Способ изготовления трубчатых изделий из композиционных материалов

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нц 867488(22) Заявлено 250779 (21) 280343 аявки йо присоединением23) Приоритет 19/О В осуаарствеииый комите СССР во дедам изобретеиий и открытий0,0981. Бюллетен иковано 53) УДК 621. 774,5 02 (088 8) я описания 30,098 та опублико С.Е. К 2) Авторыизобретени олчин, Б.Я,фомА.Попов тыг иновь 71) Заявите 4) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБЧАТ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕР ЕЛИ О х ч ечениеостенных ние тся т количест- заготовй своев первомтаким обРмирующег ылй равслое в изв 25 Изобретение относится к технологии иэ готовления изделий из композиционных материалов и может быть использовано при изготовлении труб,5 колец и других подобных деталей.Известен способ получения трубчатых деталей методом вакуумно-компрес - сионной прапитки, при котором волокна наматывают на цилиндрическую оправку, устанавливают в форму и ва куумируют, затем подогревают, пропитывают расплавленным металлом, охлаждают и подвергают механической обработке 1.Недостатком этого способа являются трудность получения изделия с равномерно распределенными армирующими волокнами в матрице, а также сложность их пропитки материалом матрицы. 20Наиболее близким к предлагаемому являет ся способ, з аключающийся в послойной укладке материала матрицы и армирующих волокон на полую опра ку, После набора необходимой толщины заготовки, ее закрывают с помощью металлической ленты, которую герметически заваривают по периферии оправки, опрессовывают при температуре, давлении, необходимых для прочного соединения компонентов ко позиции. При прессовании заготовку обжимают равномерно, и для предотвращения искривления армирующих во локон, лежащих в наружных слоях за готовки, прессование осуществляют в жесткой пресс-форме 21,Недостаток этого способа заключается в том, что толщина стенки трубчатых изделий иэ композиционны материалов ограничена пористостью заготовки, пластичностью упрочняющ волокон, допустимым уровнем остато ных напряжений, а в некоторых случ ях и мощностью имеющегося оборудов нияЦель изобретения - обес возможности получения толс трубчатых изделий и повыще ства изготовляемых деталейУказанная цель достигае что армирукнцие волокна укл по синусоиде с постоянным вом периодов во всех слоях ки и амплитудой, изменяюше значение от максимального слое до нуля в последнем, разом, чтобы длина витка а волокна в слое заготовки б на длине витка в этом жеА - амплитудаслое заготовки, нволокно; инусоиды в -ом которой уложено О количество перертке, пове хнос иодов синус р ти заготовк полный эллиптичесб на, разви 12Г 1-К 5 Чкий интеФункция м грал 2-го рода, та+ Ьй) слоячерез рмула изобретени армируюовке, коусловия аготовки уч истости заготовки 4 Л б - и А делии после спрессовки, т.е, так,чтобы в процессе раздачи заготовкипроисходило выпрямление искривленного волокна, а не его деформация.Тем самым уменьшаются усилия,необходимые для раздачи заготовки.Матрица композиционного материалапрактичвски не препятствует процес,су раздачи, так как при температуре.порядка 0,8 температуры ее плавления, при которой обычно осуществлявтся диффузионная сварка, она находится в пластичном состоянии.На фиг. 1 изображен конвейердля получения трубчатых изделий, нафиг, 2 - структура заготовки.Способ осуществляют следующиобразом,Заготовку 1 на оправке 2 помещаютв првсс-Форму 3. Пресс-форму снаружизакрывают обечайкой 4. Обечайку иоправку приваривают по периферии собоих торцов к кольцам 5. Позициямиб И 7 соответственно обозначены:б - армирующив волокна, 7 - материалматрицы.П р и м е р. Необходимо получитьармированную в окружном направлениитрубу иэ композиционного материалана основе алюминиевой матрицы и борных волокон. Наружный диаметр д122 мм, внутренний д = 106 мм. Диаметр борных волокон д = 0,091 мм.Толщина алюминиевой Фольги 5 = 0,05 ммРекомендуемое объемное содержаниеборных волокон Ч = 50 получаетсяпри шаге укладки= 0,118 мм.Для исключения разрывов волокон,которые разрушаются при Деформацияхменев 1%, они укладываются по синусоиде таким образом, чтобы длинавоЛокна в слое .заготовки была равнадлине окружности этого же слоя виэделии. В этом случае длину волокнав 1-ом слое развертки поверхностизаготовки можно определить иэ выражения общее количество смирующих волокон;радиус окружностизаготовки, проходяце.тр волокна:радиус первогощих волокон в зторый находится иэравенства объемови иэделияI. 6 = (0+5) - радиальный шаг укладкиармирующих волокон;(о(.- 1) - количество слоев армирующих волокон, уложенных по синусоиде,При постоянной пористости заготов ки изменение длины витка армирующего волокна от слоя к слою обеспечивается эа счет уменьшения амплитуды по акону/ ы-и туда в первом слое э агде А - амплЛготовки,В результате произведенных расчетов получают изменение амплитуды в слоях заготовки от максимального значения в первом А = 3,4 мм до нуля в последнем. Количество слоев армирующего волокна (с -1) = 69. Количество периодов синуоиды в одном витке п = 5. Полученные параметры обеспечивают изготовление требуемой толстостенной трубы.Использование предлагаемого способа позволит увеличить толщину прес суемых изделий; увеличить прочность композициойного материала эа счет сохранения первоначального сечения армирующего волокна, а следовательно и его прочности, снизить потребную мощность прессового оборудования эа счет того, что при прессовании усилия расходуются не на растяжение волокон, а на их выпрямление. Способ изготовления трубчатых иделий из композиционных материаловвключающий операции послойной навики на оправку материала матрицы иармирующих волокон с последующейпрессовкой при температуре и давлении, о т л и ч а ю,щ и й с я, тем,что, с целью обеспечения возможностполучения толстостенных иэделий иповышения их качества, армирующиеволокна укладывают по синусоиде спостоянным количеством периодов вовсех слоях заготовки и амплитудой,Заказ 8171/8 Тираж 743 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул. Проектная, 4 изменяющей свое значение от максимального в первом слое до нуля в последнем, таким образом, чтобы длина витка армирующего волокна в слое заготовки была равна длине витка в этом же слое в иэделии после спрессовки, при этом амплитуду укладки5 слоев, начиная со второго, определяют иэ выраженияА =А 4-1где Азначение амплитуды в 1-омслое;А - значение амплитуды в первомслоеф Источники информации,принятые во внимание при экспертизе