ехнологическое оборудование и оснастка, необходимые для изготовления намоткой корпуса РДТТ.
ведение.
ехнологический процесс (ТП) – это законченная часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства (ГОСТ 3.1109-73).
Разработанные ТП лежат в основе всей организации производства, в том числе:
1. ТП определяют последовательность изготовления деталей, сборки узлов (СЕ) и испытаний готовой продукции;
2. ТП определяет затраты труда и времени, численность рабочих;
3. ТП определяет количество применяемых приспособлений и инструментов, номенклатуру и количество оборудования, количество и площадей цехов предприятия.
сновные признаки и свойства технологических процессов.
1. Любой ТП характеризуется:
· дискретностью,
· взаимосвязанностью,
· многовариантностью,
которые оказывают основное влияние на проектирования самого ТП.
Иначе можно сказать, что:
2. Технологический процесс – это многоуровневая сложная система автономных и взаимосвязанных технологических операций и приемов, обеспечивающих получение всего комплекса функциональных показателей качеств изделия.
3. Технологическая операция – это совокупность приемов и действий, направленных на получение или придание того или иного качества изделию.
4. Каждый показатель качества изделия достигается в результате выполнения одной из операций или суммы операций.
5. Каждая из операций в ТП представляет собой автономную систему и объединена с другими операциями технологическим маршрутом или единой технологией. Можно сказать, что «Технология – это путь достижения цели».
Таким образом, ТП, состоящий из массива автономных операций выполняемых в строгой последовательности (по маршруту), сам является набором разнохарактерных технологий (процессов, методов, способов).
При создании композитных сосудов давления (корпуса двигателя, баллона давления или трубопровода) – это процессы пропитки, намотки, термообработки, механической обработки, пневмо, - гидроиспытаний и др., которые направлены на изготовление и обеспечение заданного уровня показателей качества изделия в соответствие с требованиями технического задания и своего служебного назначения.
сходные документы для разработки ТП изготовления намоткой композитного корпуса РДТТ.
1). Техническое задание (ТЗ) на создание корпуса двигателя (баллона давления).
2). Сборочный чертеж изделия (корпуса, баллона), включающий:
· геометрию изделия и его размеры (габаритные, исполнительные, присоединительные, регулируемые, справочные);
· спецификацию на элементы (детали) изделия с указанием позиций на сборочном чертеже;
· технические условия (ТУ) и технические требования (ТТ) на изделие в том числе, требования к форме и состоянию поверхностей, требования к установке закладных деталей, указания к контролю и испытанию изделия, условия хранения и транспортировки изделия и др.;
· структурные параметры композитной оболочки корпуса двигателя (баллона) с указанием количества слоев и последовательности их расположения в стенке оболочки, углов армирования (намотки) и толщины слоев или количества витков нитей (лент) в каждом слое, материалы наматываемых слоев.
3). Типовые ТП, нормативные документы на режимные параметры намотки и изготовления композитной оболочки корпуса (баллона).
4). Сертификаты и физико-механические характеристики на компоненты ПКМ и намоточный материал (однонаправленный КМ) в целом.
5). Справочники, каталоги на оборудование и технологическую оснастку (приспособления, оправки).
6). Производственное задание или программа выпуска изделий (сосудов давления) в единицу времени.
ехнологическое оборудование и оснастка, необходимые для изготовления намоткой корпуса РДТТ.
1). Намоточный станок токарного типа, например, пяти координатный станок с числовым программным управлением КУ-421М (рис. 1П).
2). Индивидуальные одноразовые полимерно-песчаные разрушаемые оправки (рис. 2П) для каждого корпуса РДТТ, или металлические разборные многоразовые оправки, например, для баллонов давления и труб.
3). Термические печи или автоклавы для отверждения (полимеризации) связующего, например, аэродинамическая печь АРП-8 (агрегат рециркуляционного подогрева, рис. 3П).
4). Стапели для сборки технологических оправок большой массы.
5). Стенды для удаления песчано-полимерных оправок горячей водой или горячим водяным паром из корпуса РДТТ (баллона). Стенды или слесарные верстаки для удаления разборных металлических оправок изнутри баллонов (труб).
6). Стенды пневматические и гидравлические для испытаний корпусов двигателей или баллонов на прочность и герметичность, взрывобезопасные камеры и боксы.
7). Специальные приспособления и измерительные приборы для проведений испытаний и контроля качества изделий.
8). Кроме того, необходимо иметь мостовой кран грузоподъемностью на 100 тс, а также набор ложементов, набор слесарных инструментов: моментный ключ и др.
3. Укрупненный технологический процесс изготовления намоткой корпуса двигателя РДТТ
3.1. Подготовительная часть. (Подготовка программы намотки на станке).
1. Кинематика намотки оболочки корпуса. Спирально-поперечная намотка (СПН). Один или два одновременно работающих суппорта станка (рис. 1). Это раздельная спирально-поперечная намотка (СПНР). Или совмещенная спирально-поперечная намотка (СПНС).
2. Условие намотки. Намотка ленты (пряди нитей) по геодезическим линиям поверхности: 
, 
, 
, 
.
3. Траекторно-угловые параметры намотки: угловой шаг намотки 
, кратный углу 
= 360º по координате 
(рис. 1). Число заходов намотки (2-х, 3-х и Z - заходов) по сечению оболочки Z = 360º/ - целое число.
4. Угловую и нормальную ширину наматываемой ленты: 
и 
. Доворот оправки на фланцах 
до величины кратного 360º значения углового шага .
5. Исходные данные. Геометрические размеры оболочки корпуса двигателя: 
= 2 
= 1400 мм, 
= 4500 мм, 
= 390 мм, 
= 660 мм, 
= 580 мм, 
= 540 мм. Форма днищ – расчетная.
Рис. 1. Кинематическая схема намотки композитной цилиндрической оболочки с днищами
6. Кроме того к началу намотки корпуса должны быть:
1). Изготовлены все металлические детали и оформляющие полимерно-песчаные элементы технологической оправки.
2). Изготовлены металлические фланцы и ТЗП (теплозащитное покрытие) переднего и заднего днища.
3). Подготовлены управляющие программы намотки композитной оболочки и стыковочных узлов корпуса РДТТ, например, для намоточного станка с ЧПУ КУ-421М.
3.2. Последовательность выполнения операций технологического процесса
Операция 1 (сборочная). Сборка технологической оправки в стапеле. Зачистка поверхности оформляющих элементов оправки по ТТ чертежа. Ремонт (шпаклевка) поверхности оправки песчано-полимерной смесью.
Операция 2(сборочная). Установка оправки на намоточный станок. Нанесение антиадгезионного слоя смазки и пленочного покрытия. Сборка ТЗП двух днищ совместно с металлическими фланцами. Нанесение герметичного слоя из сырой резины ИРП-1310-1 толщиной 0,6 мм (см. рис. 2).
Рис. 2. Содержание операции 2.
1). Уложить на оправку промежуточный слой технической эластичной ткани арт.56151 ТУ17-5969-78
2). Установить корки ТЗП переднего и заднего днищ, обезжирить поверхность ТЗП ацетоном ГОСТ 2603-71
3). Уложить гермослой резины ИРП1310-1 толщиной 0,6 мм, исключив ее провисание
Операция 3 (намоточная). Отладка управляющей программы спирально-поперечной намотки оболочки корпуса лентой из сухих нитей или жгутов.
Операция 4(подготовительная). Приготовление связующей композиции: входной контроль, взвешивание компонентов, смешивание и «вызревание» смеси. Заливка полимерного связующего, например, ЭДТ-10 или ЭХД-М в пропиточную ванну.
Операция 5(пропиточная). Пропитка связующим и формирование намоточной ленты из 16 жгутов (нитей) «Армос-6» с линейной плотностью одного жгута 
= 600 текс. Определение линейной плотности ленты вместе со связующим. Масса ленты длиной 0,5 метра должна быть равной 7,2±0,3 г, что соответствует линейной плотности наматываемой ленты 
= 14400 ±600 текс и объемному содержанию волокна в ленте (коэффициенту армирования) 
= 0,67 (объемное содержание обеспечивается отжимными устройствами, рис. 4П).
Операция 6(намоточная). Послойная намотка композитной оболочки корпуса двигателя органопластиком (Армос-6 + ЭХД-М) спиральными и поперечными (окружными) витками согласно схеме армирования силовой оболочки (рис. 3, табл. 1П и табл. 2П).
Рис. 3. Схема армирования силовой оболочки:
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1/2X I X III X II X II X II X II X II X II X+V X II, где:
1 2 3 4 5 6 7 8 С-К слои
I - одинарный окружной (поперечный) слой;
II - двойной окружной (поперечный) слой;
III – тройной окружной (поперечный) слой;
V - дренажный слой из сухой непропитанной связующим стеклоткани;
X – дренажный двойной спиральный слой из непропитанных нитей;
II – дренажные окружные слои из непропитанных нитей.
Операция 7(контрольная). Контроль технических и режимных параметров намотки (рис. 4, табл. 1П и табл. 2П).
Контролируют нормальную ширину наматываемой ленты: = 27…32 мм для спиральных слоев и = 36 ±2 мм для окружных слоев; число проходов в спиральном слое = 142±4 шт. и число проходов в окружном слое = 225±2 шт., а также число спиральных и окружных слоев (см. 3).
Контролируют углы намотки (укладки) ленты на переднем 
= 22° и заднем 
= 29° днищах, а также точность укладки ленты по углам и шагу намотки, например: 
= ± 1,0º; 
= ± 2,0 мм.
Рис. 4П. Схема пропитки волокнистой ленты жидкими связующими и обозначения режимных параметров намотки
Указывают число витков ленты или проходов в каждом спиральном (4544 +224 шт.) и окружном (3600 шт.) слое, число витков сухой ленты в дренажных слоях (350 ±5 шт. и 200 ±5 шт.).
Контролируют режимные параметры. Скорость намотки на цилиндрическом участке определяют по формуле: 
и вбирают равной 
= 12…15 м/мин, при этом частота вращения оправки составляет 
= 10 об/мин для диаметра корпуса 
= 1400 мм.
Натяжение нитей при намотке ленты для органопластиков выбирают: 
= 1/(6…8) Н/текс ± 10% , что для наматываемой ленты = 1/6 Н/текс (14400 текс) = 2500 ±200 Н = 250 ± 20 кгс.
Температуру эпоксидного связующего в пропиточной ванне поддерживают равной 
= 50 ±5Сº, обеспечивающей вязкость связующего 
= 25…30 сек по ВЗ -4 (диаметр сопла = 4 мм). Жизнеспособность связующего должна составлять не менее 4…5 часов.
Операция 8(намоточная). Послойная намотка пакетов арамидной (ТТ-СВМ) ткани и однонаправленного органопластика (Армос-6 + ЭХД-М) тангенциальными (окружными) витками согласно схеме армирования стыковочных узлов (рис. 5). Режимы намотки и число указаны на рисунке: скорость намотки = 8 м/мин, температура греющего вала = 150±5Сº, температура связующего = 50±5Сº, натяжение ткани = 50 ±5 Н/см, натяжение жгутов = 280 ±20 Н.
Рис. 5. Схема армирования переднего и заднего узлов стыка корпуса РДТТ
Операция 9(термическая). Термообработка намотанного корпуса согласно режиму полимеризации данного типа эпоксидного связующего, например, ЭХД-М в АРП-8 (рис. 6).
Рис. 6. Схема установки корпуса в камере печи и режим термообработки намотанного композитного материала
Операция 10(слесарная). Удаление песчано-полимерных элементов оправки горячей водой ( 
= 60…70Сº) или горячим паром на специальном стенде. Разборка многоразовых металлических элементов оправки.
Операция 11(механическая). Обработка резанием (сверление, фрезерование) узлов стыка под штифто-болтовое соединение (ШБС) отсеков.
Операция 12(испытательная). Испытания на прочность и герметичность композитной оболочки и корпуса РДТТ.
Операция 13(контрольная). Контроль выходных геометрических параметров изделия и определение массы корпуса РДТТ.
Приложение
Рис. 1П. Намоточный пяти координатный станок с числовым программным управлением КУ-421М
Технические характеристики намоточного станка КУ-421М
| Диаметр наматываемого изделия, мм (min-max) | 300-2500 |
| Длина изделия, мм (max) | |
| Углы намотки, град | 10-90 |
| Точность геодезической укладки, град | ±3 |
| Количество управляемых координат, штук | |
| Скорость вращения оправки, об/мин | 3,3-16,6 |
| Максимальная ширина наматываемой ленты, мм | |
| Ширина рулонного материала, мм | |
| Максимальное натяжение ленты, Н | 2000-3000 |
| Усилие прикатки ленты /рулонного материала, Н | 500/2000 |
| Скорость перемещения каретки вдоль оси / поперек оси, м /мин | 12,0/3,6 |
| Максимальная масса оправки с изделием, кг | |
| Максимально потребляемая мощность, кВт | 43,06 |
| Стоимость станка, руб.*2 (в ценах 80-х годов прошлого века) | |
| Габаритные размеры: длина – ширина - высота, мм | 22550 – 7800 - 3300 |
| Масса станка без электрооборудования, кг |
Рис. 2П. Сборочный чертеж технологической оправки для намотки композитной оболочки и стыковочных узлов корпуса РДТТ
Рис. 3П. Агрегат рециркуляционного подогрева АРП-8: 1 - сальниковый уплотнитель; 2 – роторный вентиляционный нагреватель; 3 – рабочая камера; 4 – блок выброса летучих веществ; 5 – теплоизоляция; 6 – стапель; 7 - опора подшипниковая; 8 – электродвигатель; 10 – дверь правая; 11 – замок с пневмоприводом; 12 – дверь левая
(Аэродинамическая печь)
Таблица 1П
Продолжение таблицы 1П
Схемы некоторых способов отжима излишков связующего из волокнистых наполнителей показаны на рис. 3.17. Нормальное обжатие волокнистого наполнителя (нитей, тканых лент) на выходе из ванночки небольшим давлением повышает качество пропитки наполнителя, корректирует нанос связующего и снижает количество газовых пор в намоточной ленте. В свою очередь объемное содержание армирующих волокон в композитном материале зависит от многих других факторов и режимных параметров процесса получения намоточной ленты: вязкости полимерного связующего или раствора, скорости протягивания нитей через пропиточную ванну, натяжения волокон при пропитке.
Вязкость связующего можно регулировать или за счет его подогрева в ванночке, или за счет применения растворителей. В качестве основного растворителя используется спирто-ацетоновая (САС) смесь, которая чаще всего составляется в пропорции равной 25:75 или 45:55. В производственных условиях вязкость связующих (растворов) 
определяется по вискозиметрам ВЗ-1 с диаметром сопла 5,4 мм или по ВЗ-4 с соплом диаметром 4,0 мм.
 |
 |
а б
 |
в г
Рис. 3.17. Технологические схемы отжима связующего:
а) - вращающимися (невращающимися) роликами, б) - эластичной губкой, в) - прямолинейными ножами, г) - клиновой камерой
Технологические схемы индивидуальных натяжителей нитей показаны на рис. 3.18. А натяжители для наматываемых волокнистых лент имеют более сложные конструктивные решения.
1 2
3 4
Рис. 3.18. Технологические схемы натяжения нитей, ровингов или жгутов: 1 – рычажные, 2 – фрикционные, 3 – шариковые, 4 – фрикционно-ленточные для пряди нитей
3.3. Техническое определение вязкости разбавленных растворов, клеев и полимерных связующих
Вязкостью или внутренним трением называют свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению ее частиц (слоев), вызванному действием приложенной к жидкости силы. Единицей измерения динамической вязкости в системе СИ является Па·с или Н·с/м2. При нормальной температуре и давлении вязкость связующего или раствора - величина постоянная. В связи с этим вязкость связующих или растворов следует измерять при температуре 20°С и нормальном давлении.
Вискозиметр ВЗ-1 (рис. 5.11а, ГОСТ 9070-75) представляет собой изготовленный из меди резервуар цилиндрической формы (рис. 5.11б, [66]), переходящий внизу в полый конус со съемным соплом. Внутренний диаметр нижнего конца сопла - 5,4 мм, высота рабочей части сопла - 15,5 ± 0,1 мм, угол конуса внутренней части резервуара- 101°40'. Крышка резервуара имеет 2 отверстия для стержня и для термометра.
Под сопло вискозиметра ставят чистый сухой мерный стаканчик (мензурку), быстро вынимают стержень и одновременно с появлением жидкости из среза сопла ВЗ-1 пускают секундомер. Когда испытуемый материал в мензурке достигает точного уровня 50 мл (см3), секундомер останавливают и отсчитывают время истечения с погрешностью 0,2 с. Время истечения от 5 до 200 с.
а б
Рис. 5.11. Общий вид (а) и конструктивная схема (б) вискозиметр ВЗ-1: 1 – мерная канавка; 2 – крышка резервуара; 3 – стержень; 4 – направляющая трубка для стержня; 5 – отверстие для установки термометра; 6 – резервуар для испытываемого материала; 7 – внутренний резервуар; 8 – сопло
Вискозиметр ВЗ-4 предназначается для определения условной вязкости жидкости в секундах. Прибор представляет собой резервуар, имеющий форму воронки (рис. 3.23) с соплом, закрепленной на штативе. Вместимость резервуара 100 ± 1 см3 (мл). Резервуар устанавливают горизонтально с помощью установочных винтов штатива. Отверстие сопла закрывают пальцем, а смолу наливают с избытком, чтобы образовался выпуклый мениск над верхним краем вискозиметра, излишек стекает в кольцевой желобок. Под сопло вискозиметра ставят сосуд емкостью не менее 100 мл. Температура испытуемой жидкости должна составлять 20 ±0,5, но прибор не обеспечен водяной рубашкой для подогрева связующего. Поэтому приведение испытуемой жидкости к температуре 20° ±0,5°С производится заранее.
Определение производится путем трехкратного измерения времени истечения 100 см3жидкости из резервуара через цилиндрическое отверстие диаметром 4 мм. После каждого измерения промывают воронку вискозиметра водой и протирают насухо мягкой тканью. За величину условной вязкости 
(в секундах) принимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений.
Рис. 5.12. Изменение условной вязкости в секундах связующих ЭДТ-10 (кривая 1) и ЭХД-М (кривая 2) от температуры
Рис. 5.13. Форма воронки вискозиметра ВЗ-4: 1 – резервуар; 2 – желобок кольцевой; 3 – сопло