RU2066674C1 - Method for manufacture from carbon-containing composite material of product having hollow - Google Patents
Method for manufacture from carbon-containing composite material of product having hollow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2066674C1 RU2066674C1 SU5023000A RU2066674C1 RU 2066674 C1 RU2066674 C1 RU 2066674C1 SU 5023000 A SU5023000 A SU 5023000A RU 2066674 C1 RU2066674 C1 RU 2066674C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- gasket
- product
- embedded element
- manufacture
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к производству деталей из композиционных материалов и может быть использовано в авиационной и ракетно-космической технике при изготовлении изделий из полимерных и углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ). The invention relates to the production of parts from composite materials and can be used in aviation and rocket and space technology in the manufacture of products from polymer and carbon-carbon composite materials (CCM).
Известен способ изготовления изделий с полостями для соединения силовых конструкций из композиционных материалов (т.н. штифто-болтовое и штифто-шпилечное соединения), особенностью которых является выполнение механической обработкой профилированных отверстий и пазов в концевых элементах соединяемых изделий [1]
Недостатком этого способа является выполнение полостей пазов с помощью механической обработки, что приводит к перерезыванию нитей армирующего каркаса, а следовательно, к местному разупрочнению конструкции в зоне полостей и необходимости ее усиления путем намотки кольцевых утолщений, введения специальных упрочняющих элементов и т.п.A known method of manufacturing products with cavities for connecting power structures from composite materials (the so-called pin-bolt and pin-pin connection), a feature of which is the machining of profiled holes and grooves in the end elements of the connected products [1]
The disadvantage of this method is the implementation of groove cavities using machining, which leads to the cutting of the threads of the reinforcing frame, and therefore to local softening of the structure in the cavity zone and the need to strengthen it by winding annular thickenings, introducing special reinforcing elements, etc.
Указанные недостатки можно частично устранить, используя способ изготовления изделий с полостями из композиционных материалов, включающий формирование армирующего каркаса из волокнистого наполнителя, пропитку его связующим, установку в каркасе закладного элемента, прессование и отверждение полученной заготовки [2]
Недостатком этого способа является пониженная механическая прочность композиционного материала в районе соединения его с закладным элементом, обусловленная возникновением локальных трещин, расслоений в армирующем каркасе, а также разноплотностью композиционного материала в указанной зоне. Отмеченные дефекты проявляются как следствие различной упрессовки армирующего каркаса и материала закладного элемента. Например, в случае изготовления закладного элемента из стали, последний при прессовании не деформируется и служит упором, ограничивающим перемещение подвижного пуансона пресса в направлении оси прессования. В результате участки армирующего каркаса, расположенные над закладным элементом (в направлении оси прессования), оказываются переуплотненными, а участки, расположенные ниже высоты закладного элемента, недоуплотненными. Кроме того, в этих участках возникают локальные дефекты (трещины, расслоения), обусловленные недоуплотненностью каркаса и задирами армировки, контактирующей с закладным элементом.These shortcomings can be partially eliminated using the method of manufacturing products with cavities from composite materials, including the formation of a reinforcing frame of fibrous filler, impregnating it with a binder, installing a embedded element in the frame, pressing and curing the obtained workpiece [2]
The disadvantage of this method is the reduced mechanical strength of the composite material in the area of its connection with the embedded element, due to the occurrence of local cracks, delaminations in the reinforcing cage, as well as the different density of the composite material in the specified zone. The noted defects are manifested as a result of various pressing of the reinforcing frame and the material of the embedded element. For example, in the case of manufacturing a steel embedded element, the latter is not deformed during pressing and serves as a stop, restricting the movement of the movable press punch in the direction of the pressing axis. As a result, the sections of the reinforcing carcass located above the embedded element (in the direction of the pressing axis) are over-compacted, and the areas located below the height of the embedded element are under-compacted. In addition, local defects (cracks, delaminations) arise in these areas, due to under-compaction of the frame and scoring of the reinforcement in contact with the embedded element.
Изобретение решает задачу повышения механической прочности изделий, содержащих полость из углеродсодержащего композиционного материала путем исключения трещин, расслоений и разноплотности в районе полости. The invention solves the problem of increasing the mechanical strength of products containing a cavity of carbon-containing composite material by eliminating cracks, delaminations and different densities in the region of the cavity.
Это достигается тем, что в способе изготовления изделия, содержащего полость из углеродсодержащего композиционного материала, включающем формирование армирующего каркаса из волокнистого наполнителя, пропитку его связующим, установку в каркасе закладного элемента, прессование и отверждение заготовки, согласно изобретению, закладной элемент выполняют из материала указанного изделия по форме полости между закладным элементом и армирующим каркасом изделия устанавливают разъемную прокладку с зазором в плоскости, перпендикулярной направлению прессования, величина которого с зазором 0,90-1,08 от величины линейной упрессовки закладного элемента, а после отверждения закладной элемент и прокладку удаляют. Прокладку выполняют из стальной фольги или из материала с температурой плавления не ниже температуры пропитки, а удаление прокладки и закладного элемента осуществляют посредством механической обработки. This is achieved by the fact that in the method of manufacturing an article containing a cavity of a carbon-containing composite material, including forming a reinforcing framework of a fibrous filler, impregnating it with a binder, installing an embedded element in the frame, pressing and curing the workpiece, according to the invention, the embedded element is made of the material of the specified product in the shape of the cavity between the embedded element and the reinforcing frame of the product, a detachable gasket is installed with a gap in a plane perpendicular to detecting pressing whose magnitude with the magnitude of the gap 0,90-1,08 upressovki linear fitting member, and after curing of the fitting member and the gasket was removed. The gasket is made of steel foil or of a material with a melting point not lower than the impregnation temperature, and the gasket and the embedded element are removed by machining.
При изготовлении изделия из углерод-углеродного композиционного материала предпочтительным является способ изготовления, при котором прокладку выполняют из материала, выплавляемого при температуре, превышающей температуру, при которой осуществляют пропитку армирующего каркаса связующим, причем заготовку после отверждения дополнительно корбонизуют и пропитывают. In the manufacture of an article of carbon-carbon composite material, a manufacturing method is preferable in which the gasket is made of material smelted at a temperature higher than the temperature at which the reinforcing framework is impregnated with a binder, and the preform after curing is further corbonized and impregnated.
Изобретение позволяет на стадии формирования армирующего каркаса и прессования заготовки добиться плотного прилегания волокнистого наполнителя и исключить трещины, расслоения и разноплотность в материале по всему объему изделия, включая прилегающую к полости зону, что приводит к повышению механической прочности. The invention allows at the stage of forming a reinforcing carcass and pressing the workpiece to achieve a tight fit of the fibrous filler and to exclude cracks, delamination and different density in the material throughout the volume of the product, including the zone adjacent to the cavity, which leads to an increase in mechanical strength.
Формирование закладного элемента из одного с изделием материала позволяет добиться их одинаково упрессовки и за счет этого исключить разноплотность материала по всему объему изделия. The formation of a mortgage element from the same material as the product allows them to be pressed equally and thereby eliminate material density across the entire volume of the product.
Выполнение закладного элемента по форме полости и последующее удаление закладного элемента и прокладки обеспечивает получение полости с требуемой геометрией. The implementation of the embedded element in the shape of the cavity and the subsequent removal of the embedded element and gasket provides a cavity with the desired geometry.
Использование разъемной прокладки, устанавливаемой с зазором по разъему, во-первых, гарантирует, что прокладка в процессе прессования не послужит упором и не окажет влияния на упрессовку армирующего каркаса, а следовательно, обеспечит получение изделия с одинаковой плотностью материала по всему объему, а, во-вторых, исключает вероятность деформирования прокладки. Одинаковая упрессовка армирующего каркаса по всему объему изделия предотвращает возможность задиров элементов армировки, контактирующей с прокладкой, и тем самым снижает вероятность возникновения локальных трещин и расслоений в материале. Зазор 0,9-1,08 от величины линейной упрессовки закладного элемента выбирают из условий минимального натекания в зазор полимерного связующего и, в то же время, недопущения деформирования прокладки при прессовании. The use of a detachable gasket installed with a clearance through the connector, firstly, ensures that the gasket during pressing does not serve as an emphasis and does not affect the pressing of the reinforcing cage, and therefore will provide an article with the same material density throughout the volume, and, in -second, eliminates the possibility of deformation of the gasket. The same pressing of the reinforcing carcass throughout the entire volume of the product prevents the possibility of scoring of the reinforcing elements in contact with the gasket, and thereby reduces the likelihood of local cracks and delaminations in the material. The gap of 0.9-1.08 from the linear compression of the embedded element is selected from the conditions of minimal leakage into the gap of the polymer binder and, at the same time, to prevent deformation of the gasket during pressing.
Выполнение прокладки из выплавляемого материала при изготовлении изделия из углерод-углеродного композиционного материала позволяет улучшить чистоту поверхности полости в сравнении с механической обработкой. Кроме того, при этом упрощается демонтаж закладного элемента и исключаются операции механической обработки полостных поверхностей. The implementation of the investment casting in the manufacture of articles made of carbon-carbon composite material can improve the cleanliness of the surface of the cavity in comparison with machining. In addition, this simplifies the dismantling of the embedded element and excludes the operation of machining the cavity surfaces.
Сущность изобретения поясняется чертежом и примерами конкретного выполнения. The invention is illustrated in the drawing and examples of specific performance.
На фиг. 1 показана заготовка армирующего каркаса изделия с закладным элементом; на фиг.2 отвержденная заготовка после прессования. In FIG. 1 shows a blank of a reinforcing carcass of a product with a embedded element; figure 2 cured preform after pressing.
Заготовка армирующего каркаса с закладным элементом содержит собственно армирующий каркас изделия 1, закладной элемент 2 цилиндрической формы и размещенную между ними разъемную прокладку, состоящую из цилиндрической трубки 3 и плоской крышки 4 в форме диска. Между элементами прокладки трубкой 3 и крышкой 4 имеется зазор 5. Заготовка размещена на плите 6 рабочего стола. Заготовку армирующего каркаса изделия получают в результате выполнения следующих операций: вначале из ткани (например, из углеродной марки Урал-ТМ-4/22 ГОСТ 28005-88/ подготавливают выкройки для армирующего каркаса, предусматривая в них проемы по форме полости в соответствующем уровне изделия. Из этой же ткани подготавливают выкройки для армирующего каркаса закладного элемента с учетом геометрии полости в данном уровне изделия и толщины прокладки (так, если диаметр полости d, толщина прокладки b, то диаметр выкройки ткани для армирующего каркаса закладного элемента равен d-2b). Полученные выкройки ткани пропитывают полимерным связующим, после чего последовательно укладывают на плиту 6 рабочего стола. Уложив нижнюю выкройку
препрег армирующего каркаса изделия на плиту 6, устанавливают в проеме выкройки трубку 3 прокладки, после чего в полости трубки помещают нижнюю выкройку препрег армирующего каркаса закладного элемента, утапливая ее и размещая на поверхности плиты 6.The blank of the reinforcing carcass with the embedded element contains the actual reinforcing frame of the
the prepreg of the reinforcing frame of the product on the
После этого подобным же образом укладывают следующий слой тканевых выкроек армирующих каркасов изделия и закладного элемента, и таким способом набирают армирующие каркасы на высоте закладного элемента с учетом их упрессовки. На верхнем слое армирующего каркаса закладного элемента помещают крышку 4 прокладки так, что между верхним срезом трубки 3 и крышки 4 прокладки получают зазор 5, высотой 0,9-1,08 от величины линейной упрессовки закладного элемента, обозначенной на чертеже буквой δ. Выполнив указанные операции, проводят прессование и отверждение, в результате чего получают заготовку из полимерного композиционного материала, показанную на фиг.2. В случае изготовления изделия из углерод-углеродного композиционного материала затем проводят операции карбонизации и насыщения заготовки связующим. Характеристика технологических режимов представлена в приводимых ниже примерах конкретного заполнения. After that, in the same way, the next layer of fabric patterns of the reinforcing frames of the product and the embedded element is laid, and in this way the reinforcing frames are assembled at the height of the embedded element, taking into account their compression. On the upper layer of the reinforcing carcass of the embedded element, a
Пример 1. Example 1
Из углепластика изготавливаю т квадратную плиту 100х100 мм толщиной 20 мм с цилиндрической открытой полостью, диаметром 20 мм и высотой 10 мм. From carbon fiber, I make a square plate 100x100
Для получения армирующих каркасов используют углеродную ткань марки - ТМ/4-22 по ГОСТ 28005-88. Вначале подготавливают 16 выкроек ткани размером 100х100 мм, причем 8 выкроек выполняют с проемом посредине диаметром 20 мм. Кроме того, подготавливают из этой же ткани 8 выкроек диаметром 19,8 мм. Все выкройки пропитывают бакелитовым лаком марки ЛБС-4 (ГОСТ 901-78) и просушивают в цеховых условиях при температуре 20±4oС в течение 48 ч, получая таким способом заготовки ткани препрега для армирующих каркасов изделия и закладного элемента. Берут цилиндрическую трубку из стальной фольги с наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 0,1 мм, высота трубки 9,8 мм. Подготавливают цилиндрический диск из фольги (крышку прокладки) диаметром 20 мм. Выкройки ткани препрега укладывают на плиту рабочего стола в следующем порядке: вначале укладывают один слой препрега с проемом, в полости проема устанавливают вертикально на торец трубку из стальной фольги, помещают внутри трубку одну выкройку препрега армирующего каркаса закладного элемента и прижимают ее к поверхности плиты, затем последовательно укладывают еще по семь выкроек препрега армирующего каркаса изделия и армирующего каркаса закладного элемента. На верхний, восьмой слой, последнего укладывают крышку прокладки из стальной фольги. Толщина каждого слоя препрега составляет 1,5 мм. Высота неотвержденного закладного элемента (lo) 1,5•8= 12,0 мм. Высота трубки прокладки (hт) составляет 9,8 мм. Зазор d = lo-hт= 12,0-9,8 = 2,2мм. Величина линейной упрессовки закладного элемента определяется как разность между высотой неотвержденного (lo) и отвержденного (l) закладного элемента, т.е. Δl = lo-l. Относительная величина линейной упрессовки 
Относительная величина
Меньшая величина зазора для такой высоты трубки недопустима из-за возможности деформации последней и искажения поверхности, при большей величине зазора возможно вдавливание препрега, что приведет к нарушению структуры материала в зоне полости.To obtain reinforcing frames, carbon fabric of the brand TM / 4-22 is used according to GOST 28005-88. First, prepare 16 patterns of fabric size 100x100 mm, and 8 patterns are performed with an aperture in the middle with a diameter of 20 mm. In addition, 8 patterns with a diameter of 19.8 mm are prepared from the same fabric. All patterns are impregnated with LBS-4 brand bakelite varnish (GOST 901-78) and dried in workshop conditions at a temperature of 20 ± 4 o C for 48 hours, thereby obtaining prepreg fabric blanks for reinforcing carcasses of the product and embedded element. Take a cylindrical tube made of steel foil with an outer diameter of 20 mm and a wall thickness of 0.1 mm, the height of the tube is 9.8 mm. A cylindrical foil disk (gasket cover) with a diameter of 20 mm is prepared. The prepreg fabric patterns are laid on the desktop plate in the following order: first, one layer of the prepreg with the opening is laid, a tube of steel foil is placed vertically on the end of the hole, one pattern of the prepreg of the reinforcing frame of the embedded element is placed inside the tube and pressed to the surface of the plate, then seven more patterns of the prepreg of the reinforcing frame of the product and the reinforcing frame of the embedded element are successively stacked. On the upper, eighth layer of the latter, they lay the lid of a strip of steel foil. The thickness of each layer of the prepreg is 1.5 mm. The height of the uncured embedded element (l o ) 1.5 • 8 = 12.0 mm. The height of the gasket tube (h t ) is 9.8 mm. The gap d = l o -h t = 12.0-9.8 = 2.2 mm. The linear pressing of the embedded element is defined as the difference between the height of the uncured (l o ) and the cured (l) embedded element, i.e. Δl = l o -l. Relative linear stress
Relative value
A smaller gap for such a height of the tube is unacceptable due to the possibility of deformation of the latter and surface distortion, with a larger gap, the prepreg can be pressed, which will lead to disruption of the material structure in the cavity zone.
Полученная сборка подвергается прессованию и отверждению под прессом по режиму, представленному в табл.1. The resulting assembly is pressed and cured under pressure according to the mode presented in table 1.
В результате получают плиту толщиной 20 мм из углепластика с плотностью 1,24 г/см3, в которой фрезерованием удаляют закладной элемент и прокладку.The result is a plate with a thickness of 20 mm from carbon fiber with a density of 1.24 g / cm 3 in which the embedded element and gasket are removed by milling.
Граничные величины зазора получают аналогичным образом, используя трубку различной высоты. Boundary clearance values are obtained in a similar manner using a tube of various heights.
Пример 2. Example 2
Из УУКМ изготавливают квадратную плиту 100х100 мм толщиной 20 мм с цилиндрической открытой полостью диаметром 20 мм и высотой 10 мм. A square plate 100x100
Технология получения углепластиковой заготовки идентична примеру 1 за исключением того, что для изготовления прокладки применяют фольгу из латуни марки Л-96 ГОСТ 1019-48, имеющей темпера туру плавления 1070oС.The technology for producing a carbon-plastic preform is identical to Example 1 except that for the manufacture of gaskets foil is used from brass grade L-96 GOST 1019-48, having a melting point of 1070 o C.
Заготовку карбонизуют в среде аргона при давлении 600 мг/см2 по режиму, представленному в табл.2.The workpiece is carbonized in argon at a pressure of 600 mg / cm 2 according to the mode shown in table 2.
После карбонизации заготовку пропитывают пеком каменноугольным электродным марки А (ГОСТ 10200-85) при давлении 30 кг/см2 и температуре 300oС в течение 1 ч. Цикл карбонизации пропитки повторяют трижды и получают заготовку из УУКМ с плотностью 1,45 г/см3. Для удаления прокладки заготовку подвергают термообработке в среде аргона при температуре 1400-1450oС в течение 1 ч, после чего вынимают из полости закладной элемент.After carbonization, the preform is impregnated with pitch coal tar grade A (GOST 10200-85) at a pressure of 30 kg / cm 2 and a temperature of 300 ° C for 1 hour. The carbonization cycle of the impregnation is repeated three times and a preform is obtained from CCCM with a density of 1.45 g / cm 3 . To remove the gasket, the preform is subjected to heat treatment in argon at a temperature of 1400-1450 o C for 1 h, after which they remove the embedded element from the cavity.
Таким образом, изобретение позволяет повысить механическую прочность изделий за счет исключения трещин, расслоений и разноплотности при изготовлении. Thus, the invention allows to increase the mechanical strength of products by eliminating cracks, delaminations and different densities in the manufacture.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5023000 RU2066674C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Method for manufacture from carbon-containing composite material of product having hollow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5023000 RU2066674C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Method for manufacture from carbon-containing composite material of product having hollow |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2066674C1 true RU2066674C1 (en) | 1996-09-20 |
Family
ID=21594807
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5023000 RU2066674C1 (en) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Method for manufacture from carbon-containing composite material of product having hollow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2066674C1 (en) |
-
1991
- 1991-07-08 RU SU5023000 patent/RU2066674C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. В.В.Воробей, О.С.Сироткин. Соединения конструкций из композиционных материалов, Л., Машиностроение, 1985, с.с.14, 15. 2. П.И.Орлов, Основы конструирования, кн.1, М., Машиностроение, 1988, с.469, рис.595, с.454. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1154970B1 (en) | Fibre-reinforced ceramic body and method for producing same | |
| EP0246208B1 (en) | A heat form pressed product and a method of heat form pressing | |
| US7175787B2 (en) | Method for producing a fiber composite component, and apparatus for producing such a component | |
| US7690163B2 (en) | Polymeric door facing with textured interior surface, and method of forming same | |
| US4409048A (en) | High temperature consolidation process | |
| DE3530459A1 (en) | FIBER COMPOSITE BODY, ESPECIALLY AS A HOT PRESS FORM, AND PRODUCTION PROCESS HERE | |
| WO1996013470A1 (en) | Method of manufacturing a friction element | |
| CN103496173A (en) | Manufacturing method of composite material laminated plate with holes | |
| RU2066674C1 (en) | Method for manufacture from carbon-containing composite material of product having hollow | |
| US20150079317A1 (en) | Method for producing a thermal insulation body | |
| US2707801A (en) | Mold | |
| GB2025302A (en) | Perforating Sheets | |
| DE3603069A1 (en) | Process for producing dimensionally stable laminated elements and laminated elements produced by the process | |
| CN112829334B (en) | Variable-thickness heat-proof layer, variable-thickness heat-proof layer forming die and forming method | |
| AT507316B1 (en) | ROLLER ROLLER, DISC ELEMENT FOR SHAPING THE ROLL LAYER ON A ROLLER ROLLER, AND METHOD FOR PRODUCING A ROLLER ROLLER | |
| DE202005011631U1 (en) | Graphite frame for supporting workpieces is made up of strips which are connected at corners by carbon fiber reinforced carbon pins or bolts | |
| CN216475885U (en) | Large-span reinforcing steel bar reinforced recombined bamboo composite beam | |
| DK3105197T3 (en) | PROCEDURE FOR MANUFACTURING A MODULE-INSULATED INSULATION ELEMENT | |
| DE102010041377A1 (en) | Material composition as a or for a tool and method for producing a material composition | |
| CN220073269U (en) | Powder metallurgy friction ring sintering tool | |
| DE3506909C2 (en) | ||
| RU2267667C1 (en) | Method of manufacturing slide bearing | |
| RU2252345C1 (en) | Method of manufacturing plain bearing | |
| EP3647032A1 (en) | Method for manufacturing a ring-shaped gasket for an aircraft | |
| SU1675112A1 (en) | Method for making multilayer structures with porous aggregate |