ПрезентацияТППАКК_72026_методы_формования_ppsx

1. Материалы по дисциплине Технологические процессы производства аэрокосмических композитных конструкций

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждения
высшего образования
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
Образовательный центр Института №11 «Материаловедения и технологии материалов»
сектор «Технология композиционных материалов, конструкций и микросистем»
Материалы по дисциплине
Технологические процессы
производства аэрокосмических
композитных конструкций
К.т.н., доц. ОЦ инс-та №11
Червяков А.А.
Москва, МАИ, 2026 г

2. Методы формования деталей

формования деталей из ПМ анизотропной структуры
Формования деталей/изделий анизотропной структуры всегда с использованием
давления.
• В них используются деформации течения, при формовании течет только фаза
связующего.
Наполнитель выполняет роль каркаса. Каркас наполнителя имеет заранее
заданную и созданную форму близкую к форме будущей детали.
• Технологический процесс изготовления анизотропных материалов включает:
1
- совмещение связующего с
волокнистым наполнителем
твердофазным или жидкофазным
способами;
2
- формирование (сборка) пакета,
заготовки;
3 - формование деталей из пакетов,
заготовок.
2

3. Методы формования деталей

формования деталей из ПМ анизотропной структуры
3
- формование деталей из пакетов,
заготовок;
• Пакет заготовки помещается в оснастку и подвергается энергетическому
воздействию давления и температуры,
- при этом происходит уплотнение пакета, монолитизация материала за счёт
сближения элементов волокнистого наполнителя в направлении действия давления;
- при нагревании связующее, совмещённое с волокнистым наполнителем
твёрдофазными способами, переходит в вязко-текучее состояние и пропитывает
пакет-заготовку, под давлением связующее перетекает (фильтруется) по
межволоконному пространству, заполняя имеющиеся пустоты;
- придание детали окончательной формы и фиксация формы путём отверждения
термореактивного связующего или охлаждения ниже температуры стеклования
3
термопластичного связующего.

4.

Методы формования
деталей из анизотропных
ПМ

5.

Методы изготовления деталей из анизотропных ВПКМ
№
Методы формования
1
Контактное формование
2
Диафрагменные методы
формования
2.1
Вакуумное формование
Последовательность
Максимальное
технологических
давление
операций1)
формования, МПа
1-2-3 (1,2-3)
Степень сложности оборудования и
оснастки, баллы2)
до 0,3 (для
операции 2)
1
0,09
2
1-2-3, 2-1-3
-
ратм
1
2
3
4
рост
5
2.2
Пневматическое формование
(метод пресс-камеры)
-
0,8-1,0
5
2.3
Автоклавное формование
-
1,0-1,6
9
2.4
Гидроклавное формование
-
6,0-8,0
9
2.5
Метод глубоководного
погружения
1003)
10
6
5
Примечание: 1) – 1 – совмещение связующего с волокнистым наполнителем; 2 – формирование пакета-заготовки; 3 – формование
детали; 1,2 или 2,3 или 1,3 – совмещение операций. 2) – получены методом экспертной оценки по 10-ти бальной системе. 3) – при
погружении в Марианскую впадину

6.

Методы изготовления деталей из анизотропных ВПКМ
№
Методы формования
3
Мембранные методы
формования
3.1
Пневматическое формование
3.2
Формование жестким пуансоном
3.3
Комбинированные методы
формования
6
Степень сложности оборудования и
оснастки, баллы2)
1-2-3, 2-1-3
0,3-0,5
3
-
0,5-1,0
4
-
0,3-0,5
4
Методы формования гибкой
лентой
1-2-3
8 - 10
4.1
Формование на неподвижной
оправке
-
-
4.2
Формование на свободно
вращающейся оправке
4.3
Формование на оправке,
приводимой во вращение
(обмотка)
4
5
Последовательность
Максимальное
технологических
давление
операций1)
формования, МПа
Намотка
1
2
-
-
3-8
1-2,3; 2,3-1
до 0,3
8-9
Примечание: 1) – 1 – совмещение связующего с волокнистым наполнителем; 2 – формирование пакета-заготовки; 3 – формование
детали; 1,2 или 2,3 или 1,3 – совмещение операций. 2) – получены методом экспертной оценки по 10-ти бальной системе. 3

7.

Методы изготовления деталей из анизотропных ВПКМ
№
Методы формования
6
7
Последовательность
Максимальное
технологических
давление
операций1)
формования, МПа
Степень сложности оборудования и
оснастки, баллы2)
Прессование
6.1
Прессование в жесткой форме
1-2-3
до 25
8
6.2
Прессование в вакуумированной
жесткой форме
1-2-3
до 25
8-9
6.3
Прессование в жесткой форме с
последующей пропиткой под
давлением (продольная пропитка)
2-3-1
до 1
7-8
6.4
Прессование пропитанного под
давлением в пресс-форме
неуплотненного пакета
(поперечная пропитка)
2-1-3;
до 2,0
8
6.5
Инжекционное прессование
2-1-3
до 2,0
8
6.6
Прессование эластичным
пуансоном
2-1,3; 1-2-3
до 2,0
7
6.7
Прессование эластичной
пневмокамерой
2-1,3; 1-2-3
до 1,0
7
7
Термокомпрессионное
формование
2-1-3; 1-2-3
до 10,0
4
8
Автоклавнотермокомпрессионное
формование
до 1,6
9
1-2-3; 2-1-3
Примечание: 1) – 1 – совмещение связующего с волокнистым наполнителем; 2 – формирование пакета-заготовки; 3 – формование
детали; 1,2 или 2,3 или 1,3 – совмещение операций. 2) – получены методом экспертной оценки по 10-ти бальной системе.

8.

Методы изготовления деталей из анизотропных ВПКМ
№
9
Методы формования
Центробежное формование
Последовательность
Максимальное
технологических
давление
1)
операций
формования, МПа
Степень сложности оборудования и
оснастки, баллы2)
2-1,3
0,3
6
Пултрузия (протяжка)
1-2-3; 2-1-3
0,3-0,5
3
11
Ролтрузия (прокатка)
1-2-3; 2-1-3
0,6
4
12
Штамповка
1-2-3-33)
2,0
4
10
Примечание: 1) – 1 – совмещение связующего с волокнистым наполнителем; 2 – формирование пакета-заготовки; 3 – формование
детали; 1,2 или 2,3 или 1,3 – совмещение операций. 2) – получены методом экспертной оценки по 10-ти бальной системе.
3)
– штампуют детали измонолитных прессованных заготовок на основе термопластичных связующих, прошедших стадии 1-2-3,
при температуре выше температуры плавления.
8

9.

Зависимость объёмного содержания
волокна от давления (на примере
стеклянных волокнистых структур)
Для неответственных деталей φв =0,35÷0,45
Слабонагруженные детали φв =0,45÷0,55
Ответственные детали φв =0,55÷0,65
Высоконагруженные детали φв =0,65÷0,75.
Объёмное содержание связующего φ с в композите равняется
пористости П уплотнённой волокнистой структуры
П = Vпор / Vпакета = 1 - ρпакета /ρв
Зависимость объёмного содержания пор от давления
Vпор, Vпакета, - объём пор и всего пакета волокнистой структуры ρпакета, ρв - плотность всего пакета волокнистой структуры и плотность материала волокна, соответственно.
ρпакета = Мпакета/ Vпакета = ρs.L.B.n / (L.B.Hpi)
Мпакета - масса пакета; L.B - длина и ширина пакета; HPi - высота пакета, уплотнённого под давлением Pi; ρs - поверхностная плотность листовой волокнистой структуры; n количество слоёв.
φс = П(Pi) = 1 - ρs.n / (ρв.Hpi)
9
Содержание волокна и связующего в пакете в зависимости от давления могут быть описаны следующими эмпирическими
выражениями
φв(p) =φв(o) + сpn
φс(o) =φc(p) + сpn
φв(р) φс(р)– относительное объемное содержание в пакете (материале) волокон и связующего при давлении уплотнения р, соответственно;
φв(о) φс(о)– относительное объемное содержание волокон и связующего при начальном состоянии пакета, соответственно; с и n – эмпирические константы.

10.

Н
Нрав
tупл
t
Рисунок - Характер изменения высоты пропитанного пакета во времени при действии
постоянного давления.
Нр и tу – равновесная деформация пакета и время её достижения, соответственно
10

11. Примеры применения ПВКМ в АТ

Элементы фюзеляжа;
Полностью корпуса ракет
Разнообразные обшивки
Вертолетные лопасти
Целиком или элементы
крыла
Элементы силового набора
МС-21
Лопасть винта
самолета Ан-70
Boeing 787
Вертолет К-32 с
применением ПКМ
Материалы,
применяемые в фюзеляже
МКС «Буран».
КМУ-7 в конструкции
створок грузового отсека
Корпус авиадвигателя
Применение полимерных композиционных материалов в современных авиационных конструкциях требует наличия в
арсенале набора технологических процессов, способных обеспечить требуемое качество изделия, необходимую
производительность, высокую геометрическую точность и повторяемость каждой технологической операции.
11

12. Контактное формование

13. Контактное формование

1-2-3; 1,2-3
до 0,3 (для операции 2) МПа
1
Процесс получения полимерных композитов, при
котором во время операций формования и отверждения
применяется минимально необходимое давление
(обычно при помощи прикаточного валика).
Различают два основных вида контактного формования:
ручное формование или формование ручной
послойной укладкой (с использованием
наполнителя в виде матов, ткани, ровинга)
формование напылением (наполнитель в виде
рубленого (штапельного) волокна подается в форму
одновременно с материалом, образующим матрицу
полимерного композита).
1 - оправка;
2 - прикаточный валик
(ролик); 3- препрег
13
1 – форма ;
2 – антиадгезионная
плёнка; 3 – первый
слой связующего;
4 – слои стеклянной
ткани или мата;
5 – прикаточный
валик; 6 – связующее
1 – бобина ровницы; 2 – форсунка, подающая связующее с
инициатором; 3 – режуще-распыляющее устройство; 4связующее с ускорителем отверждения; 5 – уплотнённый слой
препрега; 6 – прикаточный валик; 7 – форм

14.

Типовой технологический процесс
контактного формования (ручное
формование)
1 Контроль качества
материалов
Входной контроль
материалов (контроль
сопроводительной
документации, контроль
состояния упаковки,
контроль соответствия
параметров матриала нд
3.1 Раскрой препрега
4 Формование
(получение
отверждённой детали)
3.2 Раскрой сухого
наполнителя
5 Механическая
обработка изделия
4 Приготовление
связующего
6 Термообработка
2 Подготовка оснастки
7 Контроль качества
изделия
Очистка формы, шпатлёвка
повреждений, нанесение
разделительного слоя,
установка формы,
закрепление арматуры
(при наличии)
14
Выходной контроль
изделия: весовой,
наружный осмотр
(отсутствие расслоений,
непропитанных мест и т.д)

15.

Входной контроль
материалов
Входной контроль материалов – Процедура подтверждения качества поставленного на производство
материала требованиям НД, состоящая из следующих основных этапов:
- Контроль сопроводительной документации требованиям НД (ГОСТ, ОСТ, ТУ, ТТ) на
материал и
контрактным условиям;
- Контроль состояния упаковки (целостность, наличие маркировок);
- Контроль внешнего вида продукции (наличие видимых дефектов);
- Контроль параметров продукции на соответствие НД на материал или отраслевой НТД (ОСТ, ГОСТ).
НД действующие в отрасли:
- ГОСТ 24297-87 Входной контроль продукции. Основные положения;
- ОСТ 1 90339-91 Входной контроль металлических и неметаллических материалов.
Общие положения.
Объёма испытаний для проведения входного контроля препрега
углекомпозита (углепластика) по ОСТ 1 90339 (Пример)
1. Внешний вид
2. Массовая доля летучих, %
3. Массовая доля связующего, %
4. Массовая доля растворимой смолы, %
5. Толщина монослоя, мм
6. Разрушающее напряжение при растяжении при 20 °С и заданной температуре
эксплуатации, МПа
7. Разрушающее напряжение при сжатии при 20 °С и заданной температуре
эксплуатации, МПа
15
Примечание: допускается выборочно испытать пункт 6 или 7

16.

Виды оснастки
Каркасная
Монолитная
формообразующая поверхность в виде оболочки
(обшивки), закреплённая или свободно
расположенная на каркасе, установленном на
жестком основании. Каркас – набор ложементов
R
(лекал)
Плита (однородная или слойная), формообразующая
поверхность которой соответствует поверхности
формуемой детали
1
Типовая конструкция оснастки каркасного типа для
формования деталей большой кривизны
R1
Типовая конструкция оснастки монолитного типа для
формования деталей малой кривизны
R2

17.

-
Разделительные слои
при температуре формования ТФ< 40⁰C – восковые, стеариновые, парафиновые покрытия;
плёнки высушенных растворов работают как разделительные слои до температур :
• ТФ = 100-160 ⁰C – 6-10% растворы поливинилового спирта в смеси этанола и воды (1:1);
• ТФ > 160 ⁰C (180 ⁰C) – 6-10% растворы кремнийорганического каучука в бензине;
• ТФ > 200⁰C – мономерные кремнийорганические жидкости, способные к полимеризации;
- плёнки целлофана ТФ = 160 ⁰C, полипропиленовая ТФ = 160-170 ⁰C, полиамидная (ПАК-6) ТФ = 200-220 ⁰C,
фторопластовая ТФ > 250 ⁰C , полиимидная ТФ > 300 ⁰C;
- смазки на основе алифатических углеводородов, ненасыщенных кремнийорганических жидкостей,
силиконовые, восковые, фторопластовые, растворы смол, а также соли насыщенных жирных кислот (мыло) и
другие ПАВы .
Марка
материала
Wrighlon 5200
Wrighlon 4500
А4000 B.O.S.
17
Характеристики
Разделительные пленки
Неперфорированная и перфорированная; Тmax = 260 °С; εв
= 350 %; цвет – синий, красный; материал – сополимер
этилена и тетрафторэтилена
Неперфорированная и перфорированная; Тmax = 204 °С; εв
= 100 %; цвет – прозрачный, прозрачный белый, белый;
материал – поливинилфторид
Клеевая пленка, обработанная с одной стороны В.О.S Тmax
= 260 °С; εв = 300 %; цвет – прозрачный; материал – FEP
Разделительные смазки
Frekot 770-NC Loctite Цвет: прозрачный, бесцветный. Т нанесения от 15 до 60 °С
Изготовитель
Назначение
Airtech
Разделительный слой при
формовании
Airtech
TDS Airtech
Henkel
Разделительный
слой
при
формовании, устанавливается
на оснастку или цулагу
Антиадгезионное покрытие

18.

Защитно-декоративные покрытия (гелькоуты)
Химический состав гелькоутов подбирается для их совместимости с основными материалами изделия,
дополнительно включая красители, наполнители и другие функциональные добавки
Термореактивные композиции:
• на изофталевой основе;
модифицированные акрилом, гликолями
• на ортофталевой основе;
• на бисфенольной основе;
• алифатические полиуретаны, полиизоцианаты;
• эпоксидные.
При большой толщине слоя повышается химстойкость, а эластичность снижается => образование трещин.
Общее правило для стеклопластиков (за исключением особых случаев) толщина δ = 0,4÷1мм
Поверхностные слои (скинкоуты)
являются частью изделия и применяются для повышения качества поверхности, а также придания изделию
дополнительных декоративных характеристик.
Тканые и не тканые материалы с малой поверхностной плотностью, такие как декоративные ткани и вуали (вейлы).
Волокно скрепляется растворимым или нерастворимым фиксатором (поливинилацетат, стирольный растворимый
полиэфир, стирольный сетчатый акрил или др.)
10…200 г/м
18
4 до 34 г/м2
2
Углеродная ткань Аспро А-60 (62 г/м2)

19.

Контактное формование
1-2-3; 1,2-3
Характер изменения высоты Н при
уплотнении (1) и разгрузке (2) пакета из
волокнистой структуры
19
до 0,3 (для операции 2) МПа
1
Схема уплотнения пакета ПВКМ при контактном формовании
(а); (б) – характер распределения давления в пакете во
время уплотнения роликом.
Но – начальная толщина пакета;
Ну – минимальная толщина уплотненного пакета;
Нр – толщина пакета после разгрузки;
Нg – толщина пакета после прикатки;
Н = Но – Ну ; Ност. = Но – Нр ; Нупр. = Нр – Ну

20.

Контактное формование
1-2-3; 1,2-3
1
Особенности и возможности процесса
Недостатки и сложности процесса
Простейший метод изготовления деталей
Применяется, главным образом, для
изготовления
крупногабаритных
малонагруженных
деталей сложной конфигурации
Локальность, незначительная величина и
малое время действия давления
Объёмное
содержание
волокнистого
наполнителя не превышает 25-35%
Ограничение
по
типу
применяемого
связующего
(олигоэфирное,
олигоэпоксидное)
Ручное формование. Качество детали,
монолитность и соотношение компонентов
напрямую
зависят
от
прикатки,
квалификации
и
технологической
дисциплины исполнителя
Метод
пригоден
для
отработки
экспериментальных деталей – макетов,
независимо от того какой метод будет
принят в серийное производство
Метод не требует больших затрат на
оборудование и оснастку
20
до 0,3 (для операции 2) МПа

21. Диафрагменные методы формования

22.

Диафрагменные методы формования
Максимальное
давление
формования, МПа
Степень сложности
оборудования и
оснастки, баллы2)
Вакуумное формование
0,09
2
Пневматическое формование (метод
пресс-камеры)
0,8-1,0
5
Автоклавное формование
1,0-1,6
9
Гидроклавное формование
6,0-8,0
9
Метод глубоководного погружения
1003)
10
Диафрагменные методы формования
Последовательнос
ть
технологических
операций1)
1-2-3, 2-1-3
Примечание: 1) – 1 – совмещение связующего с волокнистым наполнителем; 2 – формирование пакета-заготовки; 3 – формование детали; 1,2 или
2,3 или 1,3 – совмещение операций. 2) – получены методом экспертной оценки по 10-ти бальной системе. 3) – при погружении в Марианскую
впадину
• Обеспечивают постоянное давление на стадиях уплотнения пакета – заготовки и
последующего отверждения связующего ПВКМ;
• В зависимости от аппаратурного оформления методов давление формования,
передаваемое на пакет через диафрагму, можно изменять от 0,03 до 100 МПа, а
следовательно получать ПВКМ с объемным содержанием волокон до 70%, обладающих
максимальной прочностью;
• Возможность создания в объеме пакета, ограниченном формообразующей поверхностью
оснастки и эластичной диафрагмой, вакуума решает проблему получения монолитно
материала за счет удаления из пакета воздушных включений и летучих продуктов различной
природы, что позволяет применять связующие как полимеризационного, так и
22
поликонденсационного типов;

23.

Типовой технологический процесс
диафрагменных методов формования из
препрегов
23

24.

Входной контроль
материалов
Входной контроль материалов – Процедура подтверждения качества поставленного на производство
материала требованиям НД, состоящая из следующих основных этапов:
- Контроль сопроводительной документации требованиям НД (ГОСТ, ОСТ, ТУ, ТТ) на
материал и
контрактным условиям;
- Контроль состояния упаковки (целостность, наличие маркировок);
- Контроль внешнего вида продукции (наличие видимых дефектов);
- Контроль параметров продукции на соответствие НД на материал или отраслевой НТД (ОСТ, ГОСТ).
НД действующие в отрасли:
- ГОСТ 24297-87 Входной контроль продукции. Основные положения;
- ОСТ 1 90339-91 Входной контроль металлических и неметаллических материалов.
Общие положения.
Объёма испытаний для проведения входного контроля препрега
углекомпозита (углепластика) по ОСТ 1 90339 (Пример)
1. Внешний вид
2. Массовая доля летучих, %
3. Массовая доля связующего, %
4. Массовая доля растворимой смолы, %
5. Толщина монослоя, мм
6. Разрушающее напряжение при растяжении при 20 °С и заданной температуре
эксплуатации, МПа
7. Разрушающее напряжение при сжатии при 20 °С и заданной температуре
эксплуатации, МПа
Примечание: допускается выборочно испытать пункт 6 или 7
24

25.

Сборка технологического пакета
(вакуумного мешка)
Технологический пакет (вакуумный мешок), используемый для диафрагменных
методов формования пакетов препрегов состоит из следующих слоёв:
7
6
P АТ М
5
4
3
2
1
х
х
технологическая плита
х
х
х
х
х
P О СТ
х
х
х
х
к вакуум.насосу
1 – перфорированный разделительный слой (плёнка, смазка, покрытие); для предотвращения прилипания
отформованной детали/изделия к поверхности оснастки;
2 - «жертвенный слой» ткани (peel ply) приформовывается к детали; после формования слой удаляется (отдирается),
необходим для сохранения чистоты поверхности детали для последующего склеивания или окрашивания, а также
придания поверхности детали необходимой шероховатости (плотно сотканные ткани обеспечивают более мелкую шероховатость поверхности.);
или защитно-декоративный слой (термореактивная композиция, gel coat),
наносимые кистью или напыляемые. Поверхностные слои (скинкоуты)
25

26.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
Жертвенные ткани
Применяют ткани с поверхностной массой от 60 до 300 г/м 2
Отличаются по материалу основы, типу разделителя и поверхностной плотности.
Основными материалами тканной основы являются нейлон (204 °С, 60…120 г/м 2), полиэфиры (204 °С, 60…145 г/м 2),
полиамиды (232 °С, 65…140 г/м 2), кевлар (арамиды) (427 °С, 108 г/м2 ), стекловолокно (427 °С, 125…300 г/м 2).
Характеристики
Марка материала
Release ply А
Release ply F
Release ply G
Release ply B
Release Ease 234 TFNP
Release Ease 236 TFNP
Тmax = 232 °С; цвет – серо-белый;
вес - 80 г/м2; материал – нейлон
Тmax = 204 °С; цвет – белый; вес - 95
г/м2; материал – полиэфир
Тmax = 204 °С; цвет – белый; вес 91,5 г/м2; материал – полиэфир
Тmax = 232 °С; цвет – белый; вес - 62
г/м2; материал – нейлон
Тmax = 288 °С; цвет – коричневый;
толщина - 0,070 мм; материал –
стекловолокно; покрытие – ПТФЭ
Тmax = 288 °С; цвет – коричневый;
толщина - 0,152 мм; материал –
стекловолокно; покрытие – ПТФЭ
Изготовитель
Назначение
Airtech
Airtech
Airtech
Жертвенная ткань без
разделительного слоя
маркировочные нити
Airtech
Airtech
Airtech
Непористая
жертвенная
ткань
с
политетрафторэтиленовым
разделительным
слоем применяется для деталей, не идущих
под окраску
Защитно-декоративные покрытия (гелькоуты)
26
Термореактивные композиции:
Отличием
разделительных
тканей от жертвенных является их обработка протравливанием и термообработкой,
• на изофталевой
основе;
необходимая
для
удаления
загрязнений имодифицированные
минимизации усадки,акрилом,
а также покрытием
большим количеством
• на ортофталевой основе;
гликолями
разделительных
веществ основе;
(от 30 до 70 %).
• на бисфенольной
В качестве
основы
применяются
стеклянные,
нейлоновые или полиэфирные ткани с силиконовым, фторуглеродным
• алифатические полиуретаны,
полиизоцианаты;
или
покрытием.
• политетрафторэтиленовым
эпоксидные.
Поверхностная плотность варьируется от 46…500 г/м 2
При большой толщине слоя повышается химстойкость, а эластичность снижается => образование трещин.
Общее правило для стеклопластиков (за искл. особых случаев) толщина δ = 0,4÷1мм
Поверхностные слои (скинкоуты)
тканые и не тканые материалы с малой поверхностной плотностью, такие как декоративные

27.

Сборка технологического пакета
(вакуумного мешка)
Технологический пакет (вакуумный мешок), используемый для диафрагменных
методов формования пакетов препрегов состоит из следующих слоёв:
7
6
P АТ М
5
4
3
2
1
х
х
технологическая плита
х
х
х
х
х
P О СТ
х
х
х
х
к вакуум.насосу
1 – перфорированный разделительный слой (плёнка, смазка, покрытие); для предотвращения прилипания
отформованной детали/изделия к поверхности оснастки;
2 - «жертвенный слой» ткани; после формования слой удаляется, необходим для сохранения чистоты поверхности
детали для последующего склеивания или окрашивания, а также придания поверхности детали необходимой
шероховатости; или защитно-декоративный слой (термореактивная композиция, gel coat)
3 - пакет-заготовка; 4 –«жертвенный слой»
5 – второй перфорированный разделительный слой, препятствует излишнему оттоку связующего и склеиванию с
27 другими элементами сборки мешка; dотв = 0,5-1 мм; 1 отверстие на 50х50мм

28.

Сборка технологического пакета
(вакуумного мешка)
Технологический пакет (вакуумный мешок), используемый для диафрагменных
методов формования пакетов препрегов состоит из следующих слоёв:
7
6
P АТ М
5
4
3
2
1
х
х
технологическая плита
х
х
х
х
х
P О СТ
х
х
х
х
к вакуум.насосу
6 – цулага; тонкая перфорированная составная оболочка (из листового металла или гибкого материала) предназначенная
для передачи давления на пакет и обеспечения конфигурации детали/изделия (выполняет функцию пуансона). Также
препятствует потере устойчивости диафрагмой в процессе формования и улучшает качество поверхности со стороны
диафрагмы.
28

29.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
Цулаги
Марка материала
Airpad
Silicon platte
rotbraun 7455/061
Pressure strip
Airtech 1050
Характеристики
Не вулканизованная не силиконовая резина; Тmax = 204
°С; εв = 400 %; цвет – черный
Вулканизованная силиконовая резина толщиной 1 мм;
3 мм
Невулканизованная синтетическая резина в рулонах
Тmax = 230 °С; цвет – черный
Изготовитель
Вулканизованная силиконовая резина толщина 3 мм
Airtech
Назначение
Изготовление гибких цулаг (применяется
совместно с А4000 B.O.S.)
Wanggo
Гибкая цулага (лист)
Airtech
Изготовление расширяющихся цулаг
Airtech
Гибкая цулага
Применение дополнительных цулаг из жгута Pressure Strip
29

30.

Сборка технологического пакета
(вакуумного мешка)
Технологический пакет (вакуумный мешок), используемый для диафрагменных
методов формования пакетов препрегов состоит из следующих слоёв:
7
6
P АТ М
5
4
3
2
1
х
х
технологическая плита
х
х
х
х
х
P О СТ
х
х
х
х
к вакуум.насосу
6 – цулага; тонкая перфорированная составная оболочка (из листового металла) предназначенная для передачи
давления на пакет и обеспечения конфигурации детали/изделия (выполняет функцию пуансона). Также препятствует
потере устойчивости диафрагмой в процессе формования и улучшает качество поверхности со стороны диафрагмы.
7 –впитывающий слой из рыхлых тканей; собирает выделяющиеся летучие и избыток связующего;
8 - барьерный слой; предотвращает попадание летучих в выше лежащие слои;
9 - дренажный слой, создает равномерное разрежение при вакуумировании пакета, обеспечивает уход воздуха.
Краевой дренаж – осуществляет отвод воздуха с кромки детали;
30

31.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
Дренажные (газоотводящие) и впитывающие материалы
В качестве дренажных слоев применяются нетканые волокнистые материалы с высокой газопроницаемостью. Может
выполнять и роль впитывающих слоев, удаляя излишки связующего.
Основными материалами являются полиэфирные, полиамидные и стеклянные волокна нередко с примесью
вторичного сырья для удешевления.
Поверхностная плотность дренажных слоев варьируется в диапазоне 54…650 г/м 2 и подбирается в зависимости от
внешнего давления.
Марка материала
Airweave N10
Ultraweave 1032
Airweave Super 10
Edge Breather 300
Ultraweave 1020
Econowave 44
Стеклоткань
аналог
31
Т-10
Характеристики
Тmax = 204 °С; цвет – белый;
материал – полиэфир
Тmax = 232 °С; цвет – белый;
материал – нейлон
Тmax = 204 °С; цвет – белый;
материал – полиэфир
Тmax = 230 °С; цвет – белый;
материал – стекловолокно
Тmax = 232 °С; цвет – белый;
материал – нейлон
Тmax = 190 °С; цвет – зеленый;
материал – полиэфир
или Тmax = 250 °С; цвет – белый;
материал – стекловолокно
Изготовитель
Назначение
Airtech
Airtech
Нетканый дренажный материал
Airtech
Airtech
Airtech
Airtech
-
Кромочная дренажная лента
Нетканый
дренажный
материал
для
автоклавного формования при повышенном
давлении (6-10 Атм)
Нетканый
дренажный
материал
для
вакуумирования (или для процессов до 150 °С)
Тканый дренажный и впитывающий материал

32.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
Барьерные материалы (полупроницаемые мембраны)
Позволяют совместить задачу разделительных материалов и обеспечить возможность
откачки воздуха-или удаления летучих веществ как со стороны оснастки, так и со стороны
вакуумного мешка без потери связующего.
могут изготавливаться, как из однородного пористого материала, так и иметь в качестве
основы волокнистую подложку с изоляционным слоем (лицевая и обратная сторона
мембраны могут выполнять различные функции, так одна из сторон может выполнять
функцию жертвенной ткани).
применяют полиэфиры, фторированные полимеры и полиимиды
Марка материала
Характеристики
Изготовитель
Назначение
Тmax = 190 °С; вес 110 г/м2; материал – полиэфир с
С2003 А-Laminate
Trans-Textill
полимерным покрытием
Тmax = 190 °С; вес 110 г/м2; материал – полиэфир с
C8000
Trans-Textil
Полупроницаемая
мембрана
полимерным покрытием
процесса
инфузии
Тmax = 177 °С; вес 140 г/м2; материал – полиэфир с
полимерным покрытием
Dahltexx SP-2
Airtech
Dahlpac MC79
32
Тmax = 125 °С; вес 140 г/м2; материал – полиэфир с
полимерным покрытием
Airtech
для
Рукавная полупроницаемая мембрана для
исключения доступа связующего к
вакуумным трубкам

33.

Сборка технологического пакета
(вакуумного мешка)
6
Технологический пакет (вакуумный мешок), используемый для
диафрагменных методов формования пакетов препрегов состоит из
следующих слоёв:
Жгут – служит для
7
герметизации диафрагмы,
вакуумной пленки (мешка)
P АТ М
5
4
3
2
1
х
х
технологическая плита
х
х
х
х
х
P О СТ
х
х
х
х
к вакуум.насосу
6 – цулага; тонкая перфорированная составная оболочка (из листового металла) предназначенная для
передачи давления на пакет и обеспечения конфигурации детали/изделия (выполняет функцию пуансона).
Также препятствует потере устойчивости диафрагмой в процессе формования и улучшает качество
7 –впитывающий слой из рыхлых тканей; собирает выделяющиеся летучие и избыток связующего;
поверхности со стороны диафрагмы.
8 - барьерный слой; предотвращает попадание летучих в выше лежащие слои;
9 - дренажный слой, создает равномерное разрежение при вакуумировании пакета, обеспечивает уход
воздуха, а также смягчение острых углов и предохранение вакуумных мешков от пореза.
Краевой дренаж – осуществляет отвод воздуха с кромки детали;
10 - силовой слой – ткань сатинового плетения; для упрочнения пакета;
11 – эластичная диафрагма (вакуумный мешок, вакуумная пленка) – служит для создания вакуума,
33
герметичного объёма под мешком и передает внешнее давление на формуемую деталь. Герметично
прижимается к плите.

34.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
Вакуумные пленки
Марка материала
Wrightlon 7400
Ipplon KM1300
Ipplon DP1000
Airdraw 2
Wrightlon 5400
Big Blue L-100
Econolon
34
Характеристики
Тmax = 204 °С;εв = 400 %;
цвет – зеленый; материал – нейлон
Тmax = 212 °С; εв = 425 %; цвет – розовый;
материал – нейлон
Тmax = 212 °С; εв = 450 %; цвет – желто-розовый;
материал – нейлон
Тmax = 204 °С; εв = 450 %; цвет – розовый;
материал – нейлон
Тmax = 177 °С; εв = 375 %; цвет – прозрачный;
материал – нейлон
Тmax = 121 °С; εв = 350 %; цвет – синий; материал –
полиолефин, многослойная
Тmax = 149 °С; εв = 375 %; цвет – прозрачный;
материал – найлон, многослойная
Изготовитель
Назначение
Airtech
Airtech
Пленка
мешков
для
изготовления
вакуумных
Airtech
Airtech
Пленка для изготовления вакуумных
мешков, используется для быстрой
откачки воздуха без дренажа при
вакуумировании
Airtech
Airtech
Airtech
Низкотемпературная вакуумная пленка
для
проведения
межслоевого
вакуумирования.

35.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
Вакуумные пленки
Марка материала
Wrightlon 7400
Ipplon KM1300
Ipplon DP1000
Airdraw 2
Wrightlon 5400
Big Blue L-100
Econolon
Характеристики
Тmax = 204 °С;εв = 400 %;
цвет – зеленый; материал – нейлон
Тmax = 212 °С; εв = 425 %; цвет – розовый;
материал – нейлон
Тmax = 212 °С; εв = 450 %; цвет – желто-розовый;
материал – нейлон
Тmax = 204 °С; εв = 450 %; цвет – розовый;
материал – нейлон
Изготовитель
Назначение
Airtech
Airtech
Пленка
мешков
для
изготовления
вакуумных
Airtech
Airtech
Тmax = 177 °С; εв = 375 %; цвет – прозрачный;
материал – нейлон
Тmax = 121 °С; εв = 350 %; цвет – синий; материал –
полиолефин, многослойная
Тmax = 149 °С; εв = 375 %; цвет – прозрачный;
материал – найлон, многослойная
Пленка для изготовления вакуумных
мешков, используется для быстрой
откачки воздуха без дренажа при
вакуумировании
Airtech
Airtech
Низкотемпературная вакуумная пленка
для
проведения
межслоевого
вакуумирования.
Airtech
Герметизирующие жгуты и прочие материалы
Марка материала
Характеристики
Изготовитель
GS 213
Тmax = 204 °С; цвет – серо-белый
Airtech
GS 333
Тmax = 232 °С; цвет – светлозеленый
Тmax = 204 °С; цвет –черный
GS 43MR
Тmax = 232 °С; цвет –серо-белый
Airtech
AT 200Y
Тmax = 204 °С; цвет – желтый
Airtech
Airseal DB
Тmax = 150°С; цвет – синий
Airtech
Airseal 2
Grit strip screen black
(удерживающая сетка)
Permagrip
(удерживающая гребенка)
Тmax = 150°С; цвет – черный
Airtech
GS 213-3
35
Airtech
Airtech
3М
Airtech
Назначение
Герметизация вакуумных мешков и соединений
при формовании
Герметизация
вакуумных
вакуумировании
мешков
при
Крепление слоев препрега к оснастке и/или
между собой в трехслойной конструкции

36.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
1-винтовой зажим;
2- прижимное кольцо;
3- эластичная диафрагма;
4 – формуемое изделие;
5 – форма
К питающим коммуникациям можно отнести
вакуумные шланги, трубки, штуцеры, клапаны,
переходники.
36
В качестве материалов применяются поливинилхлорид (60 °С),
полиформальдегид (70 °С) полиэтилен (80…90 °С), полипропилен
(120 °С), полиамид (175 °С), силикон (260 °С), а также такие
металлы, как латунь, алюминий и сталь.

37.

Сборка технологического пакета (вакуумного мешка)
СИЛИКОНОВЫЕ МЕШКИ многоразового использования
Изготовление мешка из
двухкомпонентного текучего
силиконового эластомера
• Применение силиконового мешка становится экономически более выгодным уже
после 8-10 изделий, по сравнению с традиционными вакуумными мешками
• Экономия трудозатрат составляет более 50 % после производства двух изделий
• Мешки не требуют никакого технического обслуживания, нанесения разделительного
агента, использования уплотнителей
• «Точность формы» — полностью повторяет поверхность — даже на сложных формах
• Вероятность утечки вакуума значительно снижена, отсутствие складок / загибов
• Значительно снижено количество отходов
• Рабочие температуры до 240 градусов
37
Технология Flex Molding

38.

Особенности и проблемные вопросы сборки мешка и выкладки
препрега
1.Возникновение повышенной пористости в детали из-за
неправильной сборки вакуумного мешка : закрытие кромок
заготовки разделительной пленкой, перекрыв контакт с дренажным
материалом (как при послойном вакуумировании так и при
формовании).
2. Снижение характеристик (зависящих от содержания матрицы) для тонкостенных конструкций
(толщиной до 2 мм) вследствие избыточного удаления связующего через перфорированную
разделительную пленку. Наблюдается падение для сдвиговых характеристик ПКМ. Необходимо
грамотно подбирать поверхностную плотность жертвенной ткани и степень перфорации
разделительной пленки в зависимости от текучести связующего в препреге.
Номинальная
толщина, h, мм
2
6
8
Толщина монослоя,мм
Release
Easy
0,204
0,205
0,205
Ply G
0,202
0,204
0,204
Плотность, г/см3
Release
Easy
1,523
1,520
1,520
Ply G
1,530
1,524
1,523
Пористость, %
Release
Easy
0,19
0,32
0,32
Межслоевой сдвиг, МПа
Ply G
Release Easy
Ply G
0,60
0.39
0,34
78
79
74
71
76
75
Возможность предварительного прогнозирования объёмного содержания связующего в ПКМ
изменяя количество дренажных (впитывающих) слоев (NB), которые определяются по формуле
(1):
Где
NP – количество слоев препрега в пакете, шт
φf – объёмное содержание волокна в ПКМ (выбирается), %
А – абсорбция дренажного (впитывающего) слоя, г/м 2
φr – объёмное содержание матрицы в ПКМ (=100 - % φ f )
wr – содержание связующего в препреге, г/м
wf – содержание волокна в препреге, г/м 2
2
ρr – плотность связующего, г/см3
ρ – плотность волокна, г/см3
38

39.

Особенности и проблемные вопросы сборки мешка и выкладки
препрега
3. Смятие скоса сотового заполнителя в случае отсутствия дополнительной фиксации слоев
препрега. Фиксация необходимо при большой длине скоса (как правило при толщине сот более
25 мм). Фиксация слоев осуществляется при помощи сетки или гребенки (Permagrip, Grit strip).
39
Не рекомендуется угол скоса больше 30°

40.

Особенности и проблемные вопросы сборки мешка и выкладки препрега
4. Провисание материала препрега в радиусных зонах и зонах переходов по толщине с
образованием пустот (пористости). Пути решения:
4.1. Контроль процесса выкладки для исключения провисания слоя в радиусной зоне;
4.2. Применение дополнительных цулаг из жгута Pressure Strip.
5. Неудовлетворительное качество поверхности детали со
стороны вакуумного мешка по причине сложной геометрии
детали. Для улучшения качества поверхности сложных
деталей необходимо применение резиновых гибких
формообразованных цулаг Airpad.
40

41.

Особенности и проблемные вопросы сборки мешка и выкладки препрега
6. Повышенное содержание пор в детали. Одной из
возможных причин возникновения повышенной
пористости в ПКМ – оставшийся воздух в
межслоевом и межволоконном пространстве на
этапах выкладки препрега. С целью снижения
возможности накопления воздуха , необходима
процедура межслоевого вакуумирования заготовки
препрега на этапе выкладки.
Повышенная пористость материала после формования
7.
Межслоевое
вакуумирование
рекомендуется проводить после выкладки
первого слоя и через каждые 4 слоя
выложенной заготовки.
Режим межслоевого вакумирования:
создать вакуум под вакуумным мешком
((0,095 ± 0,005) МПа (0,95 ± 0,05) бар),
выдержать в течение 10-15 мин.
Схема сборки мешка для межслоевого вакуумирования
41

42.

Особенности и проблемные вопросы сборки мешка и выкладки препрега
8. Повышенное отток связующего в процессе
формования, обусловленный: высокой текучестью
связующего (природа связующего), неравномерным
давлением по площади детали при формовании,
неправильным выбором вспомогательных материалов
(перфорация разделительной пленки).
Повышенный отток связующего может привести к:
1. Краевому эффекту (снижение толщины детали по
краям;
2. Обедненной связующим поверхностных слоев
детали и в объёме ПКМ;
3. Неравномерной толщине детали - толщина
монослоя не соответствует номинальной или
расчетной.
Пути решения проблемы:
4. Модификация режима формования с целью
снизить время нахождения заготовки при условии
минимальной вязкости связующего или снизить
давление на заготовку в момент минимальной
вязкости связующего;
5. Подбор перфорации разделительной пленки или
применение неперфорированной пленки (при
условии применения межслоевого вакуумирования
и низкого содержания летучих в препреге);
6. Применение
краевой
дамбы
при
сборке
вакуумного мешка (для снижения краевого
эффекта).
Краевой
эффект
особенно
актуален для препрега из
однонаправленного
армирующего
материала
(лент).
Течение
связующего
активно проходит вдоль волокон
ленты!
42

43.

Автоклавная технология. Расчетные выкладки о параметрах ПКМ
Расчет толщины монослоя ПКМ без учета течения связующего
Примечание: Учет течения связующего для получения большего объёмного содержания волокна см.
формулу (1) (слайд 38).
Расчет объёмного содержания волокна в ПКМ без учета течения связующего
Расчет фактического объёмного содержания волокна в ПКМ по измеренному CPT
Где
wr – содержание связующего в препреге, г/м2
wf – содержание волокна в препреге, г/м 2
ρr – плотность связующего, г/см3
ρf – плотность волокна, г/см3
43

44.

45.

46.

Режим формования. Термоанализ оснастки
1
Изготовленная оснастка перед началом
применения должна пройти термический анализ
для
определения
температурных
полей,
возникающих в процессе формования изделия.
2
Термический анализ должен проводиться в
соответствии с режимом формования изделия.
3
При проведении термического анализа на
оснастку
устанавливают
термопары
в
количестве,
необходимом
для
получения
картины нагрева и охлаждения различных зон
оснастки.
Рекомендуется устанавливать от четырех до
шести термопар на каждый квадратный метр для
крупногабаритной оснастки (ширина сечения
формообразующей поверхности равна или более
300 мм) или на каждый погонный метр для
оснастки малого сечения (ширина сечения
формообразующей поверхности не более 300
мм).
Располагать термопары равномерно и с учетом
инженерного анализа оснастки (наличие зон
переходов по толщине оснастки, наличие
сопряженных формообразующих элементов,
края и центр формообразующей поверхности и
т.п.).
По итогам термического анализа оснастки
должны быть определены самые «горячие» и
«холодные» зоны для установки контрольных
4
5
6
46

47.

Материалы оснастки. КЛТР
Позитивная оснастка («папа»)
Материал
Негативная оснастка («мама»)
Сталь
Алюминий
Гальванически
осажденный никель
Инвар / Прецизионные
сплавы
Углепластик
(Тотв ~180 °С)
815
260
280
КЛТР
Мкм/м/°С
6,3-6,7
12,5-13,5
7,4-7,5
815
0,8-2,9
10-12
180
2,0-2,5
2-4
Стеклопластик
(Тотв ~180 °С)
180
8,0-11,0
1-3
Графит (монолит)
Керамика
Силикон
Резина (на основе
420
890
280
180
1,0-2,0
0,4-0,5
45-200
85-95
30-40
0,5-1,0
0,1-0,2
0,1-0,2
Макс Траб, °С
Коэфф. теплопровод.,
Вт/М °С
57-67
200-220
58-65
47

48.

Материалы оснастки. Влияние ТКЛР на геометрию детали.
Подход по снижению «спрингэффекта» (пружинения)
Композитная
деталь
Композитная
деталь
Оснастка
Оснастка
Х – Проектный размер детали
Z – поправочный коэффициент
Примечание: угол 1,5° показан как пример.
Величина угла от 0 ° до 5 ° в зависимости от
материала оснастки
Учет тепловых факторов = проектный размер x (αLдет - αLосн ) х (Tg - TRT)
Где:
Z
α – Термический коэффициент линейного расширения детали,
αLосн – Термический коэффициент линейного расширения оснастки,
дет
L
Tg – Температура гелеобразования связующего детали,
TRT – Комнатная температура.
48

49. Технологические параметры

Основными технологическими параметрами процессов формования
являются:
•давление формования (Рф)
•температура (Тупл, Тотв)
•время (tвтс, tотв)
Внутри пакета создается разрежение
Давление формования РФ = РВНЕШ.ДАВЛЕНИЕ - РОСТАТОЧНОЕ
В зависимости от аппаратурного оформления методов давление передается на пакет через диафрагму
атмосферой (РВНЕШ.ДАВЛЕНИЕ = РАТМ) или гидросферой (столб жидкости – Р = ρgH) соответственно при
вакуумном формовании и методе глубоководного погружения; сжатым газом или жидкостью
(пневматическое РФ = PИЗБ , автоклавное и гидроклавное РВНЕШ.ДАВЛЕНИЕ = РИЗБ ).
49
Давление необходимо прикладывать при минимальной вязкости связующего и обязательно до
перехода гелеобразования, чтобы позволить воздуху в межслоевом и межволоконном пространстве
выйти из заготовки.
По результатам оценки содержание волокна, матрицы и пористости в пластике можно сделать
вывод о достаточности приложения давления и уровне вакуума в процессе формования.
Температура выдержки зависит от температуры оптимальной вязкости состава, температура
отверждения определяется свойствами выбранного материала.
Время выдержки зависит от скорости удаления летучих продуктов, а время процесса
отверждения складывается из времени вязко-текучего состояния t втс и времени отверждения tотв.

50.

50
Автоклавное формование
Процесс формообразования заготовки детали при помощи избыточного давления газа в объёме автоклава,
передаваемого на заготовку при помощи эластичной диафрагмы (вакуумного мешка) с последующим
отверждением связующего под действием температуры. В качестве газа, как правило, применяют
инертный газ : азот (или смесь азота с воздухом), углекислый газ. Нагрев в автоклаве осуществляется за счет
электричества, горячего масла, пара.
Особенности и возможности процесса
Рабочая температура до 650 °С
Рабочее давление до 34 Атм.
Требуется вакуумный мешок
Высокое
качество
и
геометрическая
точность
получаемых деталей
Стабильные физико-механические свойства детали
Изготовление
крупногабаритных
деталей
из
высокомонолитного ПКВМ с высокими физикомеханическими характеристиками
d = 4 м, l = 22 м
Недостатки процесса
Длительный цикл изготовления (формования)
Высокая стоимость оборудования
1-форма; 2 – препрег; 3-эластичная диафрагма; 4-уплотнители;
5 – тележка; 6 – рельсы; 7-корпус автоклава; 8 – крышка
Размер детали ограничены размером автоклава, а форма
детали ограничивается возможностью технологической
оснастки
Критерии и типы оснастки
Низкий вес оснастки
Оснастка должна обеспечивать максимально возможную
циркуляцию воздуха в объёме автоклава
Высокое энергопотребление, для разогрева до температуры
формования требуется длительное время
Для серии до 100 деталей - углепластиковая оснастка,
имеющая КЛТР схожий с КЛТР детали
Разгерметизация (повреждение) вакуумного мешка
процессе формования, приводящее к браковке детали
Для крупносерийного производства
- металлическая
оснастка (сталь, инвар, никель)
Для изготовления прототипов и опытных образцов
оснастка из дельта- древесины, гипса.
Время процесса ограничено временем жизнеспособности
препрега
Повышенная
опасность
из-за
возможности
взрыва
(характеристика автоклава Р*V, где `V – свободный объём
автоклава, P*V<104[(кг/см2)*см3]
Высокий градиент температур между воздухом и деталью
(оснасткой) приводящий к низкой скорости нагрева детали
в

51. Характеристика основных методов формования деталей/изделий из АП

Автоклавное
формование
P
P
Преимущество автоклавного
формования перед
прессованием – давление
распределяется нормально по
всей поверхности
детали/изделия.
При формовании в жёсткой матрице на вертикальные стенки Р Ф не
распределяется.
Плотность и прочность материала горизонтальной стенки намного
больше, чем вертикальной.
При диафрагменном методе плотность и прочность материала
вертикальной и горизонтальной стенки примерно равны.
51

52. Автоклавное формование

Процесс автоклавного формования задается определенным режимом с контролем ключевых
параметров технологического процесса: температуры, давления, времени, и вакуума.
Формование проводится в соответствии с действующими на предприятии НД/ТД по формованию конкретной
марки препрега*
Типовой режим автоклавного формования
монолитной детали с температурой
отверждения препрега 180 °С. Пример
Типовой режим автоклавного формования
сотовой детали с температурой отверждения
препрега 180 °С. Пример
Давление необходимо прикладывать при минимальной вязкости связующего и
обязательно до перехода гелеобразования, чтобы позволить воздуху в межслоевом
и межволоконном пространстве выйти из заготовки.
52
Тф – температура формования композита, °С;
Тц –температура цеха, °С;
* Примечание: Режим формования задается разработчиком препрега, и может быть скорректирован по согласованию с ним

53. Автоклавное формование

Также на пористость в пластике оказывает
влияние вакуумирование заготовки перед
формованием и на начальном этапе процесса
формования.
Режим автоклавного
формования монолитной
детали с температурой
отверждения препрега 180 °С
с дополнительным
вакуумированием. Пример
53

54.

Вакуумное формование
1-2-3, 2-1-3
0,09 МПа
2
Процесс формообразования заготовки детали при помощи давления вакуума,
передаваемого на заготовку при помощи эластичной диафрагмы (вакуумного мешка) с
последующим отверждением связующего под действием температуры (в печи с
вакуумной системой)
Особенности и возможности процесса
Рабочая температура как правило до 350 °С
Не требуется автоклав (необходима печь)
Требуется вакуумный мешок
Удовлетворительное
качество
и
геометрическая
точность получаемых деталей
Стабильные физико-механические свойства детали
Недостатки процесса
Длительный цикл изготовления (формования)
Размер детали ограничены размером печи, а форма
ограничивается возможностью технологической оснастки.
Критерии и типы оснастки
Низкий вес оснастки
детали Оснастка должна обеспечивать максимально возможную
циркуляцию воздуха в объёме печи
Высокий градиент температур между воздухом и деталью (оснасткой) Для серии до 100 деталей - углепластиковая оснастка,
имеющая КЛТР схожий с КЛТР детали
приводящий к низкой скорости нагрева детали.
Разгерметизация (повреждение) вакуумного
формования, приводящее к браковке детали
мешка
в
процессе Для крупносерийного производства
оснастка (сталь, инвар, никель)
Время процесса ограничено временем жизнеспособности препрега
-
металлическая
Для изготовления прототипов и опытных образцов
оснастка из дельта- древесины, гипса.
Сложно избавиться от повышенной пористости и качественной
проформовки в детали, что приводит к усложнению процессов
выкладки, подформовки (вакуумирования) и формованию
54
-

55.

Вакуумное формование
Материалы для вакуумного формования очень близки с автоклавным процессом и часто
взаимозаменяемые. Это касается заполнителей, клеевых пленок и прочего. Препреги для
процесса вакуумного формования разрабатываются отдельно и, как правило, отличаются от
автоклавных препрегов по параметрам вязкости связующего и текучести.
55
Марка препрега для вакуумной технологии (безавтоклавной)
Производитель
Препреги серии Cycom 5320-1. Доступны на волокнах IM7 (Лента и ткань
полотняного плетения), T650 (ткань сатин, полотно, лента)
Cytec, Solvay group (Бельгия)
Препреги HexPly M26T (на ткани)
Hexcel (США)
Препреги серии HexPly M56 (ткань, лента, резанная лента (для
автоматической выкладки)
Hexcel (США)
Препреги на связующем АСМ 102 (АСМ102-С200Т, АСМ102-С130UD)
АО «Препрег-СКМ» (Россия)

56.

Пневматическое формование
(метод пресс-камеры)
Конструктивное исполнение
пневматического формования
позитивной диафрагмой
56
0,8 -1,0 МПа
5
Отдельные участки диафрагм оснастки
негативного типа, имеющих сложную
конфигурацию, деформируются на разную
величину и поэтому также неравномерно
передают на пакет давление формования.
В представленной на рисунке диафрагме
относительные окружные деформации,
возникающие по давлением Р в
цилиндрической и сферической частях,
отличаются в 3 раза
В соответствии с обобщёным законом Гука:
1 – матрица; 2 –
диафрагма; 3 –
формуемая деталь;
4 – технологическая
плита
1-2-3, 2-1-3
окр .ц
3 p R
4 Е
окр .сф
1 p R
4 Е
Неодинаковыми будут и давления,
передаваемые этими частями диафрагмы
на пакет. Для выравнивания давления
толщина стенки цилиндрической части
диафрагмы необходимо увеличить в 3
раза.
Рисунок - К расчёту εокр.ц.и εокр.сф.
деформаций диафрагмы, состоящей
из цилиндрической (1) и сферической
(2) частей:
δ и Е – толщина и модуль упругости
диафрагмы; R – радиусы цилиндрической и
сферической частей диафрагмы; р – давление.

57. Гидроклавное формование

1-2-3, 2-1-3
6,0 -8,0 МПа
9
Нагрев до Т = 200-250˚С
1-корпус,
2 –крышка;
3 –форма;
4-препрег;
5-герметичная диафрагма;
6-рабочая жидкость (глицерин,
кримнийорганические масла)
По сравнению с автоклавами,
гидроклавы безопасны в работе, могут
реализовать большее давление, но их
размеры существенно меньше, и
жидкость создаёт неудобство в работе
(значительно снижается культура
производства)
Метод глубоководного погружения
1 м. воды даёт 0,1 атм (0,01 МПа). Р = ρgh
1-2-3, 2-1-3
100 МПа*
10
*При погружении в Марианскую впадину
57

58. Мембранные методы формования

59.

Мембранное формование
1-2-3, 2-1-3
Пневматическое формование
0,3-0,5 МПа
3
Формование жестким пуансоном
0,5-1,0 МПа
4
Комбинированные методы формования
0,3-0,5 МПа
4
Быстрое изготовления оболочек со сферической поверхностью, при сравнительно простом аппаратурном оформлении
В основу исследуемого метода положена способность большинства тканых наполнителей при растяжении под углом 45 о
по отношению к направлениям основы и утка укладываться без складок на сферическую поверхность за счет
внутрислойных деформаций, выражающихся в изменении угла переплетения между нитями основы и утка.
59

60. Конструктивные особенности мембран

Проведём анализ конструктивных особенностей
мембраны на примере процесса формования
полусферических оболочек пневмоформования пакета,
помещённого между двумя плоскими мембранами.
При формовании размеры детали в плане задаются протяжным кольцом 2, а высота – глубиной вытяжки
мембран под действием избыточного давления газа ризб., создаваемого в камере 1
Нижняя мембрана в этом процессе играет роль формообразующей оснастки, а верхняя – гибкого элемента,
создающего за счёт растяжения необходимое давление формования. Избыточное давление, создаваемое
в камере 1 (ризб.) затрачивается на деформирование нижней мембраны(ро), пакета (рп) и верхней
мембраны (рУ), создающей давление уплотнения:
ризб= ро+рп+ру. (1)
Среди слагаемых уравнения 1 принципиальное значение имеет ру, так как от его величины зависит
толщина стенки детали и свойства материала, определяемые соотношением матричной и упрочняющей
фаз. Для создания необходимого давления верхняя мембрана должна иметь конкретную толщину и
механические свойства.
давление, воспринимаемое мембраной со стороны сжатого газа, равно давлению, с которым она
уплотняет пакет
60

61.

Рис. 2 К расчёту толщины формующей мембраны:
R – радиус срединной поверхности мембраны; r – радиус протяжного кольца;
δ – начальная толщина мембраны.
ру рг
2S о sin 2
r 4
( 3 sin 3 )
R – радиус формуемой детали, δо – толщина уплотняющей
верхней мембраны;
S - упруго-деформационная характеристика Бартенева-Хазановича
>1

62.

Мембранное формование
(а)
(б)
Рис. Модельная оболочка со сферической поверхностью,
отформованная между двумя эластичными мембранами.
а – готовая деталь; б – деталь с технологическими припусками.
62

63. Методы формования гибкой лентой

64.

1-2-3
3-8
1- оправка;
2 –препрег;
3 – резиновый жгут
8 – 10 МПа

65.

уравнение Эйлера
P = N/R
p
N
рo
Nα = No * e-αf ;
угол α < 180°
1-2-3
f – коэффициент трения
скольжения
1
No
No
(а)
p
, , n
(г)
(в)
No
Мкр
(д)
2
No
No
(б)
No
8 – 10 МПа
Выравнивание давления
можно ожидать при малой
скорости вращения v
Rопр
tу пл
При больших скоростях вращения оправки
давление уплотнения будет распределяться также,
как и при формовании на невращающейся оправке,
поскольку в каждом сечении пакета в момент
непосредственного действия N0 не достигаются
равновесные степени уплотнения.
Рис. 32. Схемы процессов формования деталей с цилиндричекской
поверхностью гибкой лентой.
а, б – на неподвижной оправке, в – оправке, свободно вращающейся вокруг оси, г, д – оправке, приводимой во
вращение в сторону, противоположную действия усилия натяжения.

66.

(а)
(б)
Модельные детали, отформованные методом гибкой ленты.
а – однослойная цилиндрическая оболочка
б – 3х слойная оболочка с сотовым заполнителем

67.

Литература
1. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология:
Учебное пособие. 4-е издание. /Под ред. Берлина А.А. – СПб.: Профессия, 2014. –
560 с
2. Технология производства изделий и интегральных конструкций из КМ в
машиностроении_А.Г.Братухин, В.С.Боголюбов, О.С.Сироткин – М.: Готика, 2003. 516 с.
3. Виноградов В.М., Комаров Г.В., Мийченко И.П., Бухаров С.В., Михайлин Ю.А. / О
терминологии в технологии деталей из полимерных композиционных волокнистых
материалов (ПКВМ) // Композитный мир.- 2013, №3 - С. 52-60
4. Виноградов В.М., Комаров Г.В. / К вопросу о классификации в области технологии
изготовления деталей и сборки изделий из полимерных материалов //
Пластические массы. - 2003, №4 - С.33-38.
5. Технология производства препрегов для ПКМ: учебное пособие / Виноградов В.М.,
Головкин Г.С., Горохович А.И. и др. – Уфа: УГАТУ, 1995. – 92 с.
6. Мийченко И.П.. Технология полуфабрикатов полимерных материалов. – СПб.:
НОТ, 2012. – 374 с.
7. Любин Дж. Справочник по композиционным материалам. Пер. с англ./ Под ред.
А.Б. Геллера. в двух томах– М.: Машиностроение, 1988. – 448с
8. Справочник по пластическим массам. Изд. 2-е пер. и доп. В 2-х томах. / Под ред.
В.М. Катаева, В.А. Попова, Б.И. Сажина – М.: Химия, 1975. - т. 1. - 448 с. – т. 2. 568 с.
9. Энциклопедия полимеров. Т. 1,2,3 – М.: Советская энциклопедия, 19741977.Пластики конструкционного назначения.
10. Кербер М.Л., Буканов А.М. и др.Физические и химические процессы при
переработке полимеров. - СПб.: НОТ, 2013. – 314 с.

68.

Рекомендуемая литература
11. Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. пособие / В.К.
Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. - СПБ.:
Профессия, 2004. - 464 с
12. Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для вузов / С.В. Власов,
Л.Б. Кандырин, В.Н. Кулезнев и др. – М.: Мир, 2006. – 600 с..
13. Технология полимерных материалов: учебн.пособие / А.Ф. Николаев, В.К.
Крыжановский, В.В. Бурлов и др.; поод общ. Ред. В.К. Крыжановского. – СПб.:
Профессия, 2008. – 544 с.
14. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов:
Справочное пособие. - Л.: Химия, 1983. - 288 с.
15. Практикум по полимерному материаловедению/ Под ред. П.Г. Бабаевского. - М.:
Химия, 1980. - 250 с.
16. Практикум по технологии переработки пластических масс/ Под ред.
В.М.Виноградова, Г.С.Головкина. - М.: Химия, 1980. - 240 с.
17. Сагалаев Г.В., Виноградов В.М., Комаров Г.В. Основы технологии изделий из
пластмасс. – М.: МИТХТ, 1974. – 733 с.
18. Тадмор З., Госок К. Теоретические основы переработки полимеров: Пер. с анг. /
Под ред. Р.В. Торнера. – М.: Химия, 1984. – 628 с.
19. Научные основы производства изделий из термопластичных композиционных
материалов / Головкин Г.С., Дмитренко В.П. – М.: РУСАКИ, 2005. – 472с.
20. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов. Пер. с англ. / Под
ред. Виноградова Г.В. – М.: Госхимиздат, 1962. – 747с.
21. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических
конструкций из композиционных материалов: учеб.для вузов. – М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 1998. – 516 с.

69.

Рекомендуемая литература
22. Технология композитов на основе термореактивных полимерных связующих:
учебное пособие / В.И. Кулик, А.С. Нилов; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2019. –
136 с.
23. Кулик В.И., Нилов А.С. Технология композитов на основе термопластичных
связующих: учебное пособие /Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2020. – 57 с.
24. F.C. Campbell. Structural Composite Materials. ASM International. 2010, 629 p.
25. Mallick, P.K. Fiber-Reinforced Composites: Materials, Manufacturing, and Design.
Third Edition. CRC Press, 2007, 616 p.
26. F. C. Campbell. Manufacturing Processes For Advanced Composites. Elsevier
Advanced Technology, 2004, 533 р.
27. Халиулин В.И., Шапаев И.И. Технология производства композитных изделий:
Учебное пособие. – Казань: Из-во Казан.гос. технич. университета, 2003. – 333 с