Формование изделий намоткой

Метод намотки наиболее современный и перспективный метод формо­вания изделий из армированных пластиков, так как позволяет создавать ориентируемую структуру наполнителя в изделиях с учетом их формы и особенностей эксплуатации. Высокая прочность изделий, полученных намоткой, достигается за счет ориентированной укладки наполнителя, и как следствие этого, реализуются высокие прочностные свойства наполнителя в изделии.

Детали, изготавливаемые методом намотки, как правило, должны иметь форму тел вращения. В сочетании с другими приемами этим методом можно получать детали, не имеющие форму тел вращения, например, детали коробчатой формы, пластины и плиты, заготовки рабочих и статорных лопаток и даже панелей крыла.

Наибольшее применение метод намотки нашел в ракетной технике и авиации для формирования корпусов ракет и ракетных двигателей, а также элементов фюзеляжей самолетов и вертолетов.

Детали формуют с помощью технологической системы, состоящей из намоточного станка, технологической справки для формирования детали, приспособления для раскладки материала, материала из длинномерных армирую­щих волокон и полимерного связующего.

Давление формования создается за счет технологического натяжения наматываемого материала.

Оборудование для намотки можно разделить на две группы: машины периодического действия, которые предназначены в основном для формования оболочек самых различных форм, и машины непрерывного действия для производства труб.

Наиболее просты по устройству станки (рис.10,а) с вращающейся оправкой 1 и возвратно-поступательно движущимся раскладчиком 2, с которого наполнитель подается на оправку.

Рис.10. Типы намотанных станков: а) с возвратно-поступательным движением раскладчика; б) с вращением раскладчика; в) с неподвижным раскладчиком и вращающийся в двух плоскостях оправкой.

В станках планетарного типа (рис.10,б) раскладчик вращается в плоскости, составляющей небольшой угол с осью оправки. На таких установках оправки вращаются в основном с малыми скоростями. Наконец, станки третьей группы, применяемые для формования небольших изделий, имеют оправку, вращающуюся в двух плоскостях (рис.10,в). В этом случае раскладчик неподвижен.

Формование деталей методом намотки обладает рядом преимуществ перед другими методами: высокий коэффициент использования прочности и жесткости армирующих волокон, возможность механизации и автоматизации пресса, хорошая воспроизводимость свойств деталей.

В зависимости от способа нанесения полимерного связующего на армирующий наполнитель различаются два основных способа намотки: «мокрый» (жидкофазный) и «сухой» (твердофазный) способы.

«Мокрый» метод позволяет совместить операцию приготовления композиционных материалов с техпроцессом изготовления изделия. По этому способу непрерывный волокнистый наполнитель поступает в ванну с жидким связующим, пропитывается им, а потом укладывается на оправку по заданной программе. Достоинством метода является большая степень достигаемой анизотропии. Ограничение - скорость намотки определяется скоростью пропитки, а недостатком является неоднородность распределения наполнителя и связующего по толщине изделия (3-4%).

«Сухой» метод предполагает намотку заранее пропитанного связующим армирующего наполнителя (препрега). Этот метод более прогрессивен и технологичен.

Достоинствами метода являются более однородное распределение связующего и наполнителя по толщине (1%), возможность применения больших скоростей намотки, возможность использования связующих с высокой вязкостью. Недостатки - повреждение волокон на промежуточных операциях приготовления препрега и ограниченная длина лент препрега.

В зависимости от структуры наматываемого слоя армирующего наполни­теля различают два основных способа намотки: способ поперечной (кольцевой) намотки и способ спиральной намотки.

Поперечная намотка характеризуется укладкой армирующего наполнителя характеризуется укладкой армирующего наполнителя вокруг оправки с шагом смещения вдоль оси на каждый оборот не свыше ширины наматываемой пряди. Кольцевая намотка является наиболее простым методом и не требует сложного оборудования. Пропитанные нити в виде одинарной пряди или множества прядей накладывают на оправку под углом 90° к оси вращения оправки. Кольцевая намотка применяется для усиления тонкостенных металлических труб или баллонов в тангенциальном направлении. Изделия имеют высокую прочность в тангенциальном (окружном) направлении и низкую в осевом.

Как правило, шаг намотки многократно превышает ширину пряди. Необходимое соотношение прочности изделия в осевом и окружном направ­лениях обеспечивается назначением соответствующего угла намотки. Способ позволяет изготавливать изделия типа труб, цилиндров с овальными днищами, шаровых оболочек, конусов, торов.

Формование и отверждение, а иногда и механическая доработка изделий, выполняются на оправках, Оправки должны удовлетворять конструкторско-технологическим требованиям: точность размеров изделий, прочность оправки, механическая извлекаемость изделия, возможность установки нагревателя в оправке.

Оправки многократного использования делаются из стали или сплавов алюминия. Для большинства изделий конструкция оправки разборная. Для фасонных изделий и оболочек крупных размеров экономически оправданным бывает изготовление оправок однократного использования из гипса, алебастра, солей, легкоплавких сплавов. Единственно возможным условием изготовления ряда изделий замкнутого контура является использование расплавляемой или растворяемой внутри него оправки. В некоторых случаях оправка не извле­ка­ется и образует совместно с намотанным материалом единое изделие.

Контрольные вопросы

1.Перечислить основные технологические процессы формования изделий из армированных материалов.

2.Методы открытого и закрытого формования, их достоинства и недостатки.

3.Перечислить способы контактного формования.

4.Недостатки метода контактного формования.

5.В чем суть симплекс – процесса метода контактного формования?

6.В чем заключается сущность метода напыления? Преимущества и недостат-ки процесса.

7. Разновидности станков для намотки, их назначение.

8.Суть процесса формования изделий прессованием и пропиткой в замкнутой форме.

9.На какие виды делятся методы намотки?

10.В чем особенность «мокрого» (жидкофазного) и «сухого» (твердофазного) способов намотки?

Лекция 3

СВАРКА ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС

Сварка нагретым газом

При сварке нагретым газом соединяемые поверхности нагревают струей разогретого газа и приводят в контакт с нагретой той же струей присадочным материалом или друг с другом (рис.11).

Сваркой с применением присадочного материала соединяют детали из поливинилхлорида, полиолефинов, полиметилмета-крилата, полистирола, поли­амидов.

А Б

Рис.11. Схема сварки нагретым газом: А) с прокаткой присадочного прутка ро­ликом : I-присадочный пруток; 2-прижимной ролик; 3-сопло; 4 - свар­ной шов; 5- соединяемые детали, а-направление сварки , б - направление манипулирования сварочной горелки;

Б) с применением присадочного материала: /- свариваемые детали; 2- струя нагретого газа; 3- - наконечник нагревателя; 4 -при­садочный пруток; 5 - сварной шов; а - на­правление сварки.

В присадочный материал в виде прутка, прямоугольного или треуголь­ного сечения из того же полимера, что и в свариваемых деталях, может быть добавлен пластификатор (3-10% от массы композиции). Непластифициро­ванный материал предпочтителен при изготовлении изделий, работающих в агрессивных средах и при повышенных температурах.

При ручной сварке рабочий способ сварки очень трудоемок и не позволя­ет получать сварные швы высокого качества. Необходимо отметить, что вруч­ную трудно обеспечить равномерную подачу присадочного материала и равно­мерно прогреть свариваемые поверхности. При этом способе сварки наблю­дается большой разброс показателей прочности по длине свариваемого шва. Прочность сварного шва и его качество зависят от квалификации сварщика.

В процессе механизированной сварки сварщик перемещает установку. Подача присадочного материала и давление связаны с движением ведущего ролика вдоль шва. Вся установка помещена на тележке, на которой по направ­ляющим с помощью винта перемещается груз, соединенный с присадочным прутком. Размягченный в месте сварки пруток под действием груза ложится в разделку шва. Направление перемещения тележки обеспечивается передним колесом тележки, два задних колеса катятся по поверхности свариваемого из­делия. Скорость сварки поддерживается автоматически.

Газом-теплоносителем чаще всего служит воздух. При сварке термопла­стов, которые подвержены сильной термоокислительной деструкции, в каче­стве теплоносителя применяют главным образом азот. Температура газа на выходе из сопла сварочного аппарата должна быть на 50 - 100°С выше, чем Тт полимера, так как на участке между соплом и свариваемой поверхностью теплоноситель

Рис.12. Схема сварки нагретым газом с применением прикаточного ролика: 1- свариваемый материал; 2- присадочный мате­риал в виде ленты; 3- наконечник нагревателя; 4- прижимной ролик; 5- сварной шов; а- направ­ление сварки (пунктирными линиями показана подача нагретого газа)

охлаждается. Давле­ние газа составляет 35-100 кН/м² (0,35 - 1,0 кгс/см²). Для мягких присадочных прутков, не выдерживающих осевого давления, применяют прикаточные ролики (рис.12): усилие прижима, ока­зываемого рукой, должно составить от 10 до З0Н (1-3 кгс).

Скорость укладки прутка (обычно 0,1-0,2 м/мин), зависящая от темпе­ратуры газа, с увеличением диаметра прутка уменьшается, однако общая ско­рость заполнения шва (скорость сварки) при этом возрастает.

У метода сварки нагретым газом есть свои недостатки: низкая производительность, высо­кая стоимость работ, сложность поддержа-ния постоянных режимов сварки.