Крысин В.Н., Крысин М.В. - Технологические процессы формирования, намотки и склеивания конструкций

ББК 34.6 К85 УЛК [621 744 + 621 778.2+621.792]: 624.016 Рецензент д.р техн. наук О.С. Сироткин Обобщен отсчестзенныи и зарубежныв опыт по создншы конструкция нз металпов н нсмелллическнх материалов с использованием процессов формовання, намотки и скхезшзння. Приведены характеристики мзтсряапов, нспопшуемых дпя создания различных конструкцнв. рассмотрены способы Повышения качества изтотовяения дшзлев н козктрукцнв, проведения контропаных оперзции, ремонта конструкции, а таюяс особенности орзчнхзашш технолознческад подтотовкк производства.

Оинсаны средства оценки качества. Лдя инженеров, конструкторов и технологов, рзботаюшнх н авнзцноннои промышшжностн. 3103000000-019 к 19- 89 038 101) — 89 ББН 34.6 1ЗВ1ч 5-217-00533-5 6З Издатспьствс "Машиностроение"„1989 Кры ин В.Н., Крыше М.В. К85 Технологические процессы формовання, намотки н склеива- ния конструкций. — М.: Машиностроение, 1989.

— 240 с.: ид. 18ВХ 5-217-00533-5 ПРЕДИСЛОВИЕ В последние годы в авианионной и космической технике наметилась тенденции перехода от конструкций,.собираемых из большого числа деталеи при помощи клепки, к конструкциим с меимпим числом деталей, изготавливаегаых склеиванием, формованнсм и намоткой. Появление нового класса материалов — полимерных композиционных материалов (ПКМ), существенно отличающихся по своем структуре и фнзико. механическим свойствам от традиционных, потребовало пересмотра организации производственных процессов и, в частности, технологической подготовки производства. Обобщенна достижений отечественной и зарубежной технологии, которос авторы попьпзлись сделать в этой книге„позволит сформировать базу для создания системы автоматизации производства, Приведенные в книге прочностные характеристики следует рассматривать как критерии оценки технологических процессов, а нс как данные для расчета конструкций.

Настоящая работа окажет помощь технологам н конструкторам прн использовании новых материалов и разработке новых технологических процессов. Авторы выражают глубокую благодарность канд.техн.наук Б.В, Моисееву В.П. Батизату, а также докторам техн. наук Б.В, Перову, В,С. Боголюбову и О.С. Сироткину за ценные советы, данные иын лрн подготовке рукописи к печати.

Все замечания читателей авторами будут приняты с благодарностью. ВВЕДЕНИЕ При создании любого самолета нельзя избежать противоречия, вытекающего из необходимости обсслсчслия„с оапой стороны, меньших аэродинамического сопротивления и массы, а с другой стороны. требуе. мых прочности н жесткости. Повышения ресурса и надежности ыанера, а также сшаюлшя его массы добиваются счедуюцшми методами: сокрашением числа конструктивных н технологических разьемов агрегатов; упрочпением силовых элементов конструкции яе тояько термическими, ио и мехалическнми методами (поверхностным упрочнением); применением новых высокопрочных и вькокопластичяых материалов; применением клеевых соединений взамен сборно-клепаных; применелнем многослойяых колструкций с сотовым запо~нштелем из металлов и неметаллов взамен традициовных клепаных; применением сзеклопластяковых обтекатеяей, зализов, трубопроводов, коробов и деталей интерьера кабин самолетов взамеп алюминиевых клепаных; применением ПКМ на основе стекло-, угле.

н боропластиков н т.п. Склеивание, формовалне и намотка позволяют широко использовать в конструкциях неметаллические материальь Эти методы соединения материалов имеют ряд конструктивных, технологических и эксллуатацноннмх достоинств; позволяют соединять материалы, вс опасаясь коррозии", позволяют получать наиболее гладкие поверхности; ве приводят к аозликновеиию концентрации напряжений в стыке и позволяют получать прочность соединения, равную прочности основных элементов; не вызывают структурных изменений в соецнняемых матержалах; резко умепьшают число входящих в сборочный узел деталей н позволяют стандартизировать способы изготовления сборочиого узла", обеспечивают спнжелие массы соединений до аб % по сравнслню с массой клепаных соединении; позволяют снизить стоимость изготовления узлов.

Процессы склеивания, формавання и намотки вовьллают жесткость конструктивных элементов н в ряде случаев дают возможность обойтнсь без элементов, увеличиваюших жесткость. На основе этого свойства были созданы многослойные конструкции, состоялше из материалов с различными свойствами. Внешний слой - обшивка является основным рабочим элементом конструкции и изготовляется из высокопрочных материалов, внутренний слой —. заполнитель играет роль жесткостнаго элемента и изготовляется обьяаю в виде ячеистой конструкции, палри- 4 мер сотового заполни~ела. Применение таких конструкций позволяет выполнять обшивку агрегатов самолета без продольных элементов жесткости,даже лри увгзичсннн расстояния между нервюрамн или шлангоутамн.

Высокая сопротивляемость многослойных конструкций сжатию позволяет ограничиваться наружным слоем малой толшииы, по приводит к уменьшению массы игапера. Например, в сверхзвуковыхсамолетах клепаной коиструкшпг толшииа обшнвок крыла составляет 5...8 мм, в то время как толшииа наружного слоя многослойной конструкции с сотовым заполнителем — яе более 1 мм. Новый шаг в создании высокоэффективных конструкций был сде. лан при появлении ПКМ, представляющих собой комбинацию осповы— связуюшего и арлгируюпюга материала.

Волокнистью НКМ при однонаправленной укладке имеют ярко выражснпыс аннэотропные свойства. Наиболее распространенными ПКМ являются стеклопластики. Оии имеют большое значение отношения предела прочности к плот. югостп в направяс~гин волоков 1в пять раэ больше, чем у алюминиевых с1шавов), по малое значение отношения модуля упругости к плотности, что ограничивает нх применение. Поиски йолокоа с высокими прочностными характеристиками н модулем упругости привели к разработке углеродных и борных волоков с однонаправленной укладкой и разными углами между 1пн1равлениямн нх укладки.

При этом обеспечивается лучшее сочетание характеристик. Изменение направлении укладки в различных слоях ПКМ вызывает изменение конструкции под нагрузкой. Например, в крыле появляются деформации кручения, которые во время полета увеличивают зффектив~юсть управленим. Это позволист умепылить требуемые размеры управляюшнх поверхносгей и тем самым — массу и аэродинамическое сояро. тивлснис самолета. Конструкция иэ ПКМ склошгы к устаяостным разрушениям под влиянием циклических изменении тслпюратуры н влажности. а также к случайным ударным повреждениям — месшым расслоению и растрескиваиию.

Проектирование конструкции из ПКМ с заданным ресурсом в условиях воздействия переменных нагрузок является очень сложль1м процессом иэ-за большого 'нюла факторов. влияющих иа прочность конструкций. К таким факторам относятся: появление напряжений„растрескиваиие и расслоение основы ПМК в процессе лагруженил; влияние окружаюшей среды; наличие несллошности в ПКМ. Особое место в обеспечении качества иэделий из ПКМ отводится технологии их изготовления.

Соблюдение технологических режимов лри изготовлении полуфабрикатов (леню, жгута) обеспечивает необходимый состав основы, а также ее оплош- ность Ивкрилтер, методам прямого щессова1тил при изготовлении некоторых лсталей - обшивак, панелей, накладок — из заготовок„лалучеть лых из ИКМ с алиоиалравяеллай укладкой или ткаиога ИКМ. обеслсчявастсн равномерность армлруюгцеоз материала в основе. Ист1ользаваиие метода литьн асловы над давлением обеслечивает высокое качество изготовления заготовок из ИКМ с одноиалраютеллай укладкаи, лри этом устранение лористости осштвы достигается регулированием усзтоний лрссазвания. Для оценки абьсмэ лустот в оснаас используется ультразвук.

Оценка объема пустот выполняется яа плоских образцах. имсюших сужелие, лричем сансе значительное па толлтивс, чем ио ширине. Первое локалслие конструкции из ПКМ лроектиравалось ло принципу иелосрсдственнай замены лтсталличсских цетвлсй деталямл из стеклолластикав. При анкам подходе, естественно, ис удастсн лошюстью реализовать все лреимуцюстна, которые можно иолучить ат применения ПКМ. Типовым примерам может' служить улравлнемый стабютизатар американского палубного истребителя Г-14, изготовленный иа боролластиковой основе.

Масса этого стабилизатора оказалась на 19 % меньше, чем масса аналогичного металлического устройства. При создании мошгфикации этого стабилизатора„тю с учетом оптимальных условии для ЛКМ удалось снизить массу иа 27 %. При создании второго лаколсштя конструкций из ИКМ для самолетов В-1, Г-1о. ТАЧ "зВ масса агрегатов была снижена ва 35 %. Рациоиально оримеиеиие ПКМ в илтеграпьлых коитрукциях — лри сочетании металлических деталей с деталями из ИКМ. При этом удается лаибалес эффективна реализовать мехалические характеристики ПКМ лт„нГ бдд рнс. ВЛ.

Стоимость С н масса т нлансрв: с — нз зпвмнннсвмп аи~звов", б — конструкция ннтсграпьнвв; ЯЯ вЂ” стоимость материалов." Чи— стоимость нзготоввс- ннн; — мааса без кзмепсккя копструкцкк и техкологни изготовления лстатслькых аппаратов. а также вволучкть оптммальныс массовью показателк.

Иввтогральпые кокструкцин, которыс могут обсспсчнть сушествеввое скнжспкс массы к одковрсмскно с зтнм повышскмс жесткости к врочностк, разнообразны. Это — панели крьша к фюзеляжа. работаювцкс на сжатие н растяжспмс. балки„стрингеры, лонжероны, воскрмнньваюшкс кзгнбаюпвкс кагрузкк. Прк использовании НКМ лля подкрсшвекпя основных силовых элементов масса фюзеляжа можят быть спнжска на 20%, масса крьша — ка 15...20 %, масса оперения — ка 10...15 % На рмс.

В.1 прквсдскы масса к стонмость разлнчкьш варкантов кокструкцкй планера. На рнс. В.2 прквсдеиы варианты кктсгральных конструкций. Налкчас прошмвкн клк ткталовых шпилек в сшювой вставке в месте перехода от степки к обшквкс обсспечнваст рэвпомсрную нагрузку клеевого соеднкснкя к одкоирсмснко являстся средством фмксацкк ксрвюр, лоп. жсропов н обшивки прк мх совместной ввоввнмсрнзацнн.