способ изготовления композиционных отсеков изделий

Формула изобретения

1. Способ изготовления композиционных отсеков изделий, при котором несущие слои выполняют из тонколистового токопроводящего материала, размещают между несущими слоями армирующие элементы и связующее, отличающийся тем, что на внешней поверхности внешнего несущего слоя и внутренней поверхности внутреннего несущего слоя устанавливают блочные части коммутирующих устройств, а на внешней поверхности внутреннего несущего слоя размещают соединительные элементы, образуя равномерно распределенную составную армирующую структуру, при этом блочные части коммутирующих устройств соединяют между собой соединительными элементами, а свободное пространство между несущими слоями через технологические отверстия в них заполняют заливочным пенокомпаундом, который обволакивает армирующую структуру, после чего связующее отверждают, образуя механические связи между несущими слоями, а также между несущими слоями и армирующей структурой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что каждый из несущих слоев выполняют с использованием импульсного силового воздействия на заготовку из тонколистового токопроводящего материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании и изготовлении облегченных композитных изделий, особенно таких, которые включают большое количество приборов и элементов связи между ними. Необходимость удовлетворения целого ряда, порой противоречивых, требований приводит к необходимости создания многочисленных композиционных конструкций и способов их изготовления.

Известна конструкция отсеков изделий в виде сетчатых структур, состоящих из спиральных ребер с углами + к образующей отсека и кольцевых ребер, проходящих через середины спиральных (см. УДК.531/534, 620.22-419-8.620.1. В19. Васильев. Механика конструкций из композитных материалов. Справочник под общей редакцией А.Ю.Голубева и Л.А.Кандакова. М.: Машиностроение, 1986.) Такая конструкция отсека отличается тем, что при действии, например, сжимающей силы в элементах возникают интенсивные продольные нагрузки и незначительные изгибающие моменты, что наиболее оптимально для композиционных материалов. Это позволяет выполнять конструкцию из тонкой обшивки, играющей роль в перераспределении нагрузки.

Известен также способ изготовления многослойных панелей, при котором предварительно сгофрированный заполнитель устанавливают между листовыми обшивками и соединяют обшивки с заполнителем диффузионной сваркой (см. а.с. №177511149. А1, кл. В23К 20/14).

Широко распространены технологии изготовления композиционных конструкций, в которых в качестве материалов для армирования используют стеклянные, углеродистые, органические, борные волокна, а также их сочетания. Свойства композиционных отсеков формируют не только арматурой, но и, в большой степени, ее укладкой. Получены и находят все более широкое применение синтетические пены на различных связующих плотностью 500-900 кг/м³ и прочностью R_сж 27-58 МПа, которые используют там, где необходима высокая удельная жесткость и хорошие адгезионные свойства (см. УДК. 620. 18(035) 420.1.Т21. Тернопольский. Пространственно армированные композиционные материалы. Справочник. М.: Машиностроение, 1987).

В качестве прототипа использован способ изготовления композитных изделий, в котором несущие слои выполняют из тонколистового токопроводящего материала, размещают на них армирующие элементы, а свободное пространство между несущими слоями заполняют связующим, обволакивающим армирующие элементы, после чего связующее отверждают, образуя механические связи между несущими слоями, а также между несущими слоями и армирующими элементами (см. SU 706377, С04В 3904, 1979).

Недостатком указанного способа является то, что после изготовления оболочки отсека он дополнительно укомплектовывается коммутирующими и соединительными элементами, предназначенными для соединения установленных на нем приборов, а также для связей между отсеками, что требует резервирования соответствующих объемов и весов, при этом соединительные элементы, например электропроводники, требуют дополнительной защиты от внешних воздействий посредством защитных и экранирующих оболочек, что также увеличивает вес и габариты отсека и снижает его надежность. Изготовление несущих оболочек, особенно сложной пространственной формы, с помощью традиционных технологий увеличивает сроки и трудоемкость их изготовления.

Целью предлагаемого технического решения является улучшение габаритно-массовых характеристик отсеков изделий, увеличение надежности, а также снижение трудоемкости, сроков и стоимости их изготовления путем расширения функциональных возможностей связующих элементов, входящих в комплектацию отсека, а также применения более прогрессивных технологий и материалов.

Указанные цели достигаются тем, что в известном способе изготовления композиционных отсеков изделий, в котором между несущими слоями, выполненными из тонколистового токопроводящего материала, размещают армирующие элементы и связующее, на внешней поверхности внешнего несущего слоя и на внутренней поверхности внутреннего несущего слоя устанавливают блочные части коммутирующих устройств, а на внешней поверхности внутреннего несущего слоя размещают соединительные элементы, образуя равномерно распределенную составную армирующую структуру, при этом блочные части коммутирующих устройств соединяют между собой соединительными элементами, а свободное пространство между несущими слоями через технологические отверстия в них заполняют заливочным пенокомпаундом, который обволакивает армирующую структуру, после чего связующее отверждают, образуя механические связи между несущими слоями, а также между несущими слоями и армирующей структурой. Каждый из несущих слоев выполняют с использованием импульсного силового воздействия на заготовку из тонколистового токопроводящего материала.

Использование предлагаемого способа позволяет соединительным элементам, обеспечивающим связи между блочными частями коммутирующих устройств, выполнять вторую функцию - силовую, так как, будучи элементами составной армирующей структуры отсека, они способны воспринимать значительную часть механической нагрузки, воздействующей на отсек в процессе его эксплуатации. Это позволяет существенно (до 50%) снизить суммарный вес отсека и, одновременно, увеличить надежность, так как соединительные элементы и места их соединений с блочными частями коммутирующих устройств надежно защищены пенокомпаундом и несущими слоями.

Выполнение несущих слоев с использованием импульсного силового воздействия на заготовку, например электроимпульсного силового воздействия, которое составляет 10-50 микросекунд, позволяет существенно (в несколько раз) снизить время изготовления отсеков и их материалоемкость, так как позволяет уменьшить толщину заготовок за счет введения элементов жесткости, которые выполняются в процессе единого технологического цикла.

Сущность способа поясняется чертежом, где показан композитный отсек изделия в сборе.

Способ осуществляется следующим образом. Из листовых заготовок тонколистового электропроводящего материала формуют и соединяют по образующей импульсным силовым воздействием, например электроимпульсным силовым воздействием, внешний 1 и внутренний 2 несущие слои. На внутренней поверхности 3 внутреннего несущего слоя 2, а также на внешней поверхности 4 внешнего несущего слоя 1 и его торцовых поверхностях 5 размещают блочные части коммутирующих устройств 6, например электросоединителей. На внешней поверхности 8 внутреннего несущего слоя 2 размещают и технологически закрепляют, например с помощью клеевых накладок 9, стоек для крепления приборов 10 и других конструктивных элементов, соединительные элементы 7, например электропроводники, таким образом, что образуют равномерно распределенную составную армирующую структуру. Блочные части коммутирующих устройств 6 соединяют между собой соединительными элементами 7. Свободное пространство между несущими слоями 1,2 через технологические отверстия 11 в них заполняют заливочным пенокомпаундом 12, который обволакивает армирующую структуру, после чего связующее отверждают, образуя механические связи между несущими слоями, а также между несущими слоями и армирующей структурой. Каждый из несущих слоев выполняют с использованием импульсного, например электроимпульсного, силового воздействия на заготовку из тонколистового токопроводящего материала,

На внешней и внутренних поверхностях полученной оболочки отсека устанавливают приборы 13, 14, 15, которые посредством ответных частей 16, 17, 18 коммутирующих устройств, например электросоединителей, подстыковывают к блочным частям 7. Блочные части коммутирующих устройств, расположенные на торцах 5 отсека, предназначены для осуществления связей со смежными отсеками или с контрольно-поверочной аппаратурой при испытаниях отсека.

Способ опробован при изготовлении макета отсека усложненной формы, включающей цилиндрические участки, расположенные у торцов макета отсека, и соединяющий их конический участок. Диаметры цилиндрических участков макета отсека составляют 150 мм и 90 мм, высота - 140 мм. Несущие слои выполнялись из алюминиевой фольги (АД1) толщиной 0,15 мм. Формовка несущих слоев, калибровка и сварка стыков производились с помощью магнитно-импульсной установки МИУ-2,5, имеющей максимальную энергоемкость 2,5 кДж. Зазор между несущими слоями составил 2 мм. В качестве коммутирующих устройств использовались электросоединители типа PC минимальных типоразмеров. Проводники - многожильные монтажные провода сечением 0,2-0,35 мм кв. с полимерной изолирующей оболочкой. В качестве связующего использовался пенокомпаунд ПЭК-74. Отверждение проводилось при нормальных климатических условиях. Физико-механические испытания макета на прочность, жесткость и устойчивость показали положительные результаты.

Использование предлагаемого способа позволяет соединительным элементам, обеспечивающим связи между блочными частями коммутирующих устройств, выполнять вторую функцию - силовую, так как, будучи элементами составной армирующей структуры отсека, они способны воспринимать значительную часть механической нагрузки, воздействующей на отсек в процессе его эксплуатации. Это позволяет существенно (до 50%) снизить суммарный вес отсека и одновременно увеличить надежность, так как соединительные элементы и места их соединений с блочными частями коммутирующих устройств надежно защищены пенокомпаундом и несущими слоями.

Выполнение несущих слоев с использованием импульсного силового воздействия на заготовку, например электроимпульсного силового воздействия, которое длится 10-50 микросекунд, позволяет существенно (в несколько раз) снизить время изготовления отсеков и их материалоемкость, так как позволяет уменьшить толщину заготовок за счет введения элементов жесткости, которые выполняются в процессе единого технологического цикла. Применение предлагаемой технологии позволяет также улучшить эксплуатационные характеристики отсека, в том числе электрозащищенность, взрывозащищенность и пожаробезопасность.