Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов

Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: производство слоистых изделий из композиционных материалов методом прессования. Сущность изобретения: для повышения качества изделий определяют зоны быстрого и медленного прогрева изделий в форме, установленных в автоклаве, располагают датчики температуры по одному в этих зонах, а каждый этап изменения температуры делят на два интервала , в начальном из которых осуществляют увеличение давления в зоне быстрого прогрева , а в заключительном - изменение температуры по показаниям датчиков в зоне медленного прогрева. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

k 4 0с, о

О (л) (21) 4738224/05 (22) 19.09.89 (46) 07.10.92. Бюл, ¹ 37 (72) А.Г.Попов, А.Н,Архипов и Г.Л.Ривин (56) Патент США ¹ 4515545, кл. В 29 G 7/00, 1985. (54) СПОСОБ ВАКУУМ-АВТОКЛАВНОГО

ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Использование: производство слоистых изделий из композиционных материалов

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов и может быть использовано в авиационной и судостроительной отраслях промышленности и других отраслях народного хозяйства.

Известен способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов, выбранный в качестве прототипа, включающий сборку форм, размещение их в автоклаве, установку датчиков температуры, подачу рабочей среды в автоклав и изменение в нем давления и температуры согласно показаниям датчиков температуры (1).

В известном способе установка датчиков температур на изделиях без учета зон быстрого и медленного прогрева приводит к тому, что в зоне быстрого прогрева изде- . лий происходит полимеризация композиционного материала и последующая подача давления не обеспечивает получения монолитного материала, а в зоне медленн()го прогрева осуществляется неполная полимеризация, что снижает прочность материала (я)ю В 29 С 43/20//В 29 L 9:00 методом прессования, Сущность изобретения: для повышения качества изделий определяют зоны быстрого и медленного прогрева изделий в форме, установленных в автоклаве, располагают датчики температуры по одному в этих зонах, а каждый этап изменения температуры делят на два интервала, в начальном из которых осуществляют увеличение давления в зоне быстрого прогрева, а в заключительном — изменение температуры по показаниям датчиков в зоне медленного прогрева. 2 ил. в этой зоне. Управление процессами нагрева и охлаждения по заданному закону изменения температур с выравниванием их в различных изделиях увеличивает длительность процесса вакуум-автоклавного формования.

Цель изобретения — повышение качества изделий и сокращение цикла формования.

В предлагаемом способе вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов, включающем сборку форм, размещение их в автоклаве, установку датчиков температуры, подачу рабочей среды в авкоклав и изменение в нем давления и температуры согласно показаниям датчиков температуры, перед установкой датчиков температуры определя ют эоны быстрого и медленного прбгрева изделий, располагают эти датчики по крайней мере по одному в этих зонах, каждый этап изменения температуры делят на два интервала, в . начальном из которых осуществляют увеличение давления и изме нение темп ератур ы

1766693 по показаниям датчиков в зоне быстрого прогрева, а в заключительном — изменение температуры по .показаниям датчиков в зоне медленного прогрева.

На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг,2 — кривые изменения температур нагреваемой среды и изделий в автоклаве в процессе нагрева, Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов осуществляется следующим образом.

Полуфабрикаты изделий 1 с технологическими пакетами, выложенные на формах

2 и закрытые вакуумными мешками 3, устанавливаются на загрузочном столе 4 вне автоклава 5, Загрузочный стол 4 через открытую крышку 6 перемещается в рабочую камеру автоклава 5 и по расположению форм с полуфабрикатами изделий и технологическими пакетами, а также по данным о теплоемкости и теплопроводности форм и полуфабрикатов с технологическими пакетами определяются зоны быстрого А и меДленного В прогрева изделий 1, При серийном производстве и типовых загрузках автоклава зоны быстрого А и медленного В прогрева изделий могут быть определены экспериментально на стадии отработки технологии для каждого варианта загрузки. В остальных случаях зоны быстрого и медленного прогрева определяются по расчетам времени прогрева форм 2 с изделиями 1 с использованием методов нестационарной теплопроводности и зон высоких и низких коэффициентов теплоотдачи от нагревающей среды, циркулирующей в камере автоклава 5 к поверхностям форм 2 и изделий 1. Так, например, зонами быстрого

А нагрева становятся наименее тепловые части форм и изделий, расположенные в области с высоким коэффициентом теплоотдачи от циркулирующей среды, идущей непосредственно от крышки 6 автоклава 5, Зоны медленного В прогрева содержат наиболее теплоемкие части форм 2 и изделий и расположены в области с низкой скоростью циркулирующей нагревающей среды, вдали от крышки 6 автоклава 5, закрыты от потока нагревающей среды другой формой с изделием.

После определения зон быстрого и медленного прогрева в каждой из этих зон на изделии устанавливают по крайней мере по одному датчику температуры, т.е. датчик 7 в зоне, быстрого прогрева, датчик 8 в зоне медленного прогрева, B том случае, если предполагается несколько зон быстрого или медленного прогрева, датчики температуры устанавливаются на изделиях в каждой из этих зон, а окончательный выбор производится оператором или системой управления на начальном этапе нагрева, выбирается опережающий по показаниям датчик и зона быстрого прогрева, а по отстающим показаниям датчик и зона медленного прогрева. В дальнейшем контроль и регулирование производятся только по этим двум датчикам температур. B средней части камеры автоклава 5 устанавливается датчик 9 контроля

10 . температуры нагревающей среды. После за15

55 вершения установки датчиков температуры и подключения вакуумных мешков 3, расположенных на технологических пакетах иэделий, к вакуумной системе, закрывается крышка 6 автоклава 5, включается привод 10 вентилятора 11 и начинается циркуляция нагревающей среды в камере автоклава 5 по направлению, показанному на фиг,1 стрелками. Затем включаются нагреватели 12, от которых теплота передается циркулирующей нагревающей среде, и начинает повышаться температура в камере автоклава 5, а также в формах 2 и изделиях

1. Датчики температуры 7 — 9. соединены с системой управления 13, которая в свою очередь через преобразователь 14 подключена к нагревателям 12, приводу 10 вентилятора и регулирующему клапану 15 системы охлаждения 16. На начальном интервале первого этапа нагрева до температуры t6 = Тп1 (Tnt = 0,8-0,95 Т«) (см, фиг.2) мощность нагревателей 12 устанавливается системой управления 13 на максимальном значении в соответствии с показанием датчиков температур 7 и 9 из условия, чтобы температура нагревающей среды тс < Тмакс — предельная температура нагрева материала изделий при вакуум-автоклавом формовании. Одновременно система управления

13 задает наибольшую нагрузку приводу 10 вентилятора. В случае tc > Тмдкс система управления отключает нагреватели 12 и снижает нагрузку на привод 10 вентилятора, При достижении по датчику 7 температуры в зоне быстрого прогрева А значения т = Тд(см, фиг.2) в автоклав подается давление, необходимое для формования изделий.

С момента достижения по датчику 7 в зоне быстрого прогрева А значения температуры t6 = Tn1 система управления 13 осуществляет регулирование мощностью нагревателей 12 и привода 10 вентилятора в зависимости от показаний датчика 8 в зоне медленного прогрева В. На заключительном интервале времени (см. фиг.2) температура изделий доводится до значения Т«и в камере автоклава 5 осуществляется первая технологическая выдержка изделий, заданное время (т« — т,>), 1766693

Далее начинается второй этап нагрева изделий в автоклаве до Тк,и система управления 13 вновь работает по показаниям датчиков 7 в зоне быстрого прогрева А и регулирует мощность нагревателей 12 и привода 10 вентилятора по ранее описанным условиям.

В период охлаждения система управления 13 через преобразователь 14 отключает нагреватели 12 и начинает регулировать клапаном 15 системы охлаждения 16 и приводом 10 вентилятора 11, при этом сначала охлаждение ведется по показаниям датчика 7 в зоне быстрого прогрева аналогично описанному ранее закону для нагрева, а затем при достижении температуры

t6 =Тпс(Тпо= 0,8-0,85Тк ), где Ткс -заданная окончательная температура охлаждения, регулирование скорости охлаждения системой управления 13 проводится по датчику 8 в зоне медленного прогрева до завершения процесса вакуум-автоклавного формования.

Данный способ вакуум-автоклавного формования может содержать и другую закономерность изменения температуры изделий в процессах нагрева и охлаждения, например, по заданной скорости изменения температуры (2 — 3 С/мин), но изменение давления и температуры полуфабрикатов изделий на начальном интервале производится по датчику 7 в зоне быстрого прогрева

А, а завершение изменения температуры изделий осуществляется по датчику 8 в зоне медленного прогрева В, Выбор в качестве параметров управления процессом вакуум-автоклавного формования температур- в зонах быстрого и медленного нагрева изделий, поперемен5 ное использование этих управляющих параметров дЛя увеличения давления регулирование мощности нагревателей, охладителей и привода вентилятора позволяет обеспечить качество формуемых изделий

10 независимо от геометрии технологической оснастки и местоположения каждого иэ них.

Способ позволяет использовать ЭВМ для автоматизированного ведения процесса формования.

15 Формула изобретения

Способ вакуум-автоклавного формования изделий из композиционных материалов, вкл юча ю щий сборку форм, размещение их в автоклаве, установку дат20 чиков температуры, подачу рабочей среды в автоклав и изменение в нем давления и температуры согласно показателей датчиков температуры, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества изделий и со25 кращения цикла формовачия, перед установкой датчиков температуры определяют зоны быстрого и медленного прогрева изделий, располагают эти датчики по крайней мере по одному в этих збнах, а каждый этап

30 изменения температуры делят на два интервала, в начальном из которых осуществляют увеличение давления и изменение температуры по показателям датчиков в зоне быстрого прогрева, а в заключительном—

35 изменение температуры по показателям датчиков в зоне медленного прогрева.

1766693

Редактор Е, Хорина

Заказ 3509 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 й.r юкс 2 2

ТА1

Tï ту ххах Тв, Tnt fE 878

@08. Z

Составитель М, Осипова

Техред М,Моргентал Корректор С, Пекарь