоянию клея:

- жидкие – растворы, эмульсии, взвеси. Например, полиуретановый клей –

раствор связующего в органическом растворителе;

10

Мономеры - вещества, молекулы которого способны реагировать между собой или с молекулами др.

веществ с образованием полимера. Важнейшие мономеры — этилен, пропилен, изопрен, винилхлорид,

стирол, бутадиен, фенол. 11

Олигомеры - полимеры сравнительно небольшой молекулярной массы. К олигомерам относятся многие

синтетические смолы — феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные 12

Полимеры - вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся

звеньев; молекулярная масса полимеров может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. -

неорганические, например, металлические клеи.

- пастообразные;

- твердые (пленки, порошки, гранулы, прутки).

Виды клеев, применяемые в авиационном производстве.

Эпоксидные клеи широко используются в авиации для склеивания

различных материалов (стеклопластики, органопластики, алюминиевые

сплавы, пенопласт и др.). К их достоинствам относятся:

1. Высокая прочность при сдвиге.

2. Удовлетворительная прочность при отдире.

3. Стойкость к воздействию различных сред.

4. Для многих эпоксидных клеев достаточно контактного

давления – т.е. до завершения процесса полимеризации следует просто

зафиксировать склеиваемые поверхности, чтобы они не сместились друг

относительно друга.

Обычно эпоксидные клеи – это пастообразные составы и клеевые пленки.

При соединении деталей, не допускающих точной подгонки и сжатия

склеиваемых поверхностей (например, для склейки торцев сотовых блоков с

нервюрами), используются вспенивающиеся эпоксидные клеи, которые

могут быть жидкими, пастообразными и пленочными.

Фенолоформальдегидные клеи на основе фенолоформальдегидных смол с

каучуковыми добавками для эластичности. В лопастном производстве

используются клеи ВК-3, ВК-25 и т.д. При отверждении большинства

фенолоформальдегидных клеев выделяются вода и газообразные продукты,

поэтому для их лучшего удаления склеивание проводят при нагревании и

высоких давлениях. Однако имеются исключения, например, ВК-50 – очень

прочный клей, не выделяющий побочных продуктов.

Полиуретановые клеи обычно двухкомпонентны. Не требуют

специальной подготовки поверхности, и отверждаются даже при минусовых

температурах. Полиуретановые клеи прочнее, чем эпоксидные, но сохраняют

прочность в малом интервале рабочих температур – примерно до 120оС.

Могут использоваться как в узлах летательных аппаратов, так и для

ремонтных работ в полевых условиях.

Цианакрилатные клеи являются однокомпонентными; выпускаются в

готовом виде. Быстро отверждаются при контакте с влагой воздуха, поэтому

хранятся в запаянных ампулах. При использовании только части клея

необходимо быстро запаять емкость с остатком. Дают высокую прочность и

долговечность соединения, но очень дороги. Цианакрилатные клеи выгодно

использовать только в автоматизированном производстве, когда стоимость

клея окупается снижением затрат за счет отсутствия приготовления клея,

уменьшения объемов входного контроля, снижения производственных

площадей и числа рабочих, выполняющих операции склеивания. Примеры

цианакрилатных клеев: Цианакрин К-18, Цианакрин К-43.

Резиновые клеи изготавливаются на основе каучуков. Содержат в

качестве растворителя бензин, ацетон, хлорсодержащие растворители.

Отверждение происходит при температуре производственного помещения.

Высокопрочны, водо- и атмосферостойки, но ограниченно стойки к маслам и

топливам; могут долговременно работать только примерно до 70оС.

Используются для вспомогательных работ, например, клей 88 НП для

склеивания вакуумных мешков (самостоятельно или в смеси с другим

резиновым клеем).

Кремнийорганические клеи на основе различных кремнийорганических

полимеров. К кремнийорганическим относится клей холодного отверждения

ВК-22 для склеивания теплоизоляционных материалов и стеклотканей с

нержавеющими сталями и титановыми сплавами. Обладают высокой

термостойкостью (ВК-22 работоспособен от -60 до +500оС), стойки к

окислению, атмосферным условиям, солнечному свету, озону, радиации, к

действию воды, а также хорошими диэлектрическими свойствами в широком

диапазоне температур. Недостатком являются сравнительно низкие

когезионные и адгезионные свойства, которые разработчики стараются

повысить модификацией различными органическими полимерами.

5.2. Типовые технологические процессы склеивания деталей и узлов из

ПКМ

Все работы с клеями, исключая проведение самого процесса склеивания,

обычно требуется выполнять при условиях, рассмотренных выше в разделах

1.4…1.6. В случае необходимости используются другие условия,

оговоренные документацией на работу с данным клеем. Например, если вода

является компонентом клея, то работать с таким клеем желательно при

повышенной влажности, т.к. атмосферная влага участвует в процессе

склеивания.

Типовой технологический процесс склеивания включает следующие

операции [9, 26]:

1. Входной контроль клея.

В соответствии с действующим стандартом предприятия клеи и проходят

контроль на всех этапах их приемки, хранения, приготовления, склеивания, а

именно:

Входной контроль при поступлении на склад

предприятия перед запуском в производство.

Входной контроль при поступлении в

клееприготовительную мастерскую цеха.

Периодический контроль – один раз в месяц каждую

марку клея контролируют в клееприготовительной (в процессе

приготовления) и на участке на рабочем месте (перед

использованием).

При истечении срока годности компонентов. При

положительных результатах испытаний срок годности может

быть продлен.

Контроль проводится в соответствии с документацией на клей и

включает в себя:

испытания компонентов клея (внешний вид,

консистенция, прочие регламентируемые свойства);

испытания небольшой порции приготовленного из

этой партии компонентов клея (внешний вид, однородность,

вязкость, сухой остаток после выпаривания растворителя и т.

д.);

для клеевых пленок контролируются: внешний вид,

отсутствие посторонних включений, срок годности;

испытания склеенных образцов (на отдир, сдвиг и т.

п.).

Результаты проверок и испытаний заносят в журналы.

2. Приготовление клея.

Многие клеи из-за ограниченной жизнеспособности поступают в виде

нескольких раздельных компонентов и требуют приготовления перед

использованием. Исходя из требуемого количества клея, предварительно

выполняется расчет количества каждого компонента. Затем компоненты

отмериваются с точностью 0.5 г, загружаются в специальную тару и

перемешиваются до однородной консистенции и равномерного

распределения компонентов.

Соотношения компонентов, последовательность их загрузки, температура

и влажность, при которых приготавливается клей, время перемешивания

оговариваются рецептурой клея. Например, клея, выделяющие тепло при

приготовлении, готовят на холодной водяной бане. После приготовления на

небольшой порции осуществляется контроль клея.

Готовый клей сливается в тару и выдается по заявке на участок с

сопроводительной биркой. Масса клея, выдаваемого на участок,

рассчитывается, исходя из площади поверхности детали и норм расхода клея,

с небольшим запасом.

Норма расхода клея указывает, сколько грамм клея должно быть нанесено

на единицу площади поверхности, чтобы получить регламентируемую

толщину клеевой фуги (клеевого слоя). В идеале клей должен быть нанесен

слоем в три молекулы: одна молекула на одной поверхности, вторая на

другой и третья между ними. Реально толщина клеевой фуги обычно

находится в пределах 0.1÷0.15 мм.

3. Подготовка поверхностей деталей под склеивание. Контроль.

В связи с тем, что в конструкцию вертолетных узлов наряду с деталями из

композиционных материалов часто входят металлические детали (вкладыши,

пластины и др.), а также детали из резины (детали противообледенительной

системы, межотсечные вкладыши в лопастях и др.), подготовку поверхности

каждого из материалов имеет свои особенности.

3.1. Подгонка поверхностей производится:

для жидких клеев – с точностью до 0.05 мм;

для клеевых пленок – до 0.10 мм;

для вспенивающихся клеев допускается меньшая

точность.

3.2. Для металлических деталей, склеиваемых с деталями из

композиционных материалов, необходима предварительная

химическая подготовка поверхности:

стальные детали должны быть оцинкованы или

кадмированы;

нержавеющие стали подвергают предварительному

травлению с последующей пассивацией, травлению в

царской водке, или гидропескоструйной обработке. Затем

для увеличения адгезии наносится клеевой подслой;

алюминиевые сплавы подвергаются анодированию.

После анодирования желательно выполнить склеивание в

течение 72 ч., а для деталей с подслоями – не позже 3

месяцев с момента образования гальванического покрытия.

3.3. Удаление загрязнений.

К современным методам очистки поверхности под склеивание относятся:

газодинамическая обработка поверхности – при

обычной температуре на деталь направляется струя газа

сверхзвуковой скорости и сносит все загрязнения с

поверхности;

обработка пластмасс и пластиков пламенем или

тлеющим разрядом в вакууме;

обработка ультразвуком и др.

Более дешевым и широко распространенным методом является

подготовка поверхностей с помощью обезжиривания. Обезжиривание

проводят органическими растворителями, водными растворами ПАВ

(поверхностно-активных веществ) или щелочными моющими средствами.

Для большого количества деталей обезжиривание может проводиться в

ваннах с механическим или ультразвуковым перемешиванием. Чаще

склеиваемую поверхность перед нанесением подслоя или клея протирают

ватно-марлевым тампоном, смоченным в растворителе и хорошо отжатым.

После обезжиривания дают открытую выдержку, т.е. деталь выдерживают

при температуре окружающее среды до улетучивания растворителя с ее

поверхности.

Для металлов и резин подходят многие обезжиривающие средства, такие

как, например, бензин «Нефрас». После протирки и или промывки бензином

поверхность два раза протирают ацетоном. Ацетон активизирует

поверхность, вытягивает воду из пор (сушит поверхность), удаляет остатки

бензина.

Для пластмасс лучшие результаты дает применение водных растворов.

Стеклопластики и большинство других композиционных материалов обычно

не обезжиривают, чтобы не повредить поверхность материала. В некоторых

случаях для стеклопластиков применяют обезжиривание бензином.

3.4. Увеличение шероховатости поверхности обычно

выполняется зашкуриванием ручным или механическим путем.

Продукты зашкуривания удаляют хлопчатобумажной салфеткой

(сметание щеткой не рекомендуется, так как салфетка тщательнее

очищает поверхность).

Для ряда деталей (например, органопластиковых обшивок) при

формовании на поверхность, подлежащую в будущем склеиванию, кладут

жертвенный слой лавсановой ткани. Он не приформовывается к самой детали

и перед склейкой отдирается от поверхности (как отдирают скотч или

пластырь), обеспечивая ее шероховатость. Жертвенный слой лавсана также

защищает поверхность от загрязнений. Поэтому для подобных деталей в

качестве подготовки поверхности достаточно просто удалить жертвенный

слой.

3.5. Примеры подготовки поверхности деталей из различных

материалов.

Металлические детали обезжиривают 1 раз бензином, дают улетучиться

растворителю в течение 10…15 мин при температуре 15…35оС (эта операция

называется «открытая выдержка»), затем 2 раза обезжиривают спирто-

ацетоновой смесью. После каждого раза дают открытую выдержку 5…10 мин

при температуре 15…35оС (чем выше температура на участке, тем короче

время открытой выдержки). На большинство металлических деталей наносят

подслой клея ВК-25, термообрабатывают подслой, затем непосредственно

перед склейкой склеиваемые поверхности зашкуривают «до удаления

глянца» и удаляют продукты зашкуривания.

Детали из резины обезжиривают бензином, дают открытую выдержку

10…15 мин при 15…35оС, зашкуривают, удаляют продукты зашкуривания.

Стеклопластиковые и органопластиковые детали или зашкуривают и

удаляют продукты зашкуривания, или же удаляют жертвенный слой лавсана;

Материалы для склеивания вакуумных мешков из пленок «Райтлон»,

«Иплон», технической ткани СВМ с помощью смеси клеев 88НП и 4Нб

обезжиривают 1 раз бензином, подвергают открытой выдержке, затем 2 раза

обезжиривают спирто-ацетоновой смесью; давая после каждого раза

открытую выдержку.

4. Нанесение подслоев (в случае их применения) на склеиваемые

поверхности, отверждение подслоев, контроль.

Часть клеев для лучшего сцепления с материалом нуждается в

предварительном нанесении подслоя на склеиваемую поверхность. Выбор

подслоя зависит от применяемого клея и склеиваемых материалов. Обычно в

документации на клей указывается, с каким подслоем его применять.

Для клеевых пленок, например, ВК-50, подслоем служит тот же клей, но в

жидком виде. Для его приготовления кусочек пленки растворяют в

подходящем растворителе и точечно наносят перед прикаткой пленки.

Для металлических (дюралевых, титановых, стальных) деталей (оковки,

вкладыши, пластины, фольга пакетов усиления и др.), склеиваемых с

композиционными материалами, часто применяется подслой ВК-25.

5. Нанесение клея. Контроль.

Клеи наносят в соответствии с нормами расхода клея: жидкие - кистью,

валиком, распылением, окунанием; пастообразные – шпателем. Для

максимальной прочности соединения очень важно получить слой клея

равномерной и строго определенной толщины (обычно 0.1…0.2 мм).

Для армирования клеевого шва наносят клей на одну деталь, на слой клея

кладут армирующий слой и пропитывают клеем, затем прикладывают

вторую деталь. Для армирования клея ВК-27 может применяться нетканое

(похоже на флизелин) лавсановое полотно или ластичное

(стеклотрикотажное) полотно.

Клеи-порошки засыпают в место будущего клеевого шва, после чего

нагревают для получения клеевого шва.

Клеи-расплавы, клеи-гранулы, клеи-прутки перед употреблением

расплавляют и наносят на предварительно нагретую поверхность.

Клеевые пленки раскраивают, удаляют подложку, наносят на деталь,

прикатывают (разглаживают) вручную или обогреваемым валиком. Места

воздушных пузырей прокалывают и разглаживают. Перед установкой второй

детали с клеевой пленки удаляют разделительную полиэтиленовую пленку.

Часто разделительную пленку делают цветной, чтобы видеть, удалена она

или нет. Клеевые пленки, разработанные ВИАМ (марок ВК), имеет

различные цвета для удобства их различения.

Преимущества, обусловившие широкое применение клеевых пленок,

заключаются в том, что они не содержат растворителя (т.е. летучих),

способствующего образовании пор, раковин и других дефектов в клеевом

шве; не требуют открытой выдержки, что дает определенную экономию

времени; обеспечивают лучшую равномерность и необходимую толщину

клеевой фуги, исключая появление обедненных клеем (так называемых

«голодных») мест или, наоборот, слабой склейки за счет слишком толстого

слоя клея.

6. Соединение деталей и подготовка к склеиванию.

В лопастном производстве используются следующие виды склеивания:

контактное – для клеев, отверждающихся при

температуре цеха и контактном давлении. Фиксация деталей

друг относительно друга (для предотвращения смещения) и

поджатие их может осуществляться с помощью грузов,

прижимов, струбцин, обматывания резиной с натягом;

в вакуумном мешке – для клеев, отверждающихся при

нагревании и давлении. Для обеспечения требуемого режима

сборка помещается в термошкаф или автоклав;

в склеечном приспособлении. Температурный режим

обеспечивается нагревателями самого приспособления или

помещением его в термошкаф, автоклав. Для создания

необходимого давления в конструкцию приспособления могут

входить камеры высокого и низкого давления, тарированные

пружины, выдвижные прижимы. В ряде случаев используется

склеивание между контурными плитами, помещенными в

пресс с обогревом (пресс для горячего прессования).

В зависимости от типа сборочного узла и способа склеивания подготовка

может включать: сборку узла, изготовление вакуум-мешка, установку

дренажной стеклоткани, сулаг, термопар, установку сборки в склеечное

приспособление, термошкаф, автоклав и т.д.

7. Проведение склеивания по заданному режиму.

Склеивание – это процесс отверждения клея, т.е. переход в долговечное,

неплавкое, нерастворимое состояние. Чтобы реализовать оптимальную

прочность клеевого соединения, склеивание проводят по строго

определенному режиму.

Режим склеивания (вакуум, давление, температура, выдержка по времени)

для каждого конкретного узла разрабатывается соответствующими службами

предприятия Изготовителя на основе конструкторской документации на

склеиваемый узел и рекомендаций разработчика клеев.

Давление при склеивании определяется типом используемого клея,

размером склеиваемых поверхностей и качеством их подгонки. Давление

выполняет следующие функции:

фиксирует положение склеиваемых поверхностей

относительно друг друга;

улучшает смачивающую способность клея,

способствуя более полному заполнению микронеровностей

поверхности. Как правило, для жидких клеев требуется

небольшое давление (только для фиксации поверхностей), для

пастообразных, текучесть которых ниже, давление выбирается

несколько больше, и еще большее для клеевых пленок;

исключает возможность образования пористого

клеевого шва для клеев, отверждающихся с выделением

газообразных продуктов (такие клеи отверждают при высоких

давлениях).

Главные требования к давлению состоит в равномерности его

распределения по всей склеиваемой поверхности для обеспечения

необходимой прочности клеевого соединения. Пониженное давление может

привести к образованию пористого клеевого шва. Избыточное давление

может повлечь за собой вытекание клея и образование «голодного» клеевого

соединения.

Существует ряд клеев, при склеивании которыми давление не требуется.

К ним относятся липкие клеи, при использовании которых контакт и

фиксация склеиваемых поверхностей осуществляется путем прикатки.

Обычно от таких клеевых соединений не требуется высокая прочность. Они

служат для приклеивания теплоизоляционных или декоративно-отделочных

материалов и т. д.

Температурный режим процесса склеивания может быть

одноступенчатым или иметь несколько ступеней нагрева. Режимы

склеивания одним и тем же клеем могут различаться для разных деталей.

Например, для клея ВК-27 допускается два типа режимов: 1 час при 65+10/-

5оС или 72 часа при 18-23

оС. При стапельной склейке лопастей и

стабилизаторов выбирают первый режим. При приклейке небольших

деталей, например, клеммной колодки к лонжерону, выбирают второй

режим, т.к. не имеет смысла ради этого подвергать нагреву весь лонжерон.

Нагревание до нужной температуры производят со скоростью 1…2оС в

минуту. Важно обеспечить равномерность нагрева по всей склеиваемой

поверхности. При нарушении этого требования могут возникать локальные

внутренние напряжения. После отверждения клеевые соединения следует

подвергать охлаждению с малой скоростью.

При сочетании нескольких клеев стараются подбирать клеи с близкими

значениями температуры и давления склеивания. Общий режим подбирается

индивидуально. Например, при склейке хвостового отсека лопасти сотоблок

приклеивается к обшивкам на клеевой пленке ВК-51 (3 часа при 125оС), к

нервюрам на клеевой пленке ВК-50 (1 час при 135оС). Склейку такого

хвостового отсека проводят в течение 3 часов при 135оС. Если склеивание

производится при нагревании и повышенном давлении, то температура и

давление записываются на диаграммы или в компьютерный протокол, если

режим управляется автоматизированной системой управления АСУ.

Для интенсификации (увеличения производительности) процессов

получения клеевых соединений существуют различные физико-химические

методы, которые позволяют уменьшить время нагрева, увеличить скорость

отверждения клеев, повысить производительность труда работающих. К

числу таких методов относятся:

«сшивка» молекул под действием теплоты – обдув

горячим воздухом, сушка инфракрасными лампами;

нагрев с помощью микроволн;

резистивный и индукционный нагрев, применимый

для небольших деталей несложной конфигурации из

токопроводящих материалов.;

ультразвуковое излучение, обеспечивающее

однородный нагрев во всех точках по объему детали, что

улучшает физико-химические и эксплуатационные свойства

клеевого шва. Способ особенно хорош при склеивании

разнородных материалов, которые обычным способом

прогревались бы с разной скоростью.;

«сшивка» (как бы сварка) молекул под действием

других видов излучения – ультрафиолетового,

рентгеновского, лазерного, плазменного, гамма-излучения,

потоков электронов и нейтронов. Например, для ряда клеев,

отверждающихся при нагреве, под действием ультрафиолета

отверждение проводят при более низких температурах, а

радиационное отверждение –при комнатной температуре;

использование постоянных магнитных полей

определенной напряженности.

Подобные методы позволяют избежать термических напряжений, часто

возникающих в конструкциях при склеивании при высоких температурах,

дают большую монолитность клеевого шва, а за счет исключения из

технологического процесса автоклавов, термостатов и др. энергозататных

устройств уменьшают расход электроэнергии.

8. Распрессовка.

В зависимости от способа склеивания распрессовка может включать в

себя: извлечение из автоклава, термошкафа, склеечного приспособления,

удаление вакуумного мешка и технабора (дренажа, сулаг, фторопласта и

т.п.), удаление потеков клея и др.

9. Контроль изготовленной детали.

Контроль качества склеивания проводится неразрушающими или

разрушающими методами в соответствии с техническими требованиями

чертежа и техническими условиями. Он может включать в себя:

контроль правильности проведения режима

склеивания (температура, давление, время);

контроль внешнего вида и геометрических

параметров;

контроль качества клеевого шва на отсутствие

непроклеев – может выполняться визуально, простукиванием

текстолитовым молоточком, просвечиванием лампой или

рентгеном, приборным методом – с помощью инфракрасных и

ультразвуковых дефектоскопов (выявляющих непроклеи

площадью от 0,5 см2), наполнение детали и проверка клеевого

шва течеискателем (склейка вакуумных мешков). К

экзотическим методам контроля относятся помещение детали

в специальный газ, в котором места непроклеев изменяют

цвет, облучение электронами или протонами и др.;

проверка прочности клеевого соединения на отдир,

сдвиг и т.д. при различных нагрузках на образцах, вырезанных

из определенных мест детали (например, разрезка каждой

пятидесятой лопасти), или на образцах-свидетелях, склеенных

одновременно с деталью из тех же материалов при тех же

условиях;

полный разрушающий контроль соединения,

например, срыв приклеенного хвостового отсека с лопасти,

при этом кроме усилия отрыва исследуется характер

разрушения – по клеевому шву или по материалу, и на какой

части детали остался клей. Например, при отрыве обшивки от

сотоблока хвостового отсека может пойти частичное

расслоение обшивки вместо разрушения клеевого шва, 55%

клея остаться на сотах и 45% на обшивке.

5.3. Герметизация деталей и узлов из полимерных композиционных

материалов

В конструкциях вертолетов и самолетов большинство агрегатов и отсеков

герметизировано: кабины для пассажиров, экипажей, приборные отсеки с

воздушной средой, специальные отсеки с газообразными рабочими средами,

топливные отсеки крыльев и киля, топливные баки, топливные и водяные

отсеки фюзеляжей, прочие специальные отсеки с жидкими рабочими средами

и т. д. С повышением скоростей, высот и дальности полета требования к

степени их герметичности, надежности и долговечности, или ресурсу сильно

возросли. Так, некоторые герметичные агрегаты должны сохранять

непроницаемость для рабочих сред в течение 30 лет. Герметизация

авиационных агрегатов выполняется с помощью герметиков - композиций на

основе полимеров (главным образом полисульфидных или

кремнийорганических жидких каучуков), которые наносят на стыки деталей,

на торцы сотовых панелей, на болтовые, клепаные или другие соединения с

целью обеспечения их непроницаемости и повышения ресурсов изделия.

В зависимости от места расположения герметиков в соединениях

различают три основных метода герметизации: поверхностная (в зоне шва на

поверхности соединения или покрытие всей поверхности сплошным слоем со

стороны изолируемой среды), внутришовная (между деталями соединения) и

комбинированная (сочетающая внутришовную и поверхностную). Выбор

герметика зависит от условий эксплуатации изделия.

Для полимерных композиционных материалов подбирают герметики, не

содержащие в составе и не выделяющие при отверждении растворителей и

иных веществ, ухудшающих качество пластиков.

Герметики по химической природе делятся на три основные группы.

Герметики на полисульфидной основе. Используются для поверхностной и

внутришовной герметизации от воды, топливных масел, пригодны для

работы в зараженной (болезнетворными микробами, вредными веществами,

радиацией) местности. К числу таких герметиков относятся УТ-35, УТ-32 и

др. Цифра обозначает содержание эпоксидной смолы в процентах, например,

УТ-30 содержит 30% смолы.

В настоящее время широко используется герметик ВИТЭФ-1НТ,

работающий в интервале температур от -60оС до +130

оС. Он стоек во всех

средах, в том числе, в минеральных маслах. Заливка маслом только что

нанесенного герметика не мешает ему пройти полный цикл отверждения

даже под слоем масла. Герметик позволяет устранять дефекты сборки,

улучшая внешний вид поверхности; он может использоваться для заполнения

небольших объемов. Для вертикальных поверхностей используют водный

раствор герметика в поливиниловом спирте, чтобы герметик приобрел

большую вязкость и не стекал. С помощью ВИТЭФ-1НТ герметизируют

втулки, хвостовые отсеки, соединения лонжерона с наконечником, другими

деталями, болтовые соединения и др.

Кремнеорганические герметики - это высокотемпературостойкие

герметики, работающие при температурах до ~300оС. Обычно имеют белый

или розовый цвет. Нетопливостойки, набухают в минеральных маслах.

Хорошие диэлектрики. Обладают слабой адгезией, поэтому в случае

необходимости легко подвергаются демонтажу. После герметизации детали

без ущерба качеству герметизации можно нагревать на последующих

операциях.

Вспенивающийся герметик ППГ-2Л впрыскивают шприцом, заполняя все

зазоры. Применяется для герметизации топливных отсеков в местах, где

проходит поток горячих выхлопных газов. Используется также в местах

пайки серебром, т.к. не вызывает потемнения и разрушения серебра, для

герметизации штепсельных разъемов и др.

Герметиком «Виксинт У-2-28» пропитывают кремнеорганические ткани

для облицовки нагревателей оснастки.

Кремнеорганические герметики используют совместно с подслоем П-9, П-

11 или П-12.

Анаэробные герметики.

Анаэробными называют герметики, которые жизнеспособны и неактивны

до тех пор, пока находятся в контакте с кислородом воздуха. Они быстро

отверждаются при комнатной температуре при прекращении контакта с

кислородом воздуха, например, при соединении деталей, когда внутрь

соединения воздух не проникает. При прекращении поступления кислорода

под действием ионов металла (Cu, Fe и др.) в органической основе герметика

формируются свободные радикалы, способствующие началу процесса ее

полимеризации. Процесс полимеризации герметика активируется частицами

металла, находящимися в активаторе герметика, а также металлом на

поверхности входящей в соединение детали (например, болта).

К анаэробным относятся герметики марок «Анатерм», «Унигерм», ВАК и

др. Они являются клеями-герметиками, т.е. не только заполняют зазоры, но и

одновременно служат клеями для получения неразъемных соединений.

Скорость отверждения, в зависимости от размера зазора между

склеиваемыми поверхностями, может быть от нескольких минут до

нескольких недель. Например, для контровки (стопорения) резьбовых

соединений наносят один компонент герметика на первые несколько витков

резьбы болта, другой компонент – на резьбу гайки. Сборка осуществляется

легко, так как в начальный момент герметик играет роль смазки.

Отверждение начинается через 10-15 минут после сборки, и 80% прочности

соединение набирает через 3 часа. Одновременно с основным соединением

изготавливают образец-свидетель этого соединения.

5.4. Нанесение лакокрасочных покрытий на детали и узлы из полимерных

композиционных материалов

При взаимодействии с внешней средой на поверхности композиционных

материалов могут возникать химические процессы, приводящие к

деструкции полимера. Другим нежелательным фактором действия

окружающей среды на полимерные композиты является влагопоглощение,

которое может значительно ухудшить механические свойства,

интенсифицировать явления ползучести связующего, что приводит к

формоизменению детали. Следствием этих процессов в лопастях вертолетов

является их провисание, изменение геометрии и аэродинамических

характеристик. Нанесение защитных лакокрасочных покрытий позволяет

уменьшить или практически устранить эти нежелательные явления.

В авиации лакокрасочные покрытия кроме защитной, выполняют и другие

функции. Например, обращенные к солнцу поверхности могут окрашиваться

светоотражающими красками светлых тонов для защиты от перегрева. Еще

одна важная функция – придание определенного внешнего вида. В военной

авиации окрашивание способствует маскировке, противопожарные

вертолеты и самолеты окрашивают в красный цвет.

Для покрытий могут быть использованы различные лаки и краски, в

качестве подслоя – сочетающиеся с данной краской или лаком грунт или

шпатлевка. Например, для лопастей рулевого винта вертолета Ми-2

используют шпатлевку ЭП-0080, эмаль ЭП-140 серую и красную.

Готовые варианты подбора таких сочетаний с указанием количества слоев

каждого материала и режимов отверждения приводятся в ОСТ 190055-85, а

также в более поздних руководящих материалах разработчиков

лакокрасочных покрытий.

Изготовление лопастей

несущего винта изд. «286»

286-2900-00СБ

Изготовление лонжерона 286-2900-20

1. Нанесение антиадгезионной смазки К-21 на пресс-форму …41.1380.

Термообработка смазки К-21 3 часа при Т=250±10ºС.

Прогрев пустой пресс-формы до 150ºС с целью проверки работы

нагревателей и других элементов пресс-формы.

2. Проверка герметичности пневмокамер Р=0.5 кгс\см2 в течение 10 минут.

3. Сборка оправки …43.1682. Установка оправки на намоточный станок НЛ-

3А. Замеры прямолинейности оправки в плоскости вращения и плоскости

тяги. Установка технабора на оправку. Проверка герметичности пневмокамер

на оправке: Р=0.5 кгс\см2 в течение 10 минут.

4. Раскрой накладок 286-2900-20-233 поз. 116 («нулевые» пакеты из

стеклоткани Т-10-80, пропитанной связующим ЭДТ-10П, устанавливаемые

по ВД и НД). Установка накладок по месту.

Схема сборки дет. 286-2900-20-233 поз. 116

(ширина заготовок 220 мм, длина заготовок в таблице указана с учетом 200

мм техприпуска)

НД ВД

№ заготовки Длина

заготовки, мм

№ заготовки Длина

заготовки, мм

1 358 1 358

2 351 2 351

3 344 3 344

4 337 4 337

5 330 5 330

6 323 6 323

7 316 7 316

8 308 8 308

5. Входной контроль однонаправленной стеклоленты из нитей ВМС-

6х7,2х2х80, пропитанных связующим ЭДТ-10П.

6. Намотка трех слоев однонаправленной стеклоленты на оправку.

Установка пакетов усиления: 1А на НД, 1Б на ВД.

Намотка 4того

слоя однонаправленной стеклоленты.

Установка пакетов усиления 2 на НД и ВД.

Намотка 5того

слоя однонаправленной стеклоленты.

Установка пакетов усиления 3 на НД и ВД.

Намотка 6того

слоя однонаправленной стеклоленты.

Установка пакетов усиления 4 на НД и ВД.

Намотка 7мого

слоя однонаправленной стеклоленты.

Установка пакетов усиления 5 на НД и ВД.

Намотка 8мого

слоя однонаправленной стеклоленты.

Установка пакетов усиления 6 на НД и ВД.

Намотка 9того

слоя однонаправленной стеклоленты.

Установка пакетов усиления 7 на НД и ВД.

Намотка 10того

и 11того

слоев однонаправленной стеклоленты.

Пакеты усиления: лента ОТ4-0-0,1х220 + стеклоткань Т25(ВМ)-14. Ширина

заготовок из стеклоткани 230 мм, из титановой фольги 220 мм. Длина

заготовок указана в таблице.

Поря

дков

ый

№

загот

овки

№

п

а

к

е

т

а

№

позиц

ии

загото

вки

ст/тка

ни

Длина

заготовки

ст/ткани

(мм) без

учета

техприпу

ска

Длина

заготовки

ст/ткани

(мм) с

учетом 200

мм

техприпус

ка

№

пози

ции

загот

овки

фоль

ги

Длина

заготовк

и

фольги

(мм) без

учета

техприп

уска

Длина

заготовки

фольги

(мм) с

учетом

200 мм

техприпу

ска

1

62 2846 3046 12 355 555

2 63 2646 2846 13 350 550

3 1

А

64 2446 2646 14 345 545

4 65 2246 2446 15 340 540

5 66 2046 2246 16 335 535

6 67 1946 2146 17 330 530

7 68 1796 1996 18 325 525

8

1

Б

65 2246 2446 12 355 555

9 112 2186 2386 13 350 550

10 113 2176 2376 14 345 545

11 114 2066 2266 15 340 540

12 115 2006 2206 16 335 535

13 67 1946 2146 17 330 530

14 68 1796 1996 18 325 525

15

2

69 1646 1846 19 320 520

16 70 1496 1696 20 315 515

17 71 1346 1546 21 310 510

18 72 1096 1296 22 305 505

19 73 1046 1246 23 300 500

20 74 896 1096 24 295 495

21 75 746 946 25 290 490

22

3

76 716 916 26 285 485

23 77 686 886 27 280 480

24 78 656 856 28 275 475

25 79 626 826 29 270 470

26 80 596 796 30 265 465

27 81 566 766 31 260 460

28 82 536 736 32 255 455

29

4

83 529 729 33 250 450

30 84 523 723 34 245 445

31 85 517 717 35 240 440

32 86 511 711 36 235 435

33 87 505 705 37 230 430

34 88 499 699 38 225 425

35 89 493 693 39 220 420

36

5

90 487 687 40 215 415

37 91 481 681 41 210 410

38 92 475 675 42 205 405

39 93 469 669 43 200 400

40 94 463 663 44 195 395

41 95 457 657 45 190 390

42 96 451 651 46 185 385

43

97 445 645 47 180 380

44 98 439 639 48 175 375

45 99 433 633 49 170 370

46 6 100 427 627 50 165 365

47 101 421 621 51 160 360

48 102 415 615 52 155 355

49 103 409 609 53 150 350

50 7 104 570 770 54 145 345

7. Вакуумирование оправки с намоткой лонжерона в автоклаве при вакууме

0,6÷0,4 атм и Т=60-10 о

С в течение 30 минут (нагреватель в оправке не

включают)

8. Зашкуривание поверхности носового вкладыша 286-2900-190. Нанесение

на носовой вкладыш подслоя ЭДТ-10.

9. Установка двух слоев однонаправленной стеклоленты на 11тый

слой

намотки лонжерона по лобику в районе радиусов. Установка носового

вкладыша 286-2900-190 с нанесенным подслоем связующего ЭДТ-10 на

лонжерон по лобику.

10. Раскрой заготовок 286-2900-235, 286-2900-237 из стеклоткани Т-10-80,

пропитанной связующим ЭДТ-10П.

Раскрой и пропитка заготовки 286-2900-239 из полотна ластичного

(стеклотрикотажа) ЛО-0.5, пропитанного связующим ЭДТ-10П.

Установка заготовок –235; -237; -239 на носовой вкладыш –190.

ЭСКИЗ

стеклоткань

286-2900-235; -237

носовой вкладыш

286-2900-190

стеклолента

оправка с 11-тью

слоями намотки лонжерона

11. Установка технологического кронштейна 286-2900-55 в комлевой части и

технологического вкладыша в концевой части заготовки лонжерона встык с

носовым вкладышем 286-2900-190.

12. Намотка 12того

слоя однонаправленной стеклоленты.

13. Нанесение подслоя ЭДТ-10 на зашкуренные поверхности уголков

из КЛН-1М (поз. 7, 8, черт. 286-2900-10). Установка уголков на 12тый

слой

намотанного лонжерона по радиусу задней стенки.

14. Раскрой и пропитка связующим ЭДТ-10П заготовок из стеклотрикотажа

ЛО. Установка заготовок на 12тый

слой намотанного лонжерона по радиусам

задней стенки в районе расположения стеклопластиковых уголков

кронштейна

286-2900-70.

15. Нанесение подслоя клея ВК-3 на кронштейны 286-2900-70:

1 слой

выдержка 30÷60 мин при 15÷35ºС

2 слой

выдержка 30÷60 мин при 15÷35ºС

сушка при 60÷65ºС 90 мин.

16. Раскрой стеклоткани Т-10-80, пропитанной связующим ЭДТ-10П, на

заготовки для профиля 286-2900-70-3. Сборка профиля из раскроенных

заготовок стеклоткани и прокладок 286-2900-71-03; -05.

17. Проверка смыкания вкладышей пресс-формы …41.1380 без заготовки

лонжерона.

18. Нанесение подслоя связующего ЭДТ-10 на склеиваемые поверхности

кронштейнов –70. Установка кронштейнов 286-2900-70 и профиля 286-2900-

70-3 в пресс-форму …41.1380. Перенос намотанного лонжерона к пресс-

форме …41.1380 при помощи кран-балки и подвески 81.0194. Установка

лонжерона 286-2900-20 в пресс-форму …41.1380. Смыкание пресс-формы.

19. ФОРМОВАНИЕ ЛОНЖЕРОНА 286-2900-20 ПО РЕЖИМУ:

№

пп

Наименование операции

Время

данной

операци

и,

мин

Общее

время от

начала

режима,

мин

1 Набор Т до 40ºС (включая ожидание, когда

все термопары подтянутся до 40ºС)

18 18

2 Набор Т до 60ºС 15 33

3 Выдержка при 60+10\-5ºС 15 48

4 Подпрессовка (дать Р=3 атм по ВД, НД, ЗС,

выдержать 3 мин., сбросить Р по ВД и НД до

0 атм. По ЗС оставить Р=3атм)

3 51

5 Набор Т до 90ºС 24 75

6 Подпрессовка (дать Р=3 атм по ВД и НД,

выдержать 2 мин., сбросить Р по ВД и НД до

0 атм. По ЗС оставить Р=3атм)

2 77

7 Выдержка при 90+10\-5ºС и РЗС=3±0.2 атм 37 114

8 Подпрессовка (дать Р=3 атм по ВД и НД,

выдержать 3 мин., сбросить Р по ВД и НД до

0 атм. По ЗС оставить Р=3атм)

3 117

9 Удаление пластин. Полное закрытие пресс-

формы.

Затяжка гаек на стяжных болтах до упора во

всех секциях пресс-формы.

Поднятие РЗС до 5 атм, РВД до 4.5 атм, РНД до

4 атм.

Набор Т до 160ºС (включая 45 мин

ожидания, пока все термопары подтянутся

до 160+10\-5ºС)

105

222

10 Выдержка при 160+10\-5ºС, РЗС=5±0.2 атм,

Рвд=4.5±0.2 атм, Рнд=4±0.2 атм

180 402

11 Набор Т до 180ºС 36 438

12 Выдержка при 180+10\-5ºС, РЗС=5±0.2 атм,

Рвд=4.5±0.2 атм, Рнд=4±0.2 атм

120 558

(9ч

18мин)

13 Охлаждение до Т=50ºС, не снимая давления ~23ч

.

20. Распрессовка отформованного лонжерона. Разборка оправки на спец.

стенде.

Обрезка техприпусков лонжерона.

21. Контроль лонжерона БТК и лабораториями:

Внешний вид

Вес

Толщина стенок по сечениям

Вырезание и анализ образцов (определение содержания связующего,

степени его полимеризации, удельного веса)

Осмотр внутренней поверхности перископом

Рентгеноконтроль пакетов усиления

22. Сдача лонжерона БТК и ПЗ. Передача на участок изготовления носовой

части лопасти (НЧЛ) для склейки с нагревательной накладкой и

последующих операций.

Изготовление нагревательной накладки 286-2900-30

1. Проверка качества нанесения смазки К-21 на оправку изготовления

нагревательной накладки.

2. Раскрой, установка, прикатка двух слоев стеклоткани ПС-ИФ\ЭП.

3. Опрессовка по 1-му переходу в автоклаве.

Т=165+10\-5

ºС - 1 час

Р=10-0.5

кгс\см2

Вакуум 0.80.9 кгс\см2

4. Контроль опрессовки по 1-му переходу на отсутствие непроклеев,

расслоений, посторонних включений.

5. Проверка качества нанесения смазки К-21 на пресс-форму изготовления

электрожгута.

6. Нанесение на шинки электрожгута подслоя клея ВК-3:

Наносят один слой

выдержка 30÷60 мин при 15÷35ºС

сушка при 70+10\-5ºС 90 мин.

7. Раскрой заготовки стеклоткани ЭЗ-100 (дет. поз.18). Укладка в пресс-

форму

дет. поз.18 на клее КЛН-1. Установка обмоток 286-2900-60-9. Заливка

мастики КЛН-1М в пресс-форму, укладка электрожгута, вывод шинок.

8. Зашкуривание двух опрессованных по 1-му переходу слоев

нагревательного пакета до удаления глянца. Шкурка №812. Удаление

продуктов зашкуривания.

9. Установка оправки с двумя слоями стеклоткани ПС-ИФ\ЭП в пресс-форму

с электрожгутом. Фиксация верхних прижимов.

10. Выдержка сборки по 2-му переходу при Т=15÷35ºС не менее 72-х часов.

Распрессовка сборки.

11. Контроль качества опрессовки по 2-му переходу на отсутствие

непроклеев, расслоений, посторонних включений.

12. Проверка сопротивления изоляции (Rиз) между проводами электрожгута.

По 286-2900-00ТУ Rиз>20 МОм.

13. Раскрой слоев стеклоткани ПС-ИФ\ЭП.

14. Зашкуривание жгутовой накладки шкуркой №812 до удаления глянца.

Удаление продуктов зашкуривания.

15. Нанесение клея КЛН-1 на электрожгут.

16. Прикатка слоев стеклоткани ПС-ИФ\ЭП.

17. Сборка и установка образцов-свидетелей.

18. Проверка герметичности вакуум-мешка.

19. . Опрессовка нагревательного пакета по 3-му переходу в автоклаве.

Т=165+10\-5

ºС - 1 час

Р=10-0.5

кгс\см2

Вакуум 0.80.9 кгс\см2

20. Контроль качества опрессовки по 3-му переходу на отсутствие

непроклеев, расслоений, посторонних включений.

21. Устранение раковин, непроклеев и других дефектов шпатлеванием клеем

ВК-9 со стеклопластиковой крошкой. Выдержка при Т=15÷35ºС 24 часа.

22. Нанесение клея ВК-3 на зашкуренную поверхность нагревательной

накладки и слой изоляции поз.14.

23. Проверка на отсутствие отслаивания проволочек шинок сетки

нагревателя.

24. Укладка и прикатка нагревательных элементов.

25. Пайка шинок нагревательных элементов.

26. Проверка нагревательного пакета на отсутствие посторонних включений

и металлической стружки.

27. Прикатка слоя стеклоткани ПС-ИФ\ЭП.

28. Проверка герметичности вакуум-мешка.

29. Опрессовка нагревательного пакета по 4-му переходу в автоклаве.

Т=165+10\-5

ºС - 1 час

Р=10-0.5

кгс\см2

Вакуум 0.80.9 кгс\см2

Контроль качества опрессовки по 4-му переходу на отсутствие непроклеев,

расслоений, посторонних включений.

30. Шпатлевание клеем ВК-9 с резиновой (из ВР-3в) крошкой. Выдержка при

Т=15÷35ºС 24 часа.

31. Проверка поверхности накладки на отсутствие мехповреждений и

посторонних включений и нанесение подслоя клея КТ-25.

32. Установка резиновой накладки.

33. Сборка и установка образцов-свидетелей.

34. Проверка герметичности вакуум-мешка.

35. Опрессовка нагревательного пакета по 5-му переходу в автоклаве.

Т=165+10\-5

ºС - 1 час

Р=10-0.5

кгс\см2

Вакуум 0.80.9 кгс\см2

Контроль качества опрессовки по 5-му переходу на отсутствие непроклеев,

расслоений, посторонних включений.

36. Замер сопротивления нагревателей.

Тепловой режим Т=60÷70ºС 10÷15 мин.

Замер сопротивления нагревателей.

37. Взвешивание нагревательной накладки.

38. Сдача БТК и ПЗ.

Приклейка нагревательной накладки 286-2900-30 к лонжерону 286-2900-

20

1. Зашкуривание внутренней поверхности концевой части и наружной

поверхности лонжерона под установку накладок 286-2900-00-3 и заполнителя

286-2900-10-3.

2. Раскрой и установка накладок 286-2900-00-3 в концевой части и

заполнителя 286-2900-10-3 из стеклоткани Т-10-80, пропитанных клеем ВК-9.

Выдержка при Т=15÷35ºС не менее 24-х часов.

3. Отправка лонжерона на мехобработку концевой части лонжерона.

4. Получение лонжерона с участка мехобработки. Контроль отсутствия

мехповреждений лонжерона.

5. Замер саблевидности лонжерона:

- кривизна в плоскости вращения;

- увод концевого сечения относительно сечения а1.

6. Подгонка нагревательной накладки по лонжерону с обеспечением зазора 2

мм.

7. Зашкуривание склеиваемых поверхностей лонжерона и накладки.

8. Раскрой заготовки полотна на основе лавсана ТУ 412-620-88 артикул

935699.

9. Нанесение клея ВК-27 на склеиваемые поверхности лонжерона и накладки.

10. Установка заготовки полотна на лонжерон, выглаживание заготовки до

полной пропитки клеем ВК-27.

11. Установка накладки на лонжерон.

12. Проверка герметичности вакуум-мешка. Установка прижимных

приспособлений.

13. Опрессовка в автоклаве.

Вакуум 0.80.9 кгс\см2

Р=1.52.0 кгс\см2

Т=1535ºС - 24 часа

14. Проверка качества приклейки накладки к лонжерону.

15. Обезжиривание склеиваемой поверхности оковок:

Один раз бензином «Нефрас»

Выдержка 1510 мин при 1535ºС

Два раза ацетоном

Выдержка после каждого раза 105 мин при 1535ºС

16. Нанесение подслоя клея ВК-25 на оковки при 1535ºС. Выдержка:

1 слой 30 мин

2 слой 30 мин

3 слой 3 часа

17. Сушка (термообработка) подслоя клея ВК-25:

Т=65+5/-5 ºС 1.5 часа

Т=120+10/-5 ºС 4 часа

18. Проверка качества нанесения подслоя ВК-25 на оковки.

19. Обезжиривание склеиваемых поверхностей оковок бензином «Нефрас».

Выдержка 10÷15 мин при 1535ºС.

20. Зашкуривание склеиваемых поверхностей накладки и оковок.

21. Раскрой заготовки полотна на основе лавсана ТУ 8390-0330528-3280-99.

22. Нанесение клея ВК-27 на склеиваемые поверхности накладки и оковок.

23. Установка заготовки полотна на лонжерон с накладкой. Выглаживание

заготовки до полной пропитки клеем ВК-27. Установка оковок на накладку.

24. Проверка герметичности вакуум-мешка. Установка прижимных

приспособлений. Опрессовка в автоклаве.

Вакуум 0.80.9 кгс\см2

Р=1.52.0 кгс\см2

Т=1535ºС - 24 часа

Контроль качества приклейки оковок.

25. Замер саблевидности лонжерона:

- кривизна в плоскости вращения;

- увод концевого сечения относительно сечения а1.

26. Проверка НЧЛ в нормальных условиях.

27. Испытание НЧЛ в ванне с водой – 30 мин при Т 55ºС.

28. Тепловой режим Т=555С в течение 10…15 мин.

29. Проверка накладки на отсутствие непроклеев, вздутий, прогаров.

30. Подготовка лонжерона под нанесение шпаклевки:

- обезжиривание бензином «Нефрас С2-80/120» при Т=1535ºС, сушка 3020

мин;

- зашкуривание шкуркой № 45, удаление продуктов зашкуривания.

31. Заделка зазора между кромкой накладки и подсечкой лонжерона

шпаклевкой из 35% резиновой крошки ВР-3в и 65% клея КЛН-1. Выдержка

при Т=1535ºС 24 часа.

32. Зашкуривание мест шпаклевки шкуркой № 45, удаление продуктов

зашкуривания.

33. Сдача БТК.

Мехобработка комлевой и концевой части

лопасти 286-2900-00

1. Контрольная операция.

2. Разметочная.

3. Контрольная.

4. Фрезерная.

5. Фрезерная.

6. Контрольная.

7. Сборочно-склеечная (по отдельному техпроцессу).

8. Контрольная.

9. Разметочная.

10. Контрольная.

11. Фрезерная.

12. Контрольная.

30+0.13

24+0.13

1350.1 58-0.2

1.5х45о

13. Фрезерная

32.50.3 108+0.5

210+0.5

1.5х45о

14. Сверлильная (ООП!)

15. Слесарная.

16. Контрольная (ООП!)

17. Подготовительная.

18. Сверлильная.

19. Слесарная.

20. Сверлильная.

21. Слесарная.

22. Контрольная

10Н7(+0.015)

– 4 отв.

10Н9(+0.036)

– 4 отв.

23. Слесарная.

24. Контрольная

33Н7(+0.025)

– 4 отв.

26Н7(+0.021)

– 2 отв.

8Н7(+0.015)

– 4 отв.

26Н9(+0.052)

– 1 отв.

58-0.24 1350.015

Сборка комлевой части лопасти 286-2900-00

1. Контрольная диаметра отверстий

33Н7(+0.025)

– 4 отв.

2. Подготовительный диаметр втулок

33r6+0.050

- 4 отв.

(+0.034)

3. Слесарная – приклейка окантовок 286-2900-10-11 на клее ВК-9, время

выдержки 24 часа.

4. Контрольная.

5. Слесарная – установка втулок, гаек, шайб 286-2900-15; -18; -19 и их

контровка Мкр=15+0.2

кгс·м.

6. Слесарная.

- зашкуривание стеклопластика, подгонка под приклейку шайб к лонжерону,

зашкуривание шайб под нанесение ВК-25;

- обезжиривание шайб 286-2900-14-03; -14-05: бензином 1 раз, сушка не

менее 15 мин, ацетоном 2 раза, сушка не менее 5 мин.

-нанесение подслоя клея ВК-25 при 1535ºС. Выдержка:

1 слой 30 мин

2 слой 30 мин

3 слой 3 часа

7. Сушка (термообработка) подслоя клея ВК-25:

Т=65+5/-5 ºС 1.5 часа

Т=120+10/-5 ºС 4 часа

Проверка качества нанесения подслоя ВК-25.

8. Сборочная.

Подготовка поверхностей под установку втулок 286-2900-13, охлаждение

втулок в азоте и их установка.

9. Слесарная.

Проверка прилегания шайб к лопасти.

Обезжиривание шайб бензином 1 раз, сушка не менее 30 мин.

Зашкуривание склеиваемых поверхностей и проверка подгонки шайб.

Термообработка клеевой пленки ВК-50 на шайбах 286-2900-14.

Т=155+10/-5 ºС 4 часа.

10. Слесарная.

Проверка прилегания окантовок к лопасти.

Рихтовка окантовок (при необходимости).

Зашкуривание окантовок под нанесение ВК-25.

Обезжиривание окантовок 286-2900-16; -17 бензином 1 раз (сушка не менее

15 мин), ацетоном 2 раза (сушка после каждого раза не менее 5 мин).

Нанесение подслоя клея ВК-25 при 1535ºС. Выдержка:

1 слой 30 мин

2 слой 30 мин

3 слой 3 часа

11. Сушка (термообработка) подслоя клея ВК-25:

Т=65+5/-5 ºС 1.5 часа

Т=120+10/-5 ºС 4 часа

Проверка качества нанесения подслоя ВК-25.

12. Слесарно-сборочная.

Обезжиривание окантовок 286-2900-16; -17 бензином 1 раз (сушка не менее

15 мин).

Зашкуривание склеиваемых поверхностей и проверка подгонки окантовок.

Нанесение клея ВК-9.

Режимы выдержки:

Т=15÷17оС не менее 72 ч

или Т=18÷23оС не менее 24 ч

или Т=24÷35оС не менее 18 ч

или Т=36÷50оС 5 ч

или Т=60÷70оС 1 ч

Обработка стыковочных отверстий комлевой части

лопасти 286-2900-00

1. Контрольная.

2. Шлифовальная.

3. Контрольная.

192-0.05

–0.15 - 1

157-0.2 – 1

40.5-0.3 – 4 отв.

41.5-0.3 – 1 отв.

59+0.35

–0.45 74+0.1

Непараллельности плоскостей –0.05 мм

4. Слесарная.

5. Сверлильная.

24.9 – 4 отв.

17.9 – 2 отв.

6. Слесарная.

25Н7 – 4 отв.

18Н7 – 2 отв.

7. Контрольная.

25Н7 (+0.021

) – 4 отв.

18Н7 (+0.018

) – 2 отв.

8. Окончательный контроль.

Изготовление носовой части лопасти (НЧЛ) 286-2900-10

1. Зашкуривание склеиваемых поверхностей лонжерона, заполнителя

286-2900-12 и трубки 286-2900-10-5.

2. Нанесение клея ВК-9 на склеиваемые поверхности. Установка

заполнителя 286-2900-12.

3. Установка трубки 286-2900-10-5 на электрожгут.

4. Укладка электрожгута в паз заполнителя 286-2900-12 и заливка

мастикой КЛН-1М. Выдержка при Т=1535оС не менее 24

х часов.

5. Проверка качества приклейки заполнителя 286-2900-12.

6. Зашкуривание склеиваемых поверхностей лонжерона 286-2900-20 и

обтекателя -11.

7. Нанесение клея ВК-9 на склеиваемые поверхности.

8. Установка обтекателя 286-2900-11. Выдержка при Т=1535оС не менее

24х часов.

9. Проверка качества приклейки обтекателя 286-2900-11 к лонжерону -20.

10. Отправка НЧЛ на участок мехобработки.

11. Получение НЧЛ с участка мехобработки. Проверка на отсутствие

мехповреждений.

12. Обезжиривание склеиваемых поверхностей кронштейна 286-2900-55 и

пластины -56: один раз бензином, выдержка 20-15 мин при 15-35оС,

дважды ацетоном, выдержка после каждого раза 10-5 мин при 15-35оС.

13. Нанесение трех слоев клея ВК-25 на дет. 286-2900-55; -56 при 15-35оС.

Выдержки: после 1го

и 2го

слоев 30 мин, после 3го

слоя – 3 часа..

14. термообработка подслоя клея ВК-25 на кронштейне 286-2900-55 и

пластине -56:

Т=65+10/-5о

С – 90 мин

Т=125+10/-5о

С – 4 часа

15. Зашкуривание поверхности лонжерона 286-2900-20 в местах

установки кронштейна -55 и пластины -56.

16. Обезжиривание склеиваемых поверхностей дет. 286-2900-55; -56

бензином «Нефрас». Выдержка при Т=15-35оС 20-15 мин.

17. Зашкуривание подслоя ВК-25 на кронштейне 286-2900-55 и пластине -

56. Установка кронштейна и пластины на лонжерон -20 на клее ВК-27

(уточнить клей). Выдержка при 15-35оС не менее 24ч. Проверка

качества приклейки кронштейна -55 и пластины -56 к лонжерону -20.

18. Сверловка отверстий и установка болтов крепления кронштейна 286-

2900-55. Момент затяжки гаек 1+0.2

кгс.м.

19. Маркировка НЧЛ.

20. Замер контура НЧЛ.

21. Замер крутки НЧЛ.

22. Замер кривизны НЧЛ в плоскости вращения (по 286-2900-00ТУ не

более 11 мм).

23. Замер увода концевого сечения относительно сеч. а1 (по 286-2900-00ТУ

не более 7.5 мм).

24. Определение свеса НЧЛ (по 286-2900-00ТУ L = Lв прямом – Lв обратном

положении положении

= не более 20 мм).

25. Замеры хорды НЧЛ.

26. Замер длины НЧЛ от сеч.а1 до сеч. с (теор. длина 7593-2 мм).

27. Взвешивание НЧЛ (теор.вес = 80.40.8 кг).

28. Продольная балансировка. Мст.теор. = 3201.5 кгсм..

29. Контроль внешнего вида НЧЛ.

30. Сдача БТК и ПЗ.

Изготовление хвостовых отсеков 286-2900-200

1. Проверка кондиционности полимерсотопакета (ПСП), изготовленного

по серийной технологии.

2. Изготовление «рыбки» (высечка штампом, по стороне «Низ» в размер,

по стороне «Верх» с припуском 1-2 мм, фрезерование по стороне

«Верх» заготовок переменного сечения). Контроль контура «рыбки».

Контроль чистоты поверхности «рыбки» по стороне «Низ». Контроль

контура «рыбки» после шлифовки стороны «Низ». Контроль наличия

фаски.

3. Растяжка и термостатирование сотоблока с одновременной прикаткой

пл. «Т».

Т = 190+10/-5оС

30010 мин.

Контроль качества сотоблока после термостатирования (отсутствие по-

рванных ячеек, геометрии ячеек, отсутствие расслоений).

4. Комплектование и проверка кондиционности деталей, взвешивание:

сотоблок, обшивки (обшивка «Низ» предварительно склеена со

стрингером, обшивка «Верх» с пластиной), нервюры.

5. Удаление глянца с обшивки «Низ» и полок нервюр. Прикатка клеевых

пленок ВК-41, ВК-50 (с жидким подслоем ВК-50), ВКВ-3. Сборка по

первому переходу.

6. Склейка отсека по первому переходу:

Р = 0.8-1.1 кгс/см2

Т=135+10/-5о

С – 3 часа.

Проверка качества склейки.

7. Обработка (шлифовка) сотоблока по контуру на станке. Контроль

контура.

8. Удаление глянца с обшивки «Верх» и полок нервюр отсека. Прикатка

клеевых пленок ВК-41, ВК-50 (с жидким подслоем ВК-50), ВКВ-3.

Сборка по второму переходу.

9. Склейка отсека по второму переходу:

Р = 0.8-1.1 кгс/см2

Т=135+10/-5о

С – 3 часа.

Проверка качества склейки.

10. Заполнение зазора между обшивкой и нервюрой по пл. «Т» клеем ПУ-

2А. Выдержка 24 часа при 15-35оС.

11. Проверка качества склейки контура, геометрических параметров

отсека.

12. Удаление глянца со стенок и полок нервюр хвостового отсека.

Герметизация отсека герметиком ВИТЭФ-1НТ. Сушка не менее 24

часов при 15-35оС.

13. Окраска эмалью ЭП-140 (окраска нервюр):

- 1 слой

- выдержка при 12-17оС 3-2часа или при 18-35

оС 2-1 час

- 2 слой

- выдержка при 12-17оС 3-2часа или при 18-35

оС 2-1 час

- 3 слой

- выдержка при 12-17оС 18-16 часов или при 18-35

оС 14-12 часов

14. Взвешивание отсека.

15. Сдача БТК и ПЗ.

Стапельная склейка лопасти 286-2900-00

1. Подготовка стапеля к склейке лопасти. Замена резины и цулаг на

прижимах стапеля.

2. Проверка НЧЛ на отсутствие мехповреждений и наличия

техдокументации.

3. Установка и фиксация НЧЛ в стапеле. Установка внутрь НЧЛ

разжимной оправки. Замер крутки НЧЛ (допуск 15).

4. Входной контроль хвостовых отсеков 317. Проверка ширины отсеков

(теор. 3961 мм). Входной контроль комлевого отсека 286-2900-3250 и

комлевого обтекателя -3170.

5. Подгонка и прирезка отсеков, комлевого отсека, обтекателя.

6. Установка положений хвостовых отсеков, проверка прилегания лапок

нервюр к НЧЛ, установка «башмаков» стапеля по высоте, а именно:

- выстановка отсека 17 по флажкам;

- фиксация отсека 17 прижимами;

- поочередная установка и подгонка отсеков 163 (межотсечный зазор

41 мм, зона склейки с НЧЛ 53 мм);

- проверка зазоров между пл. «Т» и лапками нервюр. Если зазор более

0.5 мм, под лапку в дальнейшем устанавливается прокладка;

- снятие верхнего давления. Замер положения отсеков (если не

меняется, то отсеки выставлены правильно);

- включение верхнего давления. Контроль положения отсеков:

* зазор между отсеками 41 мм;

* зазор между лапками нервюр и НЧЛ;

* зона склейки хвостовых отсеков с НЧЛ 53 мм;

* правильность установки хвостовых отсеков относительно НЧЛ;

- выдержка под верхним давлением - 3 часа;

- снятие давления;

- замер положения отсеков. При изменившемся положении повторить

под- гонку.

- При неизменном положении снять отсеки с НЧЛ;

- выемка разжимной оправки из НЧЛ;

- выемка НЧЛ из стапеля.

7. Обезжиривание склеиваемой поверхности лонжерона бензином

«Нефрас», выдержка при Т=15-35оС 15-10 мин.

8. Зашкуривание склеиваемых поверхностей НЧЛ, хвостового отсека,

комлевого отсека, комлевого обтекателя. Удаление продуктов

зашкуривания.

9. Установка и фиксация НЧЛ в стапеле. Установка разжимной оправки в

НЧЛ. Проверка работоспособности разжимной оправки.

Проверка крутки НЧЛ.

10. Установка клиновых прокладок на лапки нервюр на клее ВК-27,

выдержка не менее 2х часов при Т=15-35

оС.

11. Защита НЧЛ вдоль подсечки за зоной склейки с хвостовым отсеком

наклейкой ленты ЛТ-38.

12. Раскрой заготовок полотна нетканого термоскрепленного ТУ 8390-033-

05283280-99: 190 х 7000 мм – 1 шт., 65 х 6410 мм – 1 шт.

(допускаются заготовки из составных частей).

13. Нанесение клея ВК-27 на лонжерон. Укладка заготовки полотна 190 х

7000 по задней стенке лонжерона с заходом на зоны склейки НЧЛ с

обшивками хвостовых отсеков по «В» и «Н». Укладка по задней стенке

заготовки 65 х 6410 мм. Прикатка заготовок до полной пропитки

клеем ВК-27.

14. Нанесение клея ВК-27 на склеиваемые поверхности отсеков.

15. Обезжиривание резиновых накладок на межотсечных вкладышах

бензином «Нефрас». Выдержка 20-15 мин при Т=15-35оС.

16. Нанесение клея 88НП на нервюры хвостовых отсеков и межотсечные

вкладыши 286-2900-260:

- на резиновые накладки 1 слой, выдержка 31 мин при 15-35С

- на отбортовки нервюр отсеков 2 слоя, выдержка после 1го

слоя

85 мин, после 2го

31 мин при 15-35оС.

17. Установка хвостового отсека №17 на НЧЛ. Фиксация хвостового

отсека №17 верхним давлением. Установка межотсечного вкладыша в

хвостовой отсек №17 со стороны комля.

18. Установка хвостовых отсеков №№163 и межотсечных вкладышей

между ними.

19. Проверка положения хвостовых отсеков.

20. Установка комлевого отсека, комлевого обтекателя, в том числе

склейка их между собой на клее ВК-27 (склеиваемые поверхности

предварительно зашкурены).

21. Удаление излишков клея ВК-27 и полотна.

22. Установка боковых прижимов стапеля, проверка отсутствия зазора

между хвостовыми отсеками и «башмаками» стапеля.

23. Склейка ЛНВ по режиму:

- набор Т=65оС 3060 мин

- выдержка Т=65+10/-5оС

1 час

- охлаждение под давлением до 40оС

- Р оправки = (1.0+0.2) кгс/см2

- Р верхнее = (0.350.05) кгс/см2

- Р боковое = 1.050.05 кгс/см2

24. Контроль положения отсеков после склейки под давлением. Снятие

давления. Контроль положения отсеков в свободном состоянии.

25. Выемка НЧЛ из стапеля.

26. Зачистка излишков выдавившегося клея ВК-27. Осмотр лонжерона на

отсутствие мехповреждений.

27. Контроль качества склейки лопасти:

- внешний вид

- отсутствие непроклеев

- межотсечные зазоры должны быть 41 мм

- замер положения хвостовых отсеков. Увод хвостовых отсеков по хвостовой

кромке от теории допускается не более 1 мм вверх от хорды. Увод

вниз не допускается.

- замер утяжек хвостовых отсеков

- замер крутки лопасти

28. Сдача БТК и ПЗ.

Внестапельные работы по изготовлению

лопасти 286-2900-00

1. Сборка и установка профиля 286-2900-130 на клее ВК-27. Выдержка

при Т=15-35оС не менее 24 ч.

2. Герметизация межотсечных зазоров и пластин ЛНВ герметиком

ВИТЭФ-1НТ. Заделка подсечки НЧЛ клеем ВК-9 с резиновой крошкой.

Выдержка при Т=15-35оС не менее 24 ч.

3. Обезжиривание деталей заглушки 286-2900-270 бензином 1 раз

(выдержка 20-15 мин при 15-35оС), ацетоном 2 раза (выдержки по 10-5

мин при 15-35оС.

4. Сборка комлевой заглушки 286-2900-270 на клее ВК-27.

5. Выдержка заглушки на клее ВК-27 при 1535оС не менее 24ч. или при

60+10/-5о

С – 1 час.

6. Установка резиновой окантовки 286-2900-270-3 на комлевую заглушку

на клее 88НП.

7. Монтаж вилки СНЦ 23-19/27В-1-В и обжим проводов в клеммы ШР-а.

8. Монтаж ШР-а. Проверка правильности монтажа ШР-а.

9. Подгонка комлевой крышки 286-2900-90.

10. Подгонка узла швартовки.

11. Монтаж хвостовой части законцовки 286-2900-100.

12. Замер длины лопасти (по черт. 286-2900-00СБ длина 77283 мм).

13. Подгонка носовой части законцовки 286-2900-110.

14. Обезжиривание склеиваемых поверхностей носовой части законцовки

286-2900-110 бензином 1 раз (выдержка 20-15 мин при 15-35оС),

ацетоном 2 раза (выдержки по 10-5 мин при 15-35оС.

15. Сборка носовой части законцовки 286-2900-110 на клеевой пленке ВК-

50.

16. Склейка носовой части законцовки 286-2900-110 на клеевой пленке

ВК-50 по режиму:

Т=135+10/-5о

С – 3 часа или Т=150+10/-5оС

– 1 час.

17. Установка комлевой заглушки 286-2900-270. Герметизация по контуру

герметиком ВИТЭФ-1НТ. Выдержка при 15-35оС не менее 24ч.

18. Установка комлевой крышки 286-2900-90. Герметизация по контуру

герметиком ВИТЭФ-1НТ. Выдержка при 15-35оС не менее 24ч.

19. Техосмотр лопасти до окраски.

Зашкуривание лопасти.

Удаление продуктов зашкуривания.

Взвешивание лонжерона до окраски.

Взвешивание лопасти по сеч. 18 до окраски.

Расчет и установка груза во внутреннюю полость лонжерона.

20. Окраска лопасти.

21. Монтаж узла контурного огня. Проверка работоспособности лампочки

контурного огня.

22. Монтаж швартовочного узла на герметике ВИТЭФ-1НТ. Выдержка при

15-35оС не менее 24ч.

23. Проверка ПОС:

- проверка ПОС лопасти в нормальных условиях.

- испытание ЛНВ в ванне с водой 30 мин при То не более 55

оС

- проверка ПОС на отсутствие непроклеев, вздутий, прогаров

- тепловой режим Т=555оС 1015 мин

- проверка ПОС на отсутствие непроклеев, вздутий, прогаров

24. Взвешивание ЛНВ по сеч.18 после окраски. Расчет и установка

балансировочных грузов.

25. Установка носовой части законцовки 286-2900-110. Проверка

отсутствия мехповреждений провода контурного огня.

26. Нанесение герметика ВИТЭФ-1НТ по контуру носовой части

законцовки 286-2900-110.

27. Контрольная балансировка лопасти.

28. Поперечная центровка лопасти.

Привес ЛКП =_______________г.

29. Проверка углов отгиба пластин хвостовых отсеков.

30. Замер свеса ЛНВ в прямом и обратном положении.

31. Контроль окончательно готовой лопасти. Сдача БТК. Сдача ПЗ.

Приложение

Изготовление связующего ЭДТ-10, ЭДТ-10П

ПИ 1.2.029-77

Автоматический смеситель

_________________________________________________________________

Состав:

- смола эпоксидная

модифицированная КДА ТУ 6-05-1380-76

ТУ 2225-032-00203306-97

ТУ 2225-456-04872688-2004

- Триэтаноламинтитанат (ТЭАТ) ТУ 6-05-1860-78

ТУ 6-09-11-2119-93

- АДЭ-3 ТУ 6-02-573-87

- Спирто-ацетоновая смесь (2:1) (для ЭДТ-10П)

- Ацетон ГОСТ 2603-79

- Спирт этиловый

ректификованный технический ГОСТ 18300-87

__________________________________________________________________

Концентрация готового связующего 40 50%

Для пропитки стеклоленты 452%

Плотность готового связующего:

- при 20оС 0,920 0,960 г/см

3

- для пропитки стеклоленты 0,930 0,950 г/см3

Хранение:

- тара из цветного металла, плотно закрытая

- температура не более 25оС

- время хранения – не более трех суток с момента приготовления

Изготовление однонаправленной стеклоленты

на связующем ЭДТ-10П

1. Общие сведения

Однонаправленная стеклолента изготавливается по ПИ 1.2.336-87 на

установке УЛС-3 на основе связующего ЭДТ-10П и стеклонитей

ВМПС 6-7,2х1х2-270, ВМПС 6-7,2х1х2-80.

2. Связующее ЭДТ-10П (ПИ 1.2.029-77)

- Срок хранения не более трех суток с момента изготовления при

температуре не более 25оС.

- Концентрация 45±2%.

- Плотность 0.9300.950 г/см2.

- Объем связующего в пропиточной ванне 5060 мм над пропиточным

валиком.

- Температура связующего в пропиточном устройстве 2035оС.

3. Изготовление (пропитка) стеклоленты

- Количество нитей 200 +5 / -10

- Допустимое количество обрывов нитей не более 5% от номинального

количества нитей.

- Зазор между отжимными планками (т.е. толщина ленты) 0.30.43 мм

(определяется щупом с точностью до 0.01 мм).

- Скорость протяжки стеклоленты 610 м/мин (протяжка обрезиненным

роликом).

- Натяжение стеклоленты 1015 кГс (потенциометром установить силу тока,

соответствующую заданному напряжению ленты).

Общая схема пропитки

4. Стеклонить

Допускается использовать стеклонити:

ВМС 6-7,2х1х2-80

ВМС 6-7,2х1х2-78

ВМПС 6-7,2х1х2-78

ВМПС 6-7,2х1х2-270

ВМПС 6-7,2х1х2-76

ВМПС 6-7,2х1х2-14

ВМПС 6-7,2х1х2-94

ТУ 6-48-111-94, ТУ 6-48-119-94

Расшифровка названия стеклонити:

ВМ - обозначение химического состава

С - непрерывное стекловолокно

6 - диаметр 6 микрон

7.2 - плотность волокна в тексах (1 текс – 1000метров будет весить 7.2

грамм)

2 - во сколько сложений складывается волокно в нити

Примечания:

1. Ранее использовалась нить ВМС.

С 2001г. введена нить ВМПС.

2. Замасливатель -80 снят с производства из-за недостатков.

Взамен теперь замасливатель -78 для стеклотканей, -270 и -78

для стеклоленты.

5. Параметры, контролируемые при пропитке

а) Качество раскладки нитей в прядь, не допускаются жгутовки и

расщепления прядей на части.

б) Не допускаются обрывы нити более 5% от общего числа заправленных

нитей.

в) Уровень связующего в пропиточной ванне.

г) Равномерность пропитки связующим

д) Не допускается попадание на поверхность ленты загрязнений.

6. Температурные режимы по зонам сушильной камеры

1-я зона 18030оС (по воздуху)

2-я зона 28020оС (по воздуху)

3-я зона 30020оС (по воздуху)

7. Контролируемые параметры готовой стеклоленты

а) Ширина 10+1

мм (замерять линейкой).

б) Вес погонного метра сухой ленты 2.953г.

в) Содержание связующего 2833% (в техпроцессе на лонжерон 3034%).

г) Содержание летучих не более 0.8%.

д) Содержание растворимой смолы 95100%.

е) Не допускаются: провисание нитей, жгутование нитей, пережог ленты.

ж) Готовая лента обладает небольшой липкостью.

з) Цвет от светло-желтого до светло-коричневого.

8. Хранение

Хранение на бобинах 90.29.40.94.0333, в полиэтиленовой упаковке,

если лента сразу передается на изготовление изделия; в нерафинированной

упаковочной бумаге, если передается на хранение.

Срок хранения:

при 510оС 10 суток

при 1025оС не более 5 суток

при 2535оС не более 3 суток.

После холодильника ленту выдержать 23 часа до температуры цеха,

не вскрывая упаковку, иначе при открытии пакета на холодную ленту

осаждается конденсат влаги.

По истечении срока хранения проверить содержание растворимых и

летучих. Если в норме, ленту можно использовать в течение 24 часов, после

чего вновь провести анализ.

9. Информация, указываемая на бирке

- марка и номер партии стеклонити

- марка и номер партии связующего

- дата изготовления стеклоленты

- номер бобины

- количество стеклоленты в метрах

- содержание (в %) связующего, летучих веществ, растворимой смолы.

- ширина (мм), толщина (мм), вес одного метра сухой стеклонити.

Бирка заверяется подписями оператора, мастера, БТК.

Номер партии ленты (номер бобины) заносят в техпаспорт лонжерона.

Бирки подклеивают в дело.

10. Примечание

В техпроцессе на стеклоленту зазор между отжимными планками

0.30.43 мм. В техпроцессе на стабилизатор 286-3100-10 толщина ленты

0.170.26 мм (определяется микрометром). Или это просто толщины до и

после сушки ленты, или расхождение, ведь ленту делают для всего с

одинаковым зазором между роликами. Саму ленту замерить трудно, она

мягкая и липкая.

Пропитка стеклоткани Т-10-80 связующим ЭДТ-10П

Схема пропитки

Установка УПСТ-1000

ПИ 1.2.029-77

ТР 1.4.1564-86

Сматывание в рулон производить с подложкой из полиэтиленовой пленки.

В пропитанной стеклоткани:

содержание связующего 3034 %

содержание летучих 0.82.5 %

содержание растворимой смолы не менее 95 %

Хранение:

в заваренном полиэтиленовом мешке

Срок хранения:

при 510оС 10 суток (в холодильнике)

при 1025оС не более 5 суток

при 2535оС не более 3 суток.

По истечении срока хранения проверить содержание растворимых и летучих

и принять решение о допуске в производство.

Изготовление пакетов усиления для лонжерона 286-2900-20

1. Раскрой титановой фольги марки ОТ4-0-0.1 на заготовки.

2. Пробивка технологических отверстий на техприпуске.

3. Обезжиривание: один раз бензином «Нефрас», выдержка 10-15 мин при

15-35оС, два раза ацетоном, выдержка после каждого раза 5-10 мин при

15-35оС.

4. Укладка заготовок в контейнер. Пломбирование контейнера.

5. Термообработка заготовок в цехе №6 при Т=450±10С – 30 мин. (за

один раз обжигают 23 заготовки, всего получают 4 партии: 23, 23, 23 и

оставшиеся 17 – всего 86 шт.).

6. Контроль БТК цеха №6. Укладка в контейнер заготовок.

Пломбирование контейнера.

7. Обезжиривание заготовок (см. п. 3).

8. Нанесение клея ВК-25 при Т=15-35оС: на одну сторону 1 слой,

выдержка 30 мин, 2 слой, выдержка 30 мин, 3 слой, выдержка 3 часа,

аналогично 3 слоя на другую сторону.

9. Сушка подслоя клея ВК-25: Т=60+10/-5о

С - 1.5 часа, затем Т=125+10/-5о

С –

4 часа.

10. Раскрой заготовок стеклоткани Т-25, пропитанной связующим ЭДТ-

10П.

11. Зашкуривание подслоя клея ВК-25 на заготовках фольги. Удаление

продуктов зашкуривания.

12. Сборка пакетов усиления.

13. Опрессовка пакетов усиления на спецстоле: вакуум 0.80.9 кгс/см2 в

течение 5 мин.

14. Контроль БТК. Передача на сборку лонжерона.

Изготовление стенки 286-2900-320

для носового вкладыша 286-2900-190

1. Покрытие пресс-формы смазкой К-21. Сушка 3 часа при Т=25010оС.

2. Входной контроль однонаправленной стеклоленты. Изготовление

однонаправленного стеклошпона.

3. Раскрой стеклоткани Т-10-80, пропитанной связующим ЭДТ-10П, и

стеклошпона на заготовки.

4. Укладка заготовок в пресс-форму. Контроль удаления полиэтиленовых

пленок с заготовок.

5. Опрессовка стенки: Т=85+10/-5о

С - 1 час, затем Т=165+10/-5о

С – 4 часа.

6. Контроль качества стенки.

7. Взвешивание стенки. Теор. вес не определен. Фактич. вес ≈2.5 кг.

Схема

Дет. поз. 1 – из одного слоя ст/ткани. Разрешается поверх ст/ткани один слой

ст/шпона.

Дет. поз. 2 – из ст/шпона.

Изготовление противовеса 286-2900-40

для носового вкладыша 286-2900-190

1. Контроль нанесения и сушки смазки К-21 на пресс-форме. Сушка 3

часа при Т=25010оС.

2. Раскрой и укладка заготовок стеклоткани Т-10-80, пропитанной клеем

ВК-27, для дет. -40-5; -40-9.

3. Формование деталей 40-5; -40-9 по режиму: вакуум 0.80.9 кгс/см2 при

Т=60+10/-5о

С - 1 час или Т=1835С – 24 часа.

4. Раскрой и укладка заготовок стеклоткани Т-10-80, пропитанной клеем

ВК-27, для дет. -40-3.

5. Сборка противовеса и заливка заполнителя из ПСА.

6. Формование противовеса по режиму: Т=605оС – 3 часа.

7. Взвешивание. Теор. вес не определен. Фактич. вес ≈6.2 кг.

8. Контроль и сдача БТК.

Изготовление носового вкладыша 286-2900-190

1. Контроль нанесения и сушки смазки К-21 на пресс-форме 41.1408.

Сушка 3 часа при Т=25010оС.

2. Нанесение на зашкуренные поверхности деталей клея ВК-27.

3. Опрессовка деталей вкладыша:

Т=1535С – 2472 часа или Т=60+10/-5о

С - 1 час.

4. Контроль качества склейки деталей вкладыша.

5. Контроль нанесения и сушки смазки К-21 на пресс-форме 41.1407.

Сушка 3 часа при Т=25010оС.

6. Раскрой стеклоткани Т-10-80, пропитанной связующим ЭДТ-10П.

7. Облицовка носового вкладыша:

- вакуум не менее 0.80.9 кгс/см2

- Т = 110+10/-5о

С - 30 мин

- Р = 1 1.5 кгс/см2

- Т=60+10/-5о

С

- Р = 2+0.5

кгс/см2

8. Взвешивание. Теор. вес не определен. Фактич. вес ≈9.8 кг.

9. Проверка качества опрессовки носового вкладыша.

10. Маркировка. Сдача БТК. Сдача ПЗ.

Примечание. Детали носового вкладыша 286-2900-140СБ:

- противовес -40

- стенка -320

- заполнитель пенопластовый -192; -193; -198

Изготовление кронштейнов 286-2900-70

(левый и правый, в «старой» пресс-форме)

1. Нанесение подслоя клея ВК-25 на детали (прокладки) 286-2900-71-03; -

05 (аналогично фольге пакетов усиления).

1.1. Обезжирить прокладки один раз бензином «Нефрас», выдержка 10-

15 мин при 15-35оС, два раза ацетоном, выдержка после каждого

раза 5-10 мин при 15-35оС. Уложить в контейнер, термообработать

в ц.№6.

1.2. Обезжирить прокладки один раз бензином «Нефрас», выдержка 10-

15 мин при 15-35оС, два раза ацетоном, выдержка после каждого

раза 5-10 мин при 15-35оС. Нанесение окунанием клея ВК-25 на обе

стороны при Т=15-35оС: на одну сторону 1 слой, сушка 30- 60 мин, 2

слой, сушка 30 -60 мин, 3 слой, выдержка 3 часа.

1.3. Термообработка подслоя клея ВК-25: Т=60+10/-5о

С - 1.5 часа, затем

Т=125+10/-5о

С – 4 часа. При охлаждении допускается вынуть

заготовки из термошкафа при 60оС. Срок хранения прокладок с

нанесенным подслоем клея ВК-25 – 1 месяц.

2. Подготовка оснастки. Приспособление (пресс-форму для формования

кронштейнов) очистить, обезжирить, нанести 2 слоя смазки К-21,

термообработать в термошкафу 3 часа при Т=25010оС.

3. Формование уголков 286-2900-70-15; -17; -19; -21.

3.1. Раскрой стеклоткани на заготовки (для уголков направление основы

стеклоткани вдоль оси лонжерона).

Схема укладки

Слои ст/ткани

Уголок ст. 20х20

3.2. Уголки установить на трубу и закрепить изолентой, проложить

дренажную ткань Т-11 и поместить в вакуум-мешок.

3.3. Формование уголков в автоклаве

- вакуум 0.80.9 кгс/см2

- Р = 1 1.5 кгс/см2

- Набор Т=90оС – 30 мин

- Выдержка Т=90+10/-5о

С – 30 мин

- Поднять давление до Р = 2 3 кгс/см2

- Набор Т=170оС – 1 час

- Выдержка Т=170+10/-5о

С –1 час

- Охлаждение под вакуумом до 3050оС 12 часа,

не снимая вакуума.

3.4. Распрессовать.

Зачистить облой по периметру уголков.

Разрезать уголки:

286-2900-70-15; -17 300 мм 10 шт. на к-т ЛНВ

286-2900-70-19; -21 600 мм 10 шт. на к-т ЛНВ

3.5. Проверить шаблоном радиус 15 мм.

Эскиз

4. Изготовление частей кронштейна.

4.1. Раскроить стеклоткань Т-10-80 на заготовки для дет. 286-2900-70-5;

-7; -9; -27; -29, кроить под углом 45о к основе ткани.

Черт.№ детали Размер заготовки,

мм

Кол-во

на 1

ед.

Кол-во на 1 к-т

(5 ЛНВ)

(5 пар кронштейнов)

286-2900-70-5 300х100 51 510

286-2900-70-7 900х900 25 125

286-2900-70-9 900х900 25 125

286-2900-70-27 300х100 24 120

286-2900-70-29 900х900 8 40

4.2. Зашкурить подслой клея ВК-25 на прокладках до удаления глянца.

4.3. Уложить в углубление на нижней плите приспособления заготовки

ст/ткани и прокладки для дет. -70-5 по схеме и черт.286-2900-70

узел II.

4.4. Зашкурить стеклотекстолитовые вкладыши -70-11 (левый

кронштейн), -70-13 (правый кронштейн) и стеклопластиковые

уголки -70-15 (левый) и -70-17 (правый) до удаления глянца.

4.5. Нанести связующее на склеиваемые поверхности деталей (ЭДТ-10).

Подслой наносить непосредственно перед склейкой.

4.6. Уложить в приспособление уголки и вкладыши согласно эскизу.

Эскиз

После установки вкладыша и уголка замерить высоту между верхними

гранями уголка и вкладыша, уложить необходимое количество

компенсирующих слоев (на каждый миллиметр высоты уложить по 4 слоя

ст/ткани Т-10-80, пропитанной связующим ЭДТ-10П).

4.7. Поверх собранного пакета уложить слои ст/ткани с прокладками для

дет. -70-9 (правый) и -70-7 (левый) согласно схеме III чертежа 286-

2900-70.

Два нижних слоя ст/ткани уложить до риски в приспособлении,

обозначающей наиболее короткий внутренний слой ст/ткани. Последующие

два слоя ст/ткани д.б. на 5 мм длиннее предыдущих для обеспечения

равномерного свода на «ус». Дет. поз. 3 и 4 на длине «Е» - по черт. -70СБ.

Наиболее длинный слой должен располагаться на наружной

поверхности кронштейна.

Слои ст/ткани и прокладки фиксируют на двух фиксирующих штырях

8 мм в приспособлении. Ткань в местах фиксации прорезать.

4.8. Собранный пакет, не закрывая крышкой, выдержать 18-24 ч. при

15-35оС и влажности не более 75%.

4.9. На собранный пакет уложить верхнюю крышку приспособления.

Положение крышки ориентировать на два базовых штыря 5 мм в

приспособлении.

4.10. Из пленки «Рейтлон» вырезать две заготовки для вакуумного мешка

(0.9м х 0.9м). Заготовки склеить клеем 4НБув. В боковую стенку

вакуумного мешка вклеить штуцер, подложив под него 2 прокладки

из техпластины 5168 л. 2 мм и размером 100х100 мм, для установки

контрольного вакуумметра.

4.11. Поместить приспособление, обернутое дренажированной

полиэтиленовой пленкой и двумя слоями дренажной ст/ткани Т-11,

в вакуумный мешок, вложить вакуумную трубку, заклеить мешок.

Установить на мешок контрольный вакуумметр.

4.12. Подключить сборку к вакуумлинии, дать вакуум не менее 0.9

кгс/см2, перекрыть кран магистрали на 20 минут для проверки

герметичности (не менее 0.8 атм).

4.13. Отключить приспособление от вакуумной линии, снять

контрольный вакуумметр с приспособления, установить

герметичный колпачок на контрольный штуцер.

4.14. Поместить сборку в автоклав, подсоединить вакуумную трубку к

коллектору автоклава с помощью переходного трубопровода с

двумя накидными гайками.

Контрольная термопара устанавливается при снятии

термохарактеристик в тело приспособления вблизи наибольшей толщины

стеклопластиковой детали.

Рабочая термопара вмонтирована по центру автоклава.

4.15. Дать предварительный вакуум 300400 мм рт. ст., разгладить

складки на мешке и дать окончательный вакуум 0.80.9 кгс/см2.

4.16. Установить крышку на автоклав и завернуть 24 гайки.

4.17. Формование кронштейна.

Режим, первоначально указанный в техпроцессе

- вакуум 0.80.9 кгс/см2

- Р = 0.50.6 кгс/см2.

- набор до Т=120оС за 4060 мин

- при Т=120оС поднять давление до Р=2-0.2 кгс/см

2

- выдержка при Т=12010С и Р=2-0.2 кгс/см2 1 час, что соответствует

Т=80+10/-5

С в течение 30 мин по контрольной термопаре

- набор до Т=170оС за 4570 мин

- выдержка при Т=170+10/-5

С и Р=2-0.2 кгс/см2 3ч. 45 мин. 4 ч., что

соответствует Т=160+10/-5

С в течение 3ч. 3ч.15 мин. по контрольной

термопаре

- охлаждение до Т=50оС, не снимая давления

Режим, установленный от 09.06.03г.

(введено предварительное вакуумирование)

Вакуумирование

- вакуум 0.40.6 кгс/см2

- набор до Т=60оС за не менее 30 мин

- выдержка Т=60-10оС – 30 мин

- охлаждение до Т=3040оС, не снимая вакуума

Формование

- вакуум 0.80.9 кгс/см2

- Р = 0.50.6 кгс/см2.

- набор до Т=90оС за не менее 30 мин

- при Т=90оС поднять давление до Р=2 кгс/см

2

- выдержка при Т=90+10С, вакууме 0.80.9 кгс/см

2 и Р=2-0.2 кгс/см

2 30 мин по

рабочим термопарам, что соответствует Т=80+10/-5

С в течение 30 мин по

контрольной термопаре

- набор до Т=160оС за не менее 1 ч.

- выдержка при Т=160+10/-5

С, вакууме 0.80.9 кгс/см2

и Р=2-0.2 кгс/см2 3ч. 3

ч. 15 мин по контрольной термопаре

- охлаждение до Т=4050оС, не снимая давления и вакуума

Режим, утвержденный 14.09.05г.

Ю.Л. Барановым,Т.Б. Хмелевской, О.Н. Шамброт

Вакуумирование в ШС-9 по режиму согласно действующему техпроцессу не

производить.

Формование кронштейнов производить в автоклаве к-т 1 по следующему

режиму:

- собранные сборки кронштейнов установить в автоклав, подсоединить

вакуумные трубки и провести проверку герметичности вакуум-мешков при

вакууме 0.50.6 кгс/см2 в течение 10 мин.

- закрыть крышку автоклава, не снимая вакуума

- поднять температуру до Т=90оС за не менее 30 мин

- выдержать при Т=90+10С и вакууме 0.50.6 кгс/см

2 в течение 3040 мин

- поднять давление до Р=2 кгс/см2

- поднять температуру до Т=160оС

- выдержка при Т=160+10/-5

С, вакууме 0.50.6 кгс/см2

и Р=2-0.2 кгс/см2

3ч. 3 ч. 15

- охладить до Т=4050оС, не снимая вакуума и давления

4.18. Распрессовать сборку. Сверловка отверстий 16 мм.

4.19. Установить кронштейн на фрезерный станок с программным

управлением и обработать деталь по контуру.

4.20. Для определения качества пластика из техприпуска изготовить образцы:

№1, №2 – 2 шт. 15х20 мм (засверленные 5 мм) для определения

содержания связующего, №3 – стружка весом 810г. для определения

степени полимеризации.

Эскиз

4.21. Обрез припусков.

4.22. Контроль:

- проверить качество отформованного кронштейна простукиванием и

визуально. Складки, раковины, расслоения, непроклеи, смещение деталей не

допускаются.

- проверить размеры 16 мм, 1500.1 мм, 266.30.5 мм

Эскиз

- проверить толщину «щеки» кронштейна в точках по эскизу:

Эскиз

Теор. значения: b1, b2 = 5.5 0.5 мм, b3, b4 = 5.5 + 0.5 мм

- контроль качества стеклопластика:

содержание связующего д.б. 2730%, степень полимеризации связующего –

не менее 95%.

4.23. Сдача БТК, ПЗ.

5. Изготовление вкладышей 286-2900-70-11; -13

5.1. Очистить приспособление (пресс-форму) и сулаги от остатков

связующего. Обезжирить, нанести и термообработать смазку К-21.

5.2. Раскроить ст/ткань на заготовки для формования вкладышей (50 шт на 1

дет.). Каждый последующий слой д.б. короче предыдущего на 35 мм.

Заготовки укладывать в пресс-форму.

Схема:

5.3. На собранный пакет установить крышку пресс-формы и затянуть гайки.

5.4. Поместить приспособление в эл. шкаф и произвести формование

вкладышей:

Первоначальный режим

- Поднять температуру до Т=105оС за 30 мин

- Выдержка при Т=1055С – 30 мин

- Поднять температуру до 160оС за 1 час

- Выдержка Т=160+10/-5 о

С – 1 час

- Охлаждение до Т=4050оС

Новый режим (от 09.06.03г.)

- Поднять температуру до Т=100оС за не менее 30 мин

- Выдержка при Т=100+10С в течение 30 мин по рабочим термопарам, что

соответствует Т=100+10/-5о

С по контрольным.

- Поднять температуру до 160оС за не менее 1 часа

- Выдержка Т=160+10 о

С – 1 час по рабочим термопарам, что соответствует

Т=160+10 о

С – 1 час по контрольным термопарам

- Охлаждение до Т=5040оС с регистрацией на диаграмме

5.5. Открыть пресс-форму и вынуть деталь. Обрезать техприпуск в

утолщенной части детали, снять облой по периметру.

5.6. Контроль БТК:

- цвет стеклопластика от светло-желтого до темно-коричневого;

- не д.б. побелений, расслоений, трещин, раковин;

- проверка геометрических размеров, контуров

- проверка режима по диаграмме.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

----

Примечание. С 2006г. отрабатывают «новые» пресс-формы, пока

кронштейны в них не получаются.

Подготовка к вакуумированию лонжерона («чехловка»)

- Намотка лонжерона

- Фторопластовая лента (перфорированная)

- Первый слой дренажной ст/ткани

- Вакуумная трубка с отверстиями по всей длине лонжерона

- Второй слой дренажной ст/ткани

- Герметизация сборки пленкой «Райтлон»

- Внешняя вакуумная трубка (с противоположной от внутренней стороны) по

всей длине лонжерона, на три штуцера

- Подключение к автоклаву

Контроль отформованного лонжерона

1. Взвешивание лонжерона

Техприпуска предварительно обрезаны, оставлено по 10 мм с каждой

стороны. Сечение 7 должно быть на середине площадки весов.

Теоретического значения веса нет: определить по 20-ти комплектам.

2. Разметка по сечениям

Схема

3.Определение удельного веса

Норма 1.95-0.08 г/см3, т.е. 1.87 1.95 г/см

3.

Из обрезанного техприпуска /не того, что 10 мм/ вырезать по три образца 20

х 20 мм:

а) в комлевой части (в зоне прилегания к сеч. а1) – из передней и задней

стенок;

б) в концевой части (в зоне прилегания к сеч. с) – из передней, задней стенки,

верха и низа.

5. Определение степени полимеризации связующего.

Норма – не менее 95%.

По три образца из тех же мест.

Образец – стружка. Высверливают 810г.

При сверлении стружки не допускать ее загрязнения и потери осыпающейся

смолы.

6. Определение содержания связующего в стеклопластике.

Норма 28+2/-1

% (т.е. 2730%).

По три образца из тех же мест. Образец ≈ 15 х 25 мм, массой ≈15 45 г.

7. Замер толщины стенок лонжерона

Теоретические значения, мм:

Сеч. «Верх» «Низ» «Задняя

стенка»

б 10 10 5.2

1 8.5 8.5 5.2

2 7.5 7.5 5.3

3 7 7 5.5

4 6 6.5 5.7

5 6 6.3 5.8

6 6 6 6

7 6 6 6

8 6 6 6

9 6 6 6

10 6 6 6

11 6 6 6

12 6 6 6

13 6 6 6

14 6 6 6

15 6 6 6

16 6 6 6

17 6.3 6.3 6.3

18 6.3 6.3 6.3

m 6.3 6.3 6.3

c 6.3 6.3 6.3

Допустимые отклонения:

Сеч. б, 1 +0.5/-1.0 по «Н», 0.5 по «В»

Сеч. 2 +1.0/-0.5 по «Н» и «В»

Сеч. 35 0.5 по «Н», +1.0/-0.7 по «В»

Сеч. 618 +1.0/-0.7 по «Н» и «В»

По задней стенке + 1.0/-0.8 по всей длине.

8. Осмотр внешнего вида лонжерона

Не допускаются: недопрессовки, расслоения, складки, зоны,

обедненные связующим, пузыри в стеклопластике, зоны с пережатым

волокном.

Цвет стеклопластика согласно эталону.

Допускается «посеребрение» поверхностного слоя пластика

отдельными очагами площадью не более 2 см2 и общей площадью не более

50 см2 на одну сторону.

8.Осмотр внутренней поверхности лонжерона

Осмотр перископом типа РВП-451 на соответствие эталону.

Не допускаются раковины, расслоения.

9. Рентгено контроль

Разметка лонжерона для рентгеноконтроля (границы пакетов усиления):

Схема

L = 110 мм - самая короткая заготовка (пакета 7)

L = 355 мм – самая длинная заготовка (пакета 1)

По рентгенограмме проверяется положение пакетов усиления.

Допускается смещение от номинального положения 2 мм в продольном

направлении для одного пакета, суммарно не более 10 мм.

В поперечном направлении допускается смещение 1 мм для одного

пакета, суммарно - не более 6 мм. Поперечное смещение определять по сеч.

а1.

Термостатирование резины ВР-3в

для нагревательной накладки 286-2900-30

1. Раскроить заготовки ВР-3в:

δ = 0.5 6720 х 210 мм (+ припуск 0.5 м для ЦЗЛ)

δ = 0.8 42 х 180 мм

2. Раскроить расшлихтованную стеклоткань Т-11 по размерам заготовок

ВР-3в, прибавив по периметру 10 15 мм.

3. Положить заготовку Т-11 на заготовку ВР-3в, смотать в рулон,

перевязать фторопластовой лентой, одеть на стальной пруток,

установить в эл. шкаф.

ЭСКИЗ

Всего 4 прутка по 4 рулончика на каждом (сразу на несколько накладок). Под

третий слой резины на рулончик установить контрольную термопару.

ЭСКИЗ

4. Режим:

- набор Т=20010оС – 3 часа

- выдержка 5 часов

- охладить до 60оС (при 120

оС можно открыть шкаф)

- выдержать сутки при температуре цеха

5. Из каждой партии резины в продольном направлении вырезать по 9

образцов: три – для ЦЗЛ, шесть – если понадобятся повторные

испытания на удвоенном количестве образцов.

Прочность должна быть не менее 100 кг/см2.

Проверка противообледенительной системы (ПОС)

нагревательной накладки 286-2900-30

по электропараметрам

1. Проверить сопротивление изоляции между оковкой и нагревателем.

Должно быть не менее 60 Мом.

2. Проверить сопротивление нагревательных элементов. Должно быть:

1го

, 3го

, 6го

R=10+1/-0.5

Ом

1й

и 2й частей 2

го и 5

го R=20

+2/-1 Ом

3. Проверить эл. прочность изоляции испытанием на пробой

напряжением 1000В переменного тока при мощности источника тока

не менее 0,5 ква в течение 1 мин. Испытание выдержано, если не

произошло пробоя (или отключения нагревательной установки при

наличии в схеме блокировочного реле).

4. Повторить п.1 (проверка сопротивления изоляции).

5. Произвести прогрев нагревательной накладки. По «лобику» на каждой

секции установить термопары (6 шт.), закрепив их изолентой.

Режим прогрева:

- нагрев эл. током до Т=6070оС на поверхности резиновой накладки

- выдержка 1015 мин

- снятие эл. тока

6. Немедленно замерить сопротивление изоляции (повторить п.1).

7. Повторить п.3 (испытание на пробой, напряжение 850В, мощность

переменного тока не менее 0.5 ква, в течение 1 мин).

8. Повторить п.1 (проверка сопротивления изоляции).

Изготовление КЛН-уголков для лонжерона 286-2900-20

1. Мастику КЛН-1М залить в форму в виде желоба.

2. Установить поверх слой стеклоткани (дренажной? через фторопласт?),

затем радиусообразующую трубку. Закрепить сверху прижимами.

ЭСКИЗ

3. Провести отверждение 3 суток при 1535оС.

4. Фрезеровать углы уголков «на ус».

Установка лонжерона 286-2900-20 в пресс-форму …41.1380

Последовательность операций на начальной стадии процесса

подготовки к формованию заготовки лонжерона ЛНВ «286»

1. Раскрыть подвижные части пресс-формы (сторона ВД и плоскость

«П») для загрузки заготовки лонжерона.

2. Перед установкой оправки с лонжероном на домкраты пресс-формы

выполнить:

- установить на оправку в комлевой и концевой части рычаги (черт.

41.1380.06.06.) с их фиксацией на оправке штифтами (поз.7), стянуть

половинки рычага 4-мя болтами М12.

3. Установить оправку с намотанной заготовкой лонжерона на поднятые

домкраты.

4. Закрепить рычаги в домкратах винтами.

5. Кронштейны 286-2900-70 должны быть заранее установлены в комлевой

части пресс-формы.

6. Опустить заготовку лонжерона на пл. «П» пресс-формы, включить

давление в гидроцилиндры стороны ВД (кроме секций 1 и 2) и придвинуть

сторону ВД к стороне НД с зазором по «лобику» не менее 10 мм.

7. Установить на комлевую часть оправки шайбу (41.1380.14.00.004), планку

(…00.001), опять шайбу (…004), хомут (…14.01.000) с фиксацией штифтов в

отверстия оправки, стянуть половинки хомута 4-мя болтами.

8. Штурвалом выставить лонжерон с оправкой по оси до упора шпонки в

штурвал фиксатора. Проверить отсутствие зазора между шпонкой на винте и

штурвалом фиксатора (см. эскиз 1). Периодически контролировать размер

550±1мм между вкладышем и риской на оправке.

ЭСКИЗ 1

9. Сомкнуть пресс-форму в комлевой части (секции 1, 2) с зазором 2-3мм по

«лобику» секции 2. Перед смыканием комлевой части обеспечить зазор 3-5

мм между вкладышами секций 2 и 3 стороны ВД.

10. Болтом, расположенным в торце комлевой части стороны ВД пресс-

формы, придвинуть вкладыш стороны ВД секции 2 вплотную к вкладышу

секции 3 (зазор между секциями 2 и 3 недопустим).

11. Установить съемную плиту на комлевую часть пресс-формы.

12. Включить рабочее давление в цилиндрах стороны ВД пресс-формы ,

включая и 4 цилиндра комлевой секции, до полного смыкания вкладышей.

Сбросить давление до Р=0 атм.

13. Закрепить съемную плиту на пресс-форме (эскиз 2). Для этого:

закрутить не до упора, создавая минимальное усилие торцевым ключом,

прижимные гайки М16 на 4-х вертикально расположенных резьбовых

шпильках комлевой секции;

передвинуть две опорные площадки по двум стяжным болтам комлевой

секции к стороне НД;

затянуть не до упора, создавая минимальное усилие гаечным ключом, 4

болта М16, расположенные на опорных площадках, и 2 болта М16,

расположенные в стяжных болтах у стороны ВД.

через отверстия в съёмной плите вкрутить 8 втулок М12 во вкладыши ВД

и НД комлевой секции. Герметичность резьбовых соединений обеспечить

намоткой фторопластовой ленты ФУМ.

ЭСКИЗ 2

14.Включить рабочее давление в гидроцилиндрах по пл. «П» для ее

установки на упоры.

Проверить щупом отсутствие зазора между упором и рычагом по всем

секциям задней стенки. Перед началом температурного режима в отдельных

секциях допускается зазор до 3-5 мм (при 900С зазоры должны

отсутствовать). Проверить щупом отсутствие зазора между секциями 2 и 3

ВД.

15. Установить и зафиксировать хомут в концевой части оправки.

16. Срезать в концевой и комлевой частях технологические припуски и снять

були

17. Завести две тяги, прикрепленные к вкладышам ВД и НД первой комлевой

секции, в проушины пластины (закреплены на технологическом

продолжении оправки) и зафиксировать их.

18.Включить рабочее давление в гидроцилиндры стороны ВД пресс-формы

до полного смыкания вкладышей.

19. Накинуть верхние стяжные болты на проушины вкладышей стороны НД

пресс-формы.

20. Установить между плоскостью проушины и опорной шайбой шаблон

толщиной 0,4-0,5мм. Эту операцию выполнить для всех стяжных болтов,

включая и комлевую секцию пресс-формы. Закрутить на болтах гайки

вручную до упора. Снять шаблоны.

21. Переключить рабочее давление в гидроцилиндрах по стороне ВД пресс-

формы, включая и 4 цилиндра в комлевой секции, на открытие пресс-формы.

Сбросить давление в гидроцилиндрах по стороне ВД пресс-формы до Р=0

атм.

22. Подключить пневмокамеры по ВД, НД и пл. «П» к пневмосети.

Определить герметичность пневмокамер по ВД, НД и пл. «П», поочередно

создавая в них давление Р=3атм. и сбрасывая давление до Р=0атм.

23. Подключить электропитание к нагревателю съёмной плиты и комлевому

нагревателю, расположенному в оправке.

24. Штурвалом отвести упор от оправки на не менее 10 мм.

25. Открутить винты на домкратах, фиксирующие положение оправки в

комлевой и концевой частях. Опустить домкраты на 5-7 мм. Открутить болт,

расположенный с торца комлевой части стороны ВД, на 6-8мм.

26. После определения начала стадии желатинизации связующего выполнить

следующие действия:

- создать рабочее давление в цилиндрах стороны ВД пресс-формы, включая и

4 цилиндра комлевой секции;

- затянуть гайки на стяжных болтах до упора на всех секциях пресс-формы;

- равномерно поджать верхнюю плиту комлевой секции, закручивая до упора

4 гайки М16 и 6 болтов М16 (см. эскиз 2);

- проверить отсутствие зазоров между вкладышами ВД и НД со стороны

«лобика» и между упорами рычагов со стороны пл. «П». Закрыть

фиксаторы рычагов.

27. Ведение режима формования осуществлять по действующему

техпроцессу.

Изготовление нервюр

286-2900-210, 286-2900-220, 286-2900-240

(на оправке)

1. Подготовка оснастки (очистка, обезжиривание, нанесение на оправки и

цулаги смазки К-21, термообработка смазки 3 ч. при 250+10о

С).

2. Раскрой заготовок стеклоткани Т-10-80, пропитанной ЭДТ-10П, по

шаблонам 28.29.40.94.0438.

3. Уложить на оправку прокладки из фторопластовых лент. У пл. «П»

вниз надписью уложить этикетку с чертежным и производственным

номерами нервюры.

4. Выложить заготовки стеклоткани и уголки -214-03, -04, -05, -06 по

схеме укладки (схема своя для каждой нервюры).

5. Поверх сборки уложить фторопластовые ленты, цулаги, закрепить

липкой лентой, обернуть дренажной стеклотканью Т-11, поместить в

мешок из ткани 500, уложить вакуумную трубку между оправками,

заклеить мешок.

6. Проверить герметичность вакуум-мешка. Поместить вакуум-мешок в

автоклав, подсоединить вакуумную трубку к вакуум-системе

автоклава. Закрыть автоклав. Режим по рабочим термопарам:

- Вакуум не менее 0.8 кгс\см2

- Р=11.5 кгс\см2

- Набор Т=80ºС - не менее 30 мин

- Поднять Р до 23 кгс\см2

- Набор Т=160ºС - не менее 65 мин

- Выдержка Т=160+10\-5

ºС - 1 час

- Охладить до 4050 ºС, не снимая вакуума и давления

Примечание. В автоклавах №5, №6 режим:

905оС Набор 6075 мин

Выдержка 30 мин

170+10/-5оС Набор 8595 мин

Выдержка 60 мин

7. Извлечь мешок из автоклава, распрессовать нервюры, снять с оправок.

8. Обрезать техприпуски нервюр на станке 8Н-415 (размер техприпуска –

по вставляемому в нервюру вкладышу). Запилить заусенцы.

9. Контроль:

- внешний вид (цвет, отсутствие раковин, трещин, складок, расслоений)

- прочность нервюр (отогнуть полку на 35оС, не должно оставаться

побелений)

- контур (шаблонами 28.29.40.52.0845.0000)

- периодические испытания по образцам (периодичность – 5 шт. из 100шт.

каждого наименования):

* содержание связующего 2832%

* степень полимеризации связующего – не менее 95%

* прочность стеклопластика на растяжение – не менее 50 кгс/мм2

- углы между полкой и стенкой нервюры д.б. 90+1о

для нервюр -210; -220 и

90о+30 для -240.

- взвешивание нервюр (теор. вес не определен).

10. Сдача БТК. Сдача в ПРОСК.

Основные параметры и допуски по 286-2900-00ТУ

Вес лонжерона: не установлен (уточнить по первым 20-ти комплектам).

Вес НЧЛ: 80.4±0.8 кг.

Вес ЛНВ: 96.2 кг.

Длина НЧЛ: 7593-2 мм (от сеч. «а1» до сеч. «с»).

Длина ЛНВ: 7728±3 мм.

Кривизна НЧЛ в плоскости вращения: ≤11мм.

Увод концевого сечения НЧЛ относительно сеч. «а1» в плоскости

вращения: ≤7.5 мм.

Свес НЧЛ: ∆≤20, где ∆=(L1-L2) L1 – в прямом направлении

L2 – в обратном направлении

Прогиб ЛНВ (свес ЛНВ):

- в прямом положении 465 при 20оС;

- в обратном положении 465 при 20оС.

Продольная балансировка ЛНВ Мст=3201.5 кгсм

Допуск на крутку ЛНВ 15 (замеряется крутка НЧЛ перед стапельной

склейкой).

Допустимые отклонения контура ЛНВ по 286-2900-00СБ п.5:

0.2 мм НЧЛ до зоны склейки с хвостовым отсеком

0.3 мм в зоне склейки НЧЛ с хвостовым отсеком (53 мм от пл. «Т» к

«лобику») и 45 мм от пл. «Т» к стрингеру хвостового отсека

0.4 мм на оставшейся части хвостового отсека

Нанесение антиадгезионных смазок

Оправка для намотки лонжерона:

- на поверхность клина и внутренние поверхности элементов оправки,

соприкасающиеся с клином, наносят смазку ЦИАТИМ. Предварительно

поверхности очищают от загрязнений и смывают старую смазку. ЦИАТИМ

не подвергают термообработке.

- на наружную поверхность оправки – фторопласт, технабор, фторопласт.

Пресс-форма для формования лонжерона:

-очистка

- обезжиривание бензином

- выдержка 15-10 мин при 15-35оС

- обезжиривание ацетоном

- выдержка 10-5 мин при 15-35оС

- обезжиривание ацетоном второй раз

- выдержка 10-5 мин при 15-35оС

- нанесение смазки К-21

- термообработка смазки Т=25010оС – 3 ч

2.2 Практические занятия

Практическое занятие №1.

Проработка авиационной КД на детали из ПКМ.

Чтение чертежа простой детали из ПКМ, пояснение сути техтребований.

Студенту выдается чертеж несложной детали. Задача студента – разобраться

в чертеже.

Примеры выполнения задания:

На выданном чертеже изображена нервюра. Она изготавливается методом

выкладки из двух заготовок конструкционной стеклоткани Т-10-80.

Заготовки раскраиваются по шаблонам, схема раскроя приведена на чертеже.

На выданном чертеже – лонжерон рулевого винта. Он изготавливается

методом намотки из ленты ВПС-31 под углом 30о. Лонжерон состоит из

четырех слоев намотки. Между слоями намотки в области отверстий,

которыми лопасть навешивается на втулку РВ, - пакеты усиления из

титановой фольги и стеклоткани Т-25.

Практическое занятие №2.

Составление схемы технологического процесса изготовления несложной

детали из ПКМ на основе предоставленных преподавателем условий.

Пример выполнения задания.

Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: нервюра

выкладывается из 4-х заготовок стеклопластикового препрега на оправке и

формуется в автоклаве с помощью сулаг.

1. Нанести на оправку и сулаги 2 слоя антиадгезионной смазки К-21 во

взаимно перпендикулярных направлениях. Провести отверждение смазки в

течение 3-х часов при 250±10оС.

2. Изготовить вакуумный мешок: склеить мешок из пленки «Райтлон» и

установить два штуцера.

3. Получить на участок стеклопластиковый препрег. Провести входной

контроль препрега. Для этого проверить по сопроводительной бирке марку и

жизнеспособность, содержание связующего, «летучих» и растворимой

смолы. Затем осмотреть препрег на отсутствие непропитанных, плохо

просушенных или пережженных мест, повреждений, посторонних

включений, проверить липкость препрега.

4. Раскроить из препрега по шаблонам 4 заготовки.

5. Выложить заготовки на оправку в соответствии с чертежом и схемой

выкладки. В указанном на схеме месте уложить этикетку с чертежным и

производственным номерами нервюры.

6. Установить на сборку сулаги. Обернуть сборку дренажной

стеклотканью и поместить в вакуумный мешок. Заклеить мешок, создать в

мешке вакуум, проверить герметичность мешка со сборкой. Переместить

сборку в автоклав, подсоединить к вакум-системе автоклава. Закрыть

автоклав, включить нагрев автоклава, дать необходимое давление.

7. Формовать нервюру в автоклаве при заданных вакууме, температуре,

давлении и выдержке по времени с записью режима формования на

диаграмму. Охладить в автоклаве, не снимая давления и вакуума, до

температуры цеха.Снять давление и вакуум, открыть автоклав, отсоединить и

извлечь сборку.

Примечание. Обычно охлаждают до 50÷40оС.

8. Извлечь сборку из вакуумного мешка, снять дренажную стеклоткань и

сулаги. Распрессовать нервюру, т.е. вынуть оправку. Обрезать припуска

нервюры, зачистить нервюру от заусениц и потеков связующего.

9. Провести контроль изготовленной нервюры, включающий:

- визуальный осмотр (цвет, отсутствие раковин, трещин, складок,

расслоений, повреждений);

- проверку геометрических параметров (углы, толщина стенок), проверку

контура нервюры шаблонами;

- взвешивание;

- определение содержания связующего в стеклопластике и степени его

полимеризации, прочность стеклопластика на растяжение - на образцах из

припуска нервюры.

Примечание. Поскольку упоминаемые в заданиях детали могут быть

незнакомы студенту, достаточно упомянуть контролируемые параметры в

общих чертах. Расписать их подробно будет дополнительным плюсом, но не

является обязательным. Однако просто слово «контроль» без упоминания

параметров – это ответ не выше оценки «три».

10. Оформить технологический паспорт и передать нервюру с

техпаспортом в ПРОСК или на дальнейшие операции.

Практическое занятие №3.

Самостоятельный обоснованный выбор метода изготовления и оснастки для

несложной детали из ПКМ.

Пример задания: студенту выдается готовая деталь или чертеж детали, задача

студента разработать краткую схему техпроцесса аналогично практическому

занятию №3, но в данном случае студент самостоятельно выбирает и

обосновывает способ изготовления и оснастку.

Практическое занятие №4.

Чтение данных с экрана рабочей станции АСУ ТП, самостоятельное,

определение параметров режима.

Задача учащихся – ознакомиться с АСУ ТП, научиться понимать данные.

Какой режим идет на детали? Сколько у него ступеней? Какая стадия сейчас?

Какая температура на нагревателях? Находится ли она в допуске? Есть ли

давление, вакуум, их значения? Что показывает обзорный график? И т.д.

Методические указания

к лабораторной работе № 1

по дисциплине «Технология композиционных материалов и конструкций»

«Ознакомление с технологиями производства препрегов»

1. Цель работы. Изучить технологии изготовления препрегов,

ознакомиться с применяемыми оснасткой и оборудованием, освоить

расчёт и методики определения контролируемых показателей

препрегов.

2. Основные сведения.

Препрег – это полуфабрикат полимерного композиционного материала.

Это наполнитель, пропитанный связующим. Наполнителем могут

являться ткани, нити, бумага и т.д. Связующее (в зарубежной

терминологии – «матрица») представляет собой смесь одной или

нескольких смол с другими веществами – отвердителем,

пластификатором, катализатором или ингибитором и др. В процессе

формования (отверждения по согласованному с ВИАМом режиму)

препрег полимеризуется, превращаясь в композит.

Изготовление препрегов осуществляется одним из двух способов:

«мокрым» (ручным) или машинным.

При первом варианте наполнитель пропитывается вручную: окунанием

в ёмкость со связующим или нанесением связующего на наполнитель

кистью или шпателем. Здесь многое зависит от квалификации

рабочего, сложнее обеспечить равномерность пропитки, нужное

процентное содержание связующего в препреге. Такой метод

используется в производстве ненагруженных деталей, например, рамы

двери, крышки люка.

При втором варианте используются специальные автоматизированные

установки. На Лопастном заводе ОАО «Роствертол» это установки для

пропитки стеклоленты, стеклотканей и полимерной бумаги. Рулон

ткани или бумаги устанавливается на вал установки. Если речь идёт о

стеклоленте, то на валу в один ряд собирают стеклонити с двухсот

катушек, установленных на штыри специального «контейнера»-

шпулярника. Далее наполнитель, разматываясь с определённой

скоростью, поступает в шахту, снабжённую нагревателями и

вентиляцией, и подвергается просушке от впитавшейся из воздуха

влаги с одновременным удалением замасливателя, если он есть. Из

шахты наполнитель проходит через ёмкость со связующим, отжимные

валики и вновь подсушивается для снижения липкости и удаления

«летучих» веществ. Готовый препрег сматывается на бобину или в

рулон.

К машинным методам пропитки также относят пропитку под

давлением, когда связующее нагнетается в форму с пакетом заготовок

наполнителя, и автоматические камеры напыления связующего на

наполнитель.

В готовых препрегах определяют следующие качественные показатели:

1. Внешний вид. Не допускаются зоны с повреждениями,

непропитанные, с потеками связующего, пересушенные.

Определяется визуально.

2. Содержание летучих веществ (частиц растворителя из смолы).

Для разных препрегов от 0 до 6%.

Для препрега на связующем ЭДТ-10П, используемом на ОАО

«Роствертол», содержание летучих должно быть 0,8 ÷ 2,5% для

пропитанной стеклоткани и не более 0,8% для однонаправленной

стеклоленты.

3. Содержание связующего – для конструкционных препрегов

обычно должно быть 2834%, для электротехнических 4045%.

4. Содержание растворимой (т.е. реакционноспособной) смолы –

должно быть не менее 95%.

Контроль по п.1 осуществляется на участке пропитки в процессе

изготовлении препрега, по п.п.2÷4 в лабораторных условиях

методом пиролиза на образце препрега от каждой бобины ленты или

каждого рулона пропитанной ткани.

В начале пропитки после пропитки нескольких метров ленты или ткани

ее кусочек относится в лабораторию и делается экспресс-анализ. Он занимает

2-3 минуты и основан на определении веса погонного метра препрега.

Экспресс-анализ показывает, соответствует ли препрег требованиям,

пропитывать ли дальше. Он производится также несколько раз в процессе

пропитки и на готовом препреге. По сравнению веса пропитанного и

непропитанного образца одинаковой площади определяется суммарный

привес связующего и «летучих».

Кроме экспресс-анализа, используется полный пиролизный (т.е.

основанный на выжигании образца) анализ. При этом определяется:

1. Содержание связующего в наполнителе.

2. Содержание растворимой смолы (с момента приготовления

связующее теряет часть жизнеспособности, т.е. смола начинает

полимеризоваться. Не менее 95% связующего должно оставаться

реакционноспособным).

3. Содержание «летучих» - сколько удалилось и сколько осталось

растворителя. Если «летучих» меньше нормы, значит, препрег пересушен.

4. Для стеклоленты – вес погонного метра.

Содержание смолы или армирующих материалов может быть

определено химической идентификацией, экстракцией растворителем или

пиролизом. Содержание «летучих» определяется неполным пиролизом в

стандартных условиях испытания.

Для препрега на связующем ЭДТ-10П определение выполняется

следующим образом:

1. Для определения летучих образец препрега взвешивают,

просушивают 10 мин в термостате при 1605оС и снова взвешивают.

Содержание летучих:

(Р2-Р1)

В (%) = -------- х 100%,

Р2

где Р2 вес препрега (г) до просушки, Р1 после просушки.

2. Для определения содержания связующего после просушки и

определения летучих тот же образец препрега сжигают 40÷60 мин в

муфельной печи при 600÷650оС (при этом происходит выжигание смолы).

Выжженный образец взвешивают третий раз. Содержание связующего:

(Р1-Р)

А (%) = -------- х 100%,

Р1

где Р1 вес препрега (г) после просушки, Р после выжигания.

3. Для определения содержания растворимой смолы берут

другой образец препрега, взвешивают, выдерживают в ацетоне, подсушивают

10 мин в термостате при 1005оС и снова взвешивают. Затем сжигают в

муфельной печи 10÷15 мин в муфельной печи при 600÷650оС.

Содержание растворимой смолы:

В-d

С (%) = -------- х 100%,

В-а

где В – начальный вес препрега (г), d - после просушки, а - после

выжигания.

3. Методика выполнения работы и контрольные вопросы.

Ознакомиться с «мокрым» способом пропитки (возможно

самостоятельное выполнение одним или каждым студентом

«мокрой» пропитки образца ткани). Что такое норма расхода

связующего, для чего нужен этот показатель?

Ознакомиться с машинной пропиткой стеклоткани на установке

УПСТ-1000, изготовлением однонаправленной стеклоленты на

установке УЛС-3М. Самостоятельно визуально определить

соответствие внешнего вида препрега требованиям качества.

Почему перед пропиткой важно просушить наполнитель от

влаги? Какие функции выполняют отжимные валы? Какие

вещества называют «летучими», почему важно минимизировать

их содержание?

Ознакомиться с работой специалистов клееприготовительной

лаборатории, основными этапами приготовления связующих и

клеёв: дозирование компонентов в соответствии с рецептурой и

смешивание по определённому режиму.

Ознакомиться с работой специалистов лаборатории контроля

материалов, при возможности пронаблюдать определение

качественных характеристик препрегов, самостоятельно

выполнить экспресс-анализ.

Рассчитать качественные характеристики препрега на основе

данных преподавателем условий.

Пример задачи для расчёта:

Содержание «летучих» в препреге на основе связующего ЭДТ-10П должно

быть не более 6%. Соответствует ли этому требованию пропитанная

стеклоткань, если при анализе масса образца до просушивания в термостате

22.1523 г, после просушивания 19.7836 г?

Решение:

Содержание летучих:

(22.1523 – 19.7836)

В (%) = ------------------------- х 100% = 10,693%

22.1523

Препрег не соответствует требованиям.

По итогам работы написать отчёт, в который включить

письменные ответы на контрольные вопросы и решение

расчётной задачи.

4. Литература.

Б.Н. Слюсарь, М.Б. Флек, Е.С. Гольдберг, Н.В. Рождественская, С.Н. Шевцов

«Технология производства лопастей вертолётов и авиационных конструкций

из полимерных композиционных материалов», Ростов-на-Дону, 2013г.

В.Н. Крысин, М.В. Крысин «Технологические процессы формования,

намотки и склеивания конструкций» М.; «Машиностроение» 1989г., 235с.

Электронный вариант.

«Справочник по композиционным материалам» (под ред. Дж. Любина). Пер.

с англ.; т.1, т.2, М.; «Машиностроение» 1988г.

Методические указания

к лабораторной работе № 2

по дисциплине «Технология композиционных материалов и конструкций»

«Изучение технологий изготовления деталей вертолёта

методами выкладки и спиральной намотки»

1. Цель работы. Изучить технологические процессы и оснастку,

используемые при изготовлении авиационных деталей методами

выкладки и спиральной намотки, освоить расчёт количества заготовок

препрега для получения детали заданной толщины, определение шага и

угла намотки.

2. Основные сведения.

Выкладка заготовок на оправку, в матрицу или пресс-форму бывает

ручная и механизированная и заключается в послойном наборе пакета

из заранее раскроенных заготовок препрега. Производится в

соответствии с чертежом или схемой укладки. Число слоев должно

обеспечивать заданную толщину изделия. Толщина детали

определяется толщиной и количеством отформованных слоев препрега.

Намотка - процесс формообразования элементов или конструкций из

композитов, при котором заготовки получают путем автоматической

укладки препрега на оправку при вращении оправки или раскладчика

станка по заданным траекториям. Намотка производится нитями,

жгутами, лентами и тканями на станках с ЧПУ. Механизмы станка в

соответствии с программой перемещаются с определенной скоростью,

контролируя углы намотки и расположение армирующего материала.

Материал можно обертывать вокруг оправки в виде прилегающих друг

к другу полос или по какому-то повторяющемуся рисунку до полного

покрытия поверхности оправки. Слои материала наносятся

последовательно под одним и тем же или под разными углами намотки,

пока не будет набрана нужная толщина. Угол намотки может

изменяться от продольного до окружного, т.е. от 0о до 90о к оси

оправки, включая все углы в этом интервале.

Спиральная намотка осуществляется путем укладки армирующего

материала, пропитанного связующим, по спиральным линиям. Этот вид

намотки используется для изготовления лонжеронов, частей

трубопровода, конических отсеков, сосудов высокого давления. ктера

нагружения конструкции.

Материал (обычно лента или нить) наматывается на оправку под

заданным (постоянным или переменным) углом к ее оси. Угол должен

соответствовать расчетным прочностным характеристикам. Изменение

угла намотки может происходить за счет:

1. изменения шага (расстояния между витками материала);

2. изменения скорости перемещения подвижной каретки

(раскладчика) или (и) вращения оправки.

После первого витка лента или нить, наматываемая на оправку,

образует спиральную или близкую к ней линию. Второй виток имеет

определенное смещение (шаг) по отношению к первому. Витки могут

ложиться внахлест (с задаваемым процентом перекрытия), встык или с

расстоянием. Смещение витка зависит от угла между плоскостью витка

и осью оправки, ширины ленты и габаритных размеров изделия. С

помощью соответствующего делительного устройства и программы

намотки пространство между витками заполняется последующими

витками ленты.

Например, при намотке лонжерона лопасти НВ один слой намотки

состоит из 12-ти проходов раскладчика (6 раз прямо и обратно) вокруг

неподвижной оправки. При этом оправка полностью покрывается

двойным слоем укладываемой встык стеклоленты. Вся намотка состоит

из 12-ти таких слоев, т.е. 144 прохода раскладчика. Толщина намотки в

данном случае равна 24 толщинам стеклоленты.

3. Методика выполнения работы и контрольные вопросы.

Изучить процесс изготовления авиационных деталей методом

выкладки на лопастном производстве ОАО «Роствертол».

Ознакомиться с основными видами оснастки: разборные и

неразборные оправки, контурные плиты, матрицы, сулаги и др.,

указать в отчёте их назначение.

Изучить процесс спиральной намотки заготовки лонжерона. Указать

основные части намоточного станка и количество раскладчиков.

Самостоятельно определить качество (визуально), угол и шаг

намотки лонжерона.

Определить количество заготовок препрега или слоёв намотки для

детали. Необходимые для расчёта данные выдаёт преподаватель.

Пример задания. Какое количество заготовок пропитанной

стеклоткани необходимо для изготовления кронштейна с толщиной

стенки 5.2 мм, если между слоями препрега для усиления

необходимо дополнительно проложить 11 слоёв титановой фольги?

Толщина стеклоткани 0.23 мм, фольги 0.18 мм.

Решение. (5.2 – 11 х 0.18) / 0.23 = 14 заготовок

Оформить отчёт по результатам работы.

4. Литература.

Б.Н. Слюсарь, М.Б. Флек, Е.С. Гольдберг, Н.В. Рождественская, С.Н. Шевцов

«Технология производства лопастей вертолётов и авиационных конструкций

из полимерных композиционных материалов», Ростов-на-Дону, 2013г.

В.Н. Крысин, М.В. Крысин «Технологические процессы формования,

намотки и склеивания конструкций» М.; «Машиностроение» 1989г., 235с.

Электронный вариант.

«Справочник по композиционным материалам» (под ред. Дж. Любина). Пер.

с англ.; т.1, т.2, М.; «Машиностроение» 1988г.

Методические указания

к лабораторной работе № 3

по дисциплине «Технология композиционных материалов и конструкций»

«Изучение методов формования авиационных деталей и узлов

из полимерных композиционных материалов»

1. Цель работы. Ознакомиться с методами формования авиационных

деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ),

применяемыми оборудованием и оснасткой, научиться определять

стадии желатинизации связующего методом вытягивания нитей и по

данным автоматизированной системы управления режимом

формования.

2. Основные сведения.

Формование – процесс отверждения препрега и образования

композиционного материала путём полимеризации связующего по

определённому режиму.

Режим – это параметры технологического процесса (температура,

давление, вакуум, время), при которых препрег переходит в твердое

состояние. Все режимы разрабатываются на основе рекомендаций

ВИАМа.

При возрастании температуры связующее становится менее вязким, но

затем начинается процесс желатинизации – молекулы начинают

соединяться в полимер – вязкость возрастает, но препрег ещё

продолжает оставаться мягким. При достижении точки стеклования

начинается массовая необратимая полимеризация, переход большей

части связующего в твёрдое состояние. Если контролировать данный

процесс вручную, во время желатинизации начинают тянуться нити

связующего, как при варке сахарного сиропа. В этот момент важно

дать давление, формующее деталь, придающее необходимый контур.

Если дать его раньше, из детали выдавится много связующего, если

позже – уже затвердевшему пластику не придать необходимый контур.

Поэтому определение начала желатинизации является ответственной

операцией. Например, при изготовлении лонжерона лопасти в пресс-

форме желатинизация протекает приблизительно 12 минут. За это

время надо дать давление сжатого азота в камеры, выдержать три

минуты, сбросить и сомкнуть пресс-форму (первоначально заготовка

больше конечной детали, поэтому пресс-форма смыкается с зазором, и

лишь при формовании происходит уплотнение слоёв препрега,

вытекание части связующего, «усадка» заготовки и пресс-форма

смыкается полностью). Ранее начало желатинизации и момент подачи

давления контролировали методом вытягивания нитей вытекающего

связующего, сейчас в пресс-формах и автоклавах это делает

автоматизированная система управления режимом. По графику на

экране можно увидеть, на какой стадии находится режим, плюс

система дополнительно оповещает оператора сообщением и звуковым

сигналом.

Выбор метода формования определяется типом и габаритами изделия,

маркой и свойствами материала, требованиями, предъявляемыми к

качеству и точности изготовления. От способа изготовления изделия

зависит его стоимость.

Контактный способ формования наиболее прост и не требует сложной

технологической оснастки. Его в основном применяют для

ненагруженных деталей, часто сложных форм, например рам проёмов

корпуса вертолета. Обычно используют связующие холодного

отверждения, с выдержкой от 24 до 72 часов при температуре 15-30оС.

Давление создаётся прижимами или резиновой лентой с натягом.

Вакуумное формование. Заготовки выкладывают на плоскую или

криволинейную форму или оправку, помещают в вакуумный мешок и

формуют деталь. Формующей поверхностью является оправка, для

получения контура наружной поверхности изделия применяют сулаги

Поверх сулаг сборку оборачивают дренажной стеклотканью. Иногда в

качестве дренажа может использоваться металлическая сетка с ячейкой

менее 1 мм. Сборку помещают в вакуумный мешок из специальной

плёнки, заклеивают его и проверяют герметичность. Вакуум должен

быть 0.06-0.09 МПа (0.6-0.9 атм.). Для нагрева сборку помещают в

термошкаф или автоклав и проводят отверждение согласно

техпроцессу.

Вакуум-автоклавное формование. Подготовка сборки, монтаж

вакуумного мешка и формование детали происходят как при

вакуумном методе со следующими изменениями. Сборку помещают в

автоклав, подсоединяют к вакуумной системе автоклава. На

находящуюся под вакуумом деталь создают снаружи вакуумного

мешка давление сжатым азотом. Этот метод самый лучший для

получения качественного пластика, т.к. газ обеспечивает равномерное

давление. Чем выше давление, тем плотнее и однороднее получаемый

пластик. Однако этот метод высок по стоимости и не позволяет

получать высокоточный контур, т.к. контур обеспечивается только за

счет оправки и сулаг.

Пресс-форменный метод. Процесс прессования проводят в жестких

пресс-формах на гидравлических прессах, гидравлических и

пневматических цилиндрах или на стяжных болтах с пружинами. Для

обеспечения высокоточного контура детали пресс-форма должна быть

выполнена по матмодели. Формуемая поверхность имеет точный

контур и высокую гладкость. Этот метод применяется для

изготовления ответственных деталей вертолета, таких, как лонжеронов

лопастей несущего и рулевого винтов и др. Перед прессованием часто

проводятся предварительное вакуумирование собранного пакета в

слегка подогретом состоянии. Это делается для уменьшения объема

пакета, удаления воздуха и части «летучих», сохранения расположения

слоев заготовки при последующей укладке в пресс-форму за счет

лучшего их сцепления. Собранный пакет помещается в пресс-форму и

включается нагрев пресс-формы. После прогрева, когда связующее

размягчается и начинает переходить в вязкотекучее состояние, то есть

при температуре начала желатинизации, производится полное

смыкание пресс-формы. Под действием создаваемого давления

заготовка полностью заполняет объем пресс-формы, излишки

связующего отжимаются и вытекают по специальным канавкам, то есть

происходит формование детали. При необходимости для обеспечения

удаления летучих и лучшего размещения материала в форме в начале

проводят несколько подпрессовок (размыканий и смыканий пресс-

формы). В зависимости от материала заготовку выдерживают в пресс-

форме при определенных температуре (обычно 120-200оС), давлении и

времени, в течение которого происходит окончательное отверждение

связующего. После проведения режима пресс-форму охлаждают,

открывают и извлекают деталь.

Пресс-камерный метод формования. Этот метод применяется в

основном для пустотелых внутри труб и лонжеронов. На оправку по

длине устанавливаются специальные пресс-камеры (пневмокамеры) из

эластичной резины или тонкой (0.12мм) нержавеющей стали.

Сверху камеры обматываются резиной для предотвращения их

чрезмерного раздутия и разрыва и фторопластом в качестве

антиадгезионного слоя. Также в технологический набор могут входить

цулаги для получения более гладкой внутренней поверхности и

контура. Затем вокруг оправки с камерами наматывается или

выкладывается заготовка. Сборка устанавливается в пресс-форму и

производится формование аналогично предыдущему методу. Только

при этом способе формования пресс-форма не создает давления, а

только играет роль ограничителя контура. Давление на собранный

пакет осуществляется изнутри через пресс-камеры путем подачи в них

сжатого азота.

3. Методика выполнения работы и контрольные вопросы.

Ознакомиться с различными методами формования на лопастном

производстве ОАО «Роствертол». В отчёте для каждого метода

указать название метода, формуемую деталь и применяемую

оснастку, назначение вакуумного мешка и сулаг.

Выполнить определение стадии желатинизации методом

вытягивания нитей и по графику АСУ.

Оформить отчёт по работе.

4. Литература.

Б.Н. Слюсарь, М.Б. Флек, Е.С. Гольдберг, Н.В. Рождественская, С.Н. Шевцов

«Технология производства лопастей вертолётов и авиационных конструкций

из полимерных композиционных материалов», Ростов-на-Дону, 2013г.

В.Н. Крысин, М.В. Крысин «Технологические процессы формования,

намотки и склеивания конструкций» М.; «Машиностроение» 1989г., 235с.

Электронный вариант.

«Справочник по композиционным материалам» (под ред. Дж. Любина). Пер.

с англ.; т.1, т.2, М.; «Машиностроение» 1988г.

Методические указания

к лабораторной работе № 4

по дисциплине «Технология композиционных материалов и конструкций»

«Изучение сборки-склейки сотовых конструкций»

1. Цель работы. Ознакомиться с «рулонной» технологией изготовления

полимерсотопласта, полимерсотоблока, сотовой конструкции, изучить

технологии склеивания в стационарных приспособлениях и вакуум-

автоклавным методом, освоить расчёт параметров заготовки

полимерсотоблока.

2. Основные сведения.

Полимерсотопласты – это ячеистые материалы (обычно форма

ячейки шестигранная), напоминающие внешне пчелиные соты.

Сочетание лёгкого веса, высокой прочности, шумопоглощения

позволяет использовать их в авиации как заполнители хвостовых

отсеков лопастей, салонных перегородок, частей фюзеляжа,

шумопоглощающей облицовки гондол двигателей и иных деталей.

Наполнителями (армирующими элементами, воспринимающими

основную нагрузку) здесь служит специальная полимерная бумага,

реже – стеклоткани и другие виды тканей. Способ получения

полимерсотопластов называют «рулонным», потому что основные

стадии изготовления бумага или ткань проходит в виде рулона.

Наполнитель предварительно пропитывается аппретом – составом,

придающим определённые свойства (лучшее последущее сцепление со

связующим, увеличение жёсткости, пожаробезопасность и др.), затем

связующим (композицией из одной или нескольких смол со

специальными добавками). Полученный препрег «подсушивается» для

частичного или полного удаления липкости, затем поперёк рулона

через равные промежутки наносят клеевые полосы. Рулон разрезают на

отдельные листы, необходимое (рассчитанное) число листов

складывают в пакет, т.е. друг на друга, чередуя клеевые полосы

соседних листов в шахматном порядке.

После термообработки склеенный пакет и называется

полимерсотопластом. Из него вырезают (например, вырубают штампом

пресса с последующей фрезеровкой или шлифованием торцев)

заготовку будущей детали, равномерно растягивают её на специальном

устройстве для растяжки, надевают рамку, не дающую растянутой

заготовке сложиться обратно в пакет, и снова проводят

термообработку, фиксирующую заготовку в виде готовых сотов. Так

получают полимерсотоблок.

Затем с помощью мехобработки заготовке придают необходимую

форму и используют для изготовления сотовой конструкции, т.е.

авиационной детали, например, хвостового отсека лопасти или панели

фюзеляжа. Для этого сотоблок склеивают с обшивками и иными

указанными в чертеже деталями (нервюрами, металлическими

пластинами, окантовками и др.). Склейка сотовой конструкции

производится либо в автоклаве, либо в стационарном склеечном

приспособлении, оснащённом нагревателями и камерой давления.

3. Методика и пример расчёта количества листов препрега для

получения заданной чертежом ширины заготовки сотового блока.

Чтобы определить число листов препрега для сотов с шестигранными

ячейками используется формула:

n = (2∙b) / (a·3) , где

n – число листов наполнителя;

a – размер стороны ячейки, мм;

b – требуемая ширина сотов после растяжения, мм.

При стороне ячейки а = 4.2 мм

n = 0,275 · b

К расчитанному количеству добавляем листы на техприпуск – не менее 12

листов с каждой стороны – т.к. крайние ячейки плохо растягиваются.

Например, сотоблок хвостового отсека лопасти НВ с ячейкой 4.2 мм по

чертежу 396 мм. Это 109 листов, с учетом листов на крайние ячейки

набирают не менее 133 листов.

4. Методика выполнения работы и контрольные вопросы.

Ознакомиться с изготовлением препрега АБТ на Лопастном

заводе ОАО «Роствертол». Какие стадии проходит бумага в

процессе производства препрега, какие изменения бумаги на

каждой из стадий? Какое оборудование используется?

Ознакомиться с изготовлением полимерсотопласта. Какие

оборудование и оснастка используются? С какими целями

протяжка препрега при нанесении и сушке клеевых полос

осуществляется со строго определённой скоростью? Для чего при

сборке пакета необходимо клеевые полосы листа располагать

строго посередине между клеевыми полосами предыдущего

листа?

Ознакомиться с изготовлением сотового блока. Какие оснастка и

оборудование используются? С помощью чего задаётся

необходимый размер ячейки? Какие два размера ячейки

бумажных сотов выпускаются на Лопастном заводе, указать

общее назначение сотовых блоков с крупными и с мелкими

ячейками? Что происходит с размером сотоблока по хорде при

растяжении заготовки? Какой размер заготовки необходим, если

хорда готового сотового блока должна составить 300мм? Для

чего производится шлифовка торцев заготовки сот перед

растяжкой?

Ознакомиться с вакуумно-автоклавным изготовлением панелей.

Какова роль вакуумного мешка?

Ознакомиться с изготовлением хвостовых отсеков лопастей в

стационарном склеечном приспособлении. Указать

расположение нагревателей и камеры давления в

приспособлении. Что такое склейка в один и в два перехода? В

чём преимущества использования клеевых плёнок перед

жидкими клеями?

Выполнить расчёт числа листов бумаги для изготовления сотовой

панели шириной 420 мм, при размере ячейки 2.5 мм.

По результатам работы составить отчёт. Ответы на контрольные

вопросы включить в отчёт в письменном виде.

5. Литература.

Б.Н. Слюсарь, М.Б. Флек, Е.С. Гольдберг, Н.В. Рождественская, С.Н. Шевцов

«Технология производства лопастей вертолётов и авиационных конструкций

из полимерных композиционных материалов», Ростов-на-Дону, 2013г.

В.Н. Крысин, М.В. Крысин «Технологические процессы формования,

намотки и склеивания конструкций» М.; «Машиностроение» 1989г., 235с.

Электронный вариант.

В.Е. Берсудский, В.Н. Крысин, С.И. Лесных «Производство сотовых

конструкций». М.; «Машиностроение», 1966г., 284с.

3.Оценочные средства

3.1 Контрольные вопросы

Контрольные вопросы для самопроверки и подготовки к зачёту.

1. Работа несущего винта вертолета одноосной схемы.

2. Конструкция лопастей НВ и РВ.

3. Основные этапы и технологии производства лопасти НВ Ми-24.

4. Основные этапы и технологии производства лопасти НВ Ми-26.

5. Основные этапы и технологии производства лопасти НВ Ми-28.

6. Организация лопастного производства.

7. Оснастка и оборудование в лопастном производстве.

8. Автоматизированные системы управления технологическими

режимами.

9. Документооборот в лопастном производстве.

10. Определение понятия «полимерные композиционные материалы».

11. Признаки и свойства полимерных композиционных материалов.

12. Обоснование применения полимерных композиционных материалов в

авиастроении.

13. Роль ВИАМа для авиационной промышленности.

14. Состав полимерных композиционных материалов.

15. Наполнители и связующие.

16. Стеклопластики: определение, свойства, применение.

17. Технология получения стеклонаполнителей.

18. Использование замасливателей и аппретов.

19. Конструкционные и электротехнические стеклоткани.

20. Обозначения стекломатериалов по международному стандарту.

21. Углепластики, их свойства и применение.

22. Органопластики, их свойства и применение.

23. Сравнительная характеристика свойств стеклопластиков и

органопластиков.

24. Технология получения связующего.

25. Технология машинной пропитки. Установки УЛС-3 и УПСТ-1000.

26. Препреги, их технологические и контролируемые показатели.

27. Метод спиральной намотки. Технология изготовления авиационной

детали методом намотки.

28. Контактный метод формования. Технология формования авиационной

детали контактным методом.

29. Вакуумный метод формования. Технология формования авиационной

детали вакуумным методом.

30. Вакуум-автоклавный метод формования. Технология формования

авиационной детали вакуум-автоклавным методом.

31. Пресс-форменный метод формования. Технология формования

авиационной детали пресс-форменным методом.

32. Пресс-камерный метод формования. Технология формования

авиационной детали пресс-камерным методом.

33. Сравнительная характеристика методов формования. Выбор метода

формования для авиационной детали.

34. Режимы формования. Роль температуры, вакуума и давления.

35. Оправки, их виды, применение в технологиях намотки и выкладки

заготовок авиационных деталей из ПКМ. Сулаги, их роль.

36. Оснастка и оборудование для формования.

37. Изготовление, роль, применение вакуумного мешка.

38. Сотовые конструкции в авиастроении.

39. «Рулонная» технология изготовления полимерсотопласта.

40. Сборочно-склеечные технологии изготовления сотовых конструкций.

41. Клеи – виды, показатели, применение.

42. Технологии склеивания. Роль и выбор режима (температура, давление,

вакуум).

43. Герметизация деталей и узлов из ПКМ.

44. Нанесение лако-красочных покрытий.

45. Методы разрушающего и неразрушающего контроля узлов и деталей

из ПКМ.

46. Техтребования чертежей авиационных деталей и узлов из ПКМ.

Расчётные задачи:

1. Определение показателей препрегов (содержание летучих,

связующего, растворимой смолы).

2. Определение показателей отверждённых пластиков (плотность,

содержание связующего, степень полимеризации).

3. Расчёт требуемого числа листов бумаги, толщины сжатой заготовки

сотового блока.

4. Расчёт привеса ЛКП.

Контрольные задания.

Вариант 1

1. Обоснуйте применение неразборной металлической оправки для серийного

изготовления лонжеронов лопастей РВ вертолета Ми-2.

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: обшивка хвостового

отсека из шести заготовок стеклопластикового препрега формуется в

автоклаве между контурными плитами.

3. Содержание «летучих» в препреге должно быть не более 6%.

Соответствует ли этому требованию пропитанная стеклоткань, если при

анализе масса образца до просушивания в термостате 22.1523 г, после

просушивания 19.7836 г?

Вариант 2

1. Рассчитайте число листов бумаги для сотопакета шириной 730 мм при

стороне ячейки а=2.5 мм, число листов на техприпуск по 14 с каждой

стороны.

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: рама люка

выкладывается из 14-ти заготовок препрега на оправке и формуется

контактным методом с помощью прижимов-сулаг, которые закрепляются

фторопластовой лентой.

3. Для чего некоторые детали из органопластика формуют совместно с

жертвенным слоем лавсана?

Вариант 3

1. Во сколько раз возрастет скорость отверждения эпоксидной смолы при

увеличении температуры на 30оС?

2. Разработайте схему техпроцесса склеивания деталей: пластина из

стеклопластика склеивается с резиновой накладкой клеем ВК-27 при

контактном давлении и температуре цеха.

3. Какие два из изучаемых в лекциях препрегов относятся к волокнитам

(один на основе раствора связующего, другой на основе расплава) и почему?

Вариант 4

1. Содержание связующего в отверждённом стеклопластике ВПС-7 должно

находиться в интервале 28÷32%. Соответствует ли этому требованию

пластик лонжерона, если при анализе масса образца из техприпуска до

прокаливания 35.4710 г, после выжигания смолы 24.2683 г?

2. Какие образцы называют «грибками» и что определяют с их помощью?

Разработать схему техпроцесса изготовления «грибка» из ПСП.

Зашкуривание сотов производить не требуется.

3. Каковы преимущества вакуум-автоклавного способа формования по

сравнению с контактным?

Вариант 5

1. Каковы главные преимущества плёночных клеёв перед жидкими?

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали в жесткой матрице с

пуансоном: стенка носового вкладыша лопасти, имеющая вид желоба,

расширяющегося на одном конце, формуется из двух слоев пропитанной

стеклоткани.

3. Каковы функции вакуумного мешка при вакуумном и вакуум-автоклавном

формовании?

Вариант 6

1. Обоснуйте, почему для авиационных деталей «сухая» намотка

предпочтительнее, чем «мокрая».

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления лонжерона D-

образного сечения пресс-камерным методом. Заготовка лонжерона состоит

из 12-ти слоёв спиральной намотки однонаправленной стеклолентой. На слои

намотки с 3-го по 10-й устанавливаются комлевые пакеты усиления. После

11-го слоя проводится вакуумирование заготовки, установка носового

вкладыша, затем выполняется намотка 12-го слоя.

3. Перечислите операции, необходимые для подготовки оснастки на каждой

стадии изготовления лонжерона: УЛС-3М, намоточный станок, оправка и

пресс-камеры, пресс-форма.

Вариант 7

1. Рассчитайте число листов бумаги для сотопакета шириной 396 мм при

стороне ячейки а=4.0 мм, число листов на техприпуск по 12 с каждой

стороны.

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления трубки воздуховода

методом спиральной намотки однонаправленной стеклолентой с

формованием в пресс-форме. Предварительное вакуумирование заготовки не

требуется.

3. Перечислите контролируемые показатели на каждой стадии изготовления

трубки воздуховода: изготовление стеклоленты, намотка, формование,

готовая деталь.

Вариант 8

1. Что такое «летучие», в чём их вред и какие приёмы используют для

снижения их содержания? Почему связующие-расплавы предпочтительнее

растворов?

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: обшивка хвостового

отсека стабилизатора из трех заготовок органопластикового препрега

формуется между плитами пресса. Пресс имеет собственные нагреватели,

плиты обклеены липким фторопластом и потому не требуют нанесения

антиадгезионной смазки.

3. Какие инструменты и методы используют для раскроя препрегов?

Вариант 9

1. Преимущества стёкол S по сравнению со стёклами Е (при ответе

использовать таблицу сравнения ПКМ с металлами).

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления корпуса закрылка методом

спиральной намотки однонаправленной стеклолентой (без предварительного

вакуумирования заготовки) с формованием в автоклаве с помощью сулаг.

3. Какую роль играет давление при формовании и склеивании деталей из

ПКМ?

Вариант 10

1. Расшифруйте понятия: жизнеспособность, желатинизация, подпрессовка,

формование.

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: плоская панель из

сотоблока и двух обшивок изготавливается в один переход на клее-плёнке

ВК-51 в склеечном приспособлении, снабженном собственными

нагревателями и камерой давления. На готовой панели по шаблону

просверливают 8 отверстий Ø6.

3. Какую антиадгезионную смазку и почему можно использовать для

металлической оправки, на которой формуется контактным способом рама

для двери кабины вертолёта?

Вариант 11

1. Обоснуйте применение термореактивных смол для авиационных деталей.

2. Разработайте технологическую схему окрашивания рамы люка оператора в

зелёный цвет эмалью ЭП-140 с предварительным нанесением трёх слоев

шпатлёвки ЭП-0080. Рама окрашивается вся полностью, информация о

детали указывается не на самой раме, а на прилагающейся бирке.

3. Каковы основные отличия изготовления сотовых конструкций в один и в

два перехода?

Вариант 12

1. Расшифруйте марки материалов: ПСП 1-2.5-25; ВКВ-3; Т-25-14.

2. Разработайте схему техпроцесса склеивания деталей: обшивка из

стеклопластика склеивается с металлической триммерной пластиной на клее-

плёнке ВК-50 в термошкафу. Давление создаётся прижимной планкой со

струбцинами.

3. Объясните, почему при изготовлении лонжерона катушки с

однонаправленной стеклолентой, хранящиеся в холодильнике, нельзя сразу

же использовать для намотки?

Вариант 13

1. Рассчитайте, какой размер по хорде должна иметь «рыбка», если этот же

размер готового сотоблока 420 мм?

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: панель сложной

формы (две обшивки + сотоблок) изготавливается в два перехода на клее-

плёнке ВК-51 в склеечном приспособлении, снабженном собственными

нагревателями и камерой давления.

3. Обоснуйте применение ПКМ в авиастроении.

Вариант 14

1. Для каких авиационных деталей используют связующие, отверждающиеся

при температуре цеха? Поясните, почему, и приведите примеры таких

деталей.

2. Разработайте схему техпроцесса изготовления детали: кронштейн

демпфера выкладывается из 17-ти заготовок стеклопластикового препрега в

пресс-форме и формуется в автоклаве. В данном случае пресс-форма состоит

из двух контурных плит, на одной выкладываются заготовки, другой

накрывают сборку.

3. Поясните роль дренажа при вакуумном и вакуум-автоклавном

формовании. Какие материалы могут использоваться в качестве дренажа?

Что такое расшлихтовка и для чего она выполняется?

3.2 Тестовые задания

Примеры тестовых заданий.

Содержание:

1. Тестовое задание по теме «Материалы».

2. Тестовое задание по теме «Технологии».

1. Тестовое задание по блоку «Материалы».

На каждый вопрос тестового контроля необходимо выбрать один или

несколько вариантов правильного ответа.

1. Наполнителями ПКМ могут служить:

а) эпоксидные и фенолоформальдегидные смолы;

б) текстолиты, гетинаксы и сотопласты;

в) стекловолокно, полимерная бумага и хлопковая ткань;

г) термореактивные матрицы.

2. Совмещением связующего с наполнителем получают:

а) композиционные материалы;

б) препреги;

в) заготовку детали;

г) премиксы.

3. Высокомодульные магниевые стекловолокна по международному

стандарту имеют обозначение:

а) S

б) С

в) Е

г) А

4. К технологическим параметрам препрегов относятся:

а) плотность, содержание связующего и растворимой смолы;

б) тиксотропные свойства и жизнеспособность;

в) липкость, текучесть и время желатинизации.

5. Суммарный привес связующего и «летучих» определяется:

а) при экспресс-анализе препрега;

б) при пиролизном анализе препрега;

в) при пиролизном анализе готового пластика.

6. Из перечисленных материалов слоистыми пластиками являются:

а) стеклоткань Э-3-100;

б) стеклоткань Т-10-14;

в) стеклопластик ВПС-7;

г) органит 7ТЛ;

д) эпоксидный клей ВК-27;

е) препрег для сотовых конструкций АБТ.

7. Пластики на основе каких связующих необходимо формовать только при

высоких давлениях (не менее 7 атм.)?

а) кремнеорганические;

б) полиэфирные;

в) эпоксидные;

г) фенолоформальдегидные.

8. Что регулируют с помощью отжимных валов установки УЛС-3М?

а) толщину стеклоленты - за счет выстановки требуемой величины зазора

между валами;

б) содержание связующего в пропитанной стеклоленте - путем отжима

лишнего связующего;

в) содержание связующего в пропитанной стеклоткани - путем отжима

лишнего связующего;

г) натяжение препрега.

9. Сколько эпоксидных групп в молекуле смолы ЭД-20?

а) 2;

б) 4;

в) 10;

г) 20;

д) 25.

10. Каково назначение продукта КДА, входящего в состав связующего ЭДТ-

10П?

а) отвердитель;

б) вещество, снижающее вязкость отвердителя;

в) пластификатор;

г) растворитель;

д) ингибитор.

11. Аппреты – специальные составы, которыми покрывают стеклонити…

а) для лучшего удаления «летучих»;

б) для защиты от атмосферной влаги;

в) для увеличения сцепления наполнителя со связующим.

12. Что обозначают числа 10, 25 и 64 в наименовании конструкционных

стеклотканей Т-10-14, Т-25-14, Т-64-14?

а) тип переплетения ткани;

б) толщину ткани в мкм;

в) номер замасливателя.

13. Что обозначают числа 100 и 200 в наименовании электротехнических

стеклотканей Э-2-100-78, Э-4-200-78?

а) тип переплетения ткани;

б) толщину ткани в мкм;

в) номер замасливателя.

14. Оксидами каких элементов обогащают песок перед переплавкой в шихту

для последующего получения стекловолокна?

а) кремния;

б) магния и алюминия;

в) натрия и калия.

Правильные ответы:

1 - в 6 – в, г 11 - в

2 - б, г 7 - г 12 - а

3 – а 8 – а, б 13 - б

4 - в 9 - а 14 - б

5 - а 10 - б

2. Тестовое задание по блоку «Технологии».

На каждый вопрос тестового контроля необходимо выбрать один или

несколько вариантов правильного ответа.

1. Для получения детали из ПКМ при давлении Р=0.7 МПа (7 атм.)

необходимо использовать метод формования:

а) контактный;

б) вакуумный;

в) вакуум-автоклавный.

2. Контактный способ формования наиболее подходит:

а) для ненагруженных деталей;

б) для деталей с высокой точностью контура;

в) для деталей с высоким качеством пластика.

3. Пресс-форменный метод формования наиболее подходит:

а) для ненагруженных деталей;

б) для деталей с высокой точностью контура;

в) для деталей с высоким качеством пластика.

4. Спиральная намотка с постоянным углом намотки называется:

а) продольно-поперечная;

б) геодезическая;

в) звездообразная;

г) сухая.

5. Какие из перечисленных материалов возможно использовать для

изготовления изделий из ПКМ методом намотки?

а) нити из органоволокна Кевлар-49;

б) лента на основе углеродных волокон;

в) однонаправленная стеклолента;

г) стеклоткань Т-10-14.

6. Для сотовых конструкций из полимерной бумаги допускаются следующие

материалы обшивок:

а) фанера;

б) нержавеющая сталь;

в) стеклопластик.

7. К параметрам сотовых конструкций относятся:

а) материал сотов;

б) размер стороны ячейки;

в) легкий вес;

г) шумопоглощение;

д) форма ячейки.

8. Изготовление полимерсотопласта из полимерсотопакета включает

следующие операции:

а) пропитка бумаги и разрезка на листы;

б) сборка и опрессовка пакета;

в) вырубка и фрезеровка заготовок;

г) термостатирование в растянутом виде на рамке;

д) склеивание с обшивками.

9. Для расчета числа листов бумаги сотопакета необходимо знать:

а) толщину листа бумаги;

б) толщину клеевой полосы;

в) толщину растягивающего элемента;

г) ничего из вышеперечисленного.

10. Размер по хорде заготовки сотоблока до растяжения и термостатирования

по сравнению с готовым сотоблоком:

а) больше на 1/3;

б) больше на 4/3;

в) меньше на 1/3;

г) меньше на 4/3;

д) не меняется.

11. Что означает число 2.5 в марке полимерсотопласта ПСП 1-2.5-25?

а) объемная масса, г/см3;

б) размер грани ячейки, мм;

в) толщина листа бумаги, мкм.

12. Сцепление клея со склеиваемыми материалами носит название:

а) адгезия;

б) когезия;

в) клеевая фуга.

13. Наиболее сложно подвергаются механической обработке:

а) углепластики;

б) органопластики;

в) стеклопластики.

14. При выполнении клееклепаных соединений рекомендуется:

а) выполнять клепку до склеивания;

б) выполнять клепку после склеивания;

в) армировать стыкуемые кромки деталей.

15. Какие из приведенных ниже предложений являются верными?

а) при подготовке поверхности стеклопластиков к склеиванию производят

обезжиривание 1 раз бензином и 2 раза ацетоном;

б) при подготовке поверхности резины к склеиванию достаточно

зашкуривания;

в) для получения клеевого шва определенной толщины важно соблюдать

норму расхода клея и параметры режима склеивания.

16. Для герметизации хвостового отсека лопасти можно использовать

герметик:

а) «Виксинт У-2-28»;

б) ВИТЭФ-1 НТ;

в) ППГ-2Л.

17. Краска представляет собой:

а) однородную суспензию пигментов в пленкообразующем веществе;

б) раствор пленкообразующего вещества в органическом растворителе.

18. Вакуум-автоклавный метод используется:

а) для формования деталей из слоистых пластиков;

б) для склеивания деталей из пластиков;

в) для склеивания некоторых сотовых конструкций.

Правильные ответы:

1-в 10-а

2-а 11-б

3-б 12-а

4-б 13-б

5-а, б, в, г 14-б, в

6-а, в 15-в

7-а, б, д 16-б

8-в, г 17-а

9-г (надо знать размер стороны ячейки и ширину

готового сотоблока)

18-а, б, в