Koks yra šildomų plokščių vaidmuo kietinant storas{0}}sekcijų kompozicines šarvų plokštes?

Tai didelė, daugiasluoksnė{0}} itin didelės molekulinės masės polietileno arba aramido pluošto plokštė, skirta sustabdyti didelio greičio kulką. Jis gaminamas esant didžiuliam karščiui ir slėgiui dideliame hidrauliniame prese. Šią tankią izoliacinę medžiagų krūvą sujungiant kaitinimo plokštėmis, turi būti užtikrinta tiksli, giliai į jo šerdį prasiskverbianti šiluma, tuo pačiu kontroliuojant intensyvią egzoterminę jungiamųjų klijų reakciją. Tai didžiulis išgydymas, o didžiulės kelių-zonų plokštės yra šių gyvybę gelbstinčių šarvų šiluminiai skulptoriai.

Storojo profilio kompozitinių šarvų gamybos reikalavimai
Balistinių šarvų plokštės, skirtos karinėms transporto priemonėms, orlaiviams, kūno šarvų plokštėms ir karinių jūrų pajėgų laivams, paprastai yra gaminamos iš kelių sluoksnių didelio našumo -pluošto, pvz., itin didelės molekulinės masės polietileno (UHMWPE, pvz., Dyneema® arba Spectra®), aramido (pvz., Kevlar® arba Twaron dengtas kartu su anglies pluoštu). vinilo esteris arba fenolis). Priklausomai nuo reikalingo balistinės apsaugos lygio (pvz., NIJ III arba IV klasė), viena plokštė gali būti plona iki 10 mm arba storesnė nei 50 mm.

Tada ši lanksčių, derva{0}}impregnuotų audinių sluoksnių krūva sukietinama iki kieto smūgiams atsparaus kompozito. Skirtingai nei ploni laminatai (pvz., spausdintinės plokštės arba kosminės erdvės apvalkalai), storo profilio kompozitai turi specifinių šiluminių iššūkių:

Lėtas šilumos įsiskverbimas. Polimerinių pluoštų ir dervų šilumos laidumas yra prastas, todėl šilumos skverbimosi greitis nuo plokščių paviršių į medžiagą yra lėtas (keli milimetrai per minutę). Ilgą laiką 40 mm storio plokštės centras gali būti dešimtimis laipsnių nuo paviršiaus temperatūros.

Egzoterminė reakcija: kietėjant termoreaktyvioms dervoms, susidaro šiluma. Storojoje dalyje ši vidinė šiluma negali būti greitai išsklaidyta ir gali kauptis, sukeldama pavojingą terminį nubėgimą (egzotermą), kuris gali susilpninti dervą, sukelti tuštumų ar net sudeginti kompozitą.

Nevienodas slėgis: presas turi daryti vienodą slėgį visame plokštės plote (paprastai 1–2 m2), kad gautų vienodą pluošto tūrio procentą ir sukibimo linijos kokybę. Bet koks plokštelės lygumo skirtumas sukelia balistines „silpnas vietas“.

Kaitvietė yra pagrindinė šių problemų priemonė.

Giliai kontroliuojamas šarvų plokščių kietėjimas su šiltomis plokštelėmis
Šildomos kompozitinės šarvo plokštės kietinimas atliekamas didelio tonažo hidrauliniu presu. Presas turi dvi dideles plokščias plokšteles, viršutinę ir apatinę, kurių kiekviena šildoma įmontuotų elektrinių kasetinių šildytuvų tinkleliu arba šiluminės alyvos kanalais, kurie cirkuliuoja šiluminę alyvą. Plokštės dažniausiai apdirbamos iš aukštos kokybės įrankių plieno (pvz., H13 arba P20), kad atlaikytų šimtų iki tūkstančių tonų spaudimo jėgą ir išlaikytų matmenų stabilumą aukštesnėje temperatūroje (paprastai 100–200 laipsnių).

Kelių-zonų temperatūros valdymas Temperatūros vienodumas
Vienos monolitinės plokštės temperatūros gradientai būtų - karštesni kaitinimo vietose ir vėsesni prie kraštų. Tokie gradientai netinka storo kompozito kietėjimui. Taigi plokštelė yra padalinta į keletą nepriklausomai reguliuojamų šildymo zonų, kurių kiekviena turi termoporą, esančią šalia plokštės paviršiaus. Standartinėje šarvų presavimo plokštelėje gali būti 10–30 zonų tinklelis.

Kiekvienas zonos valdiklis yra užprogramuotas pagal terminį receptą (rampos greitis, mirkymo temperatūra, mirkymo laikas). Valdikliai jungiasi su centrine priežiūros sistema, kuri prižiūri visas zonas. Jei kuri nors zona yra išjungta nuo nustatytos vertės, tos zonos maitinimas reguliuojamas atskirai. Taip visas spausdinimo paviršius -nuo krašto iki krašto- išlaikomas ±1–2 laipsnių ribose nuo tikslinės temperatūros.

Terminis receptų valdymas: rampa, mirkymas ir egzoterminė kontrolė
Storų kompozitinių šarvų plokštės kietėjimo ciklas nėra toks lengvas, kaip „pašildyti iki 150 laipsnių ir palaikyti“. Tai kruopščiai suorganizuotas, kelių{2}}veiksmų procesas, kuris gali užtrukti daug valandų:

Pradinė nuolydis (lėtas kaitinimas) Plokštės lėtai pakeliamos kontroliuojamu greičiu (pvz., . 0.5 iki 1 laipsnio per minutę). Lėtas greitis leidžia šilumai perduoti nuo paviršiaus į storos plokštės šerdį. Tai sumažina temperatūros skirtumą tarp paviršiaus ir centro. Jei rampa yra per greita, paviršiaus derva sukietės, kol centras neįšils, o tai sukels vidinę įtampą ir neužbaigtą sukibimą.

Tarpinis buvimas (mirkymas žemesnėje temperatūroje): Vidutinio lygio temperatūra (pvz., . 80-100 laipsnis) palaikoma ilgą laiką (1-2 valandas). Tai leidžia dervai tekėti ir tolygiai įmirkyti pluoštus, kai šilumos frontas ir toliau prasiskverbia į centrą. Stovėjimas taip pat pradeda kietėjimo reakciją kontroliuojamu greičiu, kad vėliau neatsirastų staigi egzoterma.

Galutinė kietėjimo temperatūra: pakelkite plokštelės temperatūrą iki galutinės kietėjimo temperatūros (paprastai nuo 120 iki 180 laipsnių, priklausomai nuo dervos sistemos). Vėlgi, rampa yra lėta, o valdiklis nuolat stebi plokštės vidinę temperatūrą (per įmontuotas termoporas į aukų skydelį arba modeliuodamas), kad egzoterma nepabėgtų.

Galutinis mirkymas (visiškas sukietėjimas): nustatytą laikotarpį (dažnai 2–6 valandas) palaikykite galutinę kietėjimo nustatytą temperatūrą. Nors egzoterminė šiluma išsiskiria iš dervos, plokštelė turi išlaikyti šią temperatūrą labai griežtų leistinų nuokrypių ribose (± 1 laipsnis). Jei dėl egzotermijos vidinė temperatūra pakyla per aukštai, plokštelės valdikliui gali tekti laikinai sumažinti arba išjungti šilumą, kad skydas galėtų atvėsti.

šaltas-žemyn esant slėgiui Po sukietėjimo plokštelės atšaldomos (vidiniais kanalais cirkuliuoja šaltas vanduo arba aliejus), kol presas vis dar veikia visu prispaudimo slėgiu. Reguliuojamas aušinimas neleidžia plokštei deformuotis arba atsirasti vidinių įtrūkimų dėl diferencinio terminio susitraukimo.

Plokštelė yra didžiulis, karštas, idealiai plokščias priekalas, kantriai paverčiantis storą pluoštinį krūvą į tvirtą, neperšaunamą{0}}užtvarą.

Paviršiaus lygumas ir slėgio pasiskirstymo tolygumas
Balistinės charakteristikos yra gana jautrios plokštės storio ir pluošto tūrio procentiniams pokyčiams. Jei viena sekcija yra 0,1 mm plonesnė nei nurodyta, balistinis pasipriešinimas gali būti labai sumažintas. Taigi plokštelės turi būti plokščios iki labai griežto leistino nuokrypio, paprastai ±0,05 mm visame darbiniame paviršiuje. Plokštės šlifuojamos ir poliruojamos didelio paviršiaus šlifuokliu arba frezavimo staklėmis. Viršutinių ir apatinių plokščių lygiagretumas tikrinamas lazeriniais matavimo prietaisais, kai jis montuojamas į presą.

Hidraulinis presas veikia visą jėgą, paprastai nuo 500 iki 2000 tonų, per skydo plotą. Plokštelė turi būti pakankamai tvirta, kad veikiant šiai apkrovai ji nenukryptų. Naudojamos storos 150–300 mm storio įrankinio plieno plokštės, dažnai su briaunotomis arba korio atraminėmis konstrukcijomis, kad padidėtų standumas be nereikalingo svorio.

Proceso pastaba: gijimo ciklų žurnalai dokumentuoti ir tikrinami
Kiekviena sudėtinė šarvų plokštė turi turėti tinkamai dokumentuotą, audituojamą gijimo ciklo žurnalą kariniais ir teisėsaugos tikslais. Tai yra reguliavimo ir kokybės užtikrinimo reikalavimas, pvz., MIL-STD-3022, NIJ standartas-0101.06. Gydymo ciklo žurnale yra:

Plokštelės zonos kalibravimo ir preso identifikavimo įrašai

Išsami šiluminė formulė (nustatyta vertė, rampos greitis, mirkymo trukmė), naudojama skydui

Temperatūros duomenys realiuoju laiku- (iš kiekvienos plokštės zonos ir įterptųjų skydo termoporų, jei naudojamos)

Slėgio rodmenys (tonomis) per ciklą

Operatoriaus ID ir elektroniniai parašai (cGMP arba karinėms kokybės sistemoms)

Valdymo sistema automatiškai įrašo visus parametrus dideliu atrankos dažniu (pvz., kartą per sekundę) ir išsaugo duomenis saugioje, apsaugotoje{2}} duomenų bazėje. Žurnalas atspausdinamas arba elektroniniu būdu prijungiamas prie komisijos sertifikavimo dokumento. Visą kiekvienos plokštės išgydymo istoriją galima gauti ir patvirtinti vyriausybės ar karinio priėmimo audito metu. Toks atsekamumas yra toks pat svarbus kaip ir plokštelė.

Egzoterminės reakcijos valdymas kaitinant
Vienas iš pagrindinių metodo pavojų yra egzoterminis storų -profilių kompozitų kietėjimo pobūdis. Kai termoreaktyvi derva susijungia, ji išskiria šilumą, maždaug 100–300 kJ/kg dervos. Ši šiluma pašalinama naudojant ploną laminatą. Storos plokštės (pvz., . 40 mm) centras yra termiškai izoliuotas aplinkine medžiaga . Reakcijos greitis gali padidinti vidinę temperatūrą 30-50 laipsnių virš plokštelės nustatyto taško. Tai vadinama terminiu pabėgimu.

Šildoma plokštė naudojama egzotermai valdyti dviem būdais:

Aktyvus aušinimas Aukštos kokybės{0}}presuose yra vidiniai aušinimo kanalai (vandens arba aliejaus), įtaisyti preso plokštėse. Jei plokštės vidinė temperatūra (matuojama naudojant įmontuotą termoporą) pradeda per greitai didėti, plokštelės valdiklis gali sumažinti arba pakeisti šilumos tiekimą, cirkuliuodamas vėsų skystį, kad pašalintų egzoterminę šilumą.

Lėtos rampos profiliai: lėtas tempimas leidžia dervai lėtai sukietėti, ilgesnį laiką paskleisdama egzotermą ir sumažindama aukščiausią temperatūrą. Terminis receptas paprastai nustatomas atliekant bandomuosius kietėjimo bandymus, naudojant instrumentines bandymo plokštes.

Egzoterma gali siekti daugiau nei 200 laipsnių, jei plokštelės temperatūra nėra tinkamai kontroliuojama, derva suanglėja, pluoštai (ypač UHMWPE, kuris tirpsta maždaug 150 laipsnių) ir plokštės išimamos į metalo laužą. Sunkiomis aplinkybėmis egzoterma gali uždegti kompozitą ir sukelti preso gaisrą.

Šarvų presavimo plokščių mechaniniai ir terminiai projektavimo aspektai
Funkcija Tipinė specifikacijos paskirtis
Plokštelės medžiaga Aukštos{0}}kokybės įrankių plienas (H13, P20) arba kaltas plienas Didelio stiprumo atsparumas valkšnumui esant temperatūrai
Storis nuo 6 iki 12 colių.
Plokštumas ±0,05 mm (0,002 colio) arba geresnis visame plote Vienodas slėgio pasiskirstymas
Paviršiaus poliravimas Šlifavimas (Ra 0,4-0,8 µm) Tolygus slėgis ir sklandus atpalaidavimas
Kaitinimo elementai Išgręžti alyvos kanalai arba kasetiniai šildytuvaiTolygus šilumos paskirstymas
Temperatūros valdymo sritys Vienos plokštelės zonos: 10 - 30 kompensuokite kraštų nuostolius ir vietinius skirtumus
Maksimali darbinė temperatūra 200–250 laipsnių (epoksidai ir fenolio dervos) Tipiškas kietėjimo temperatūros diapazonas
Vidinis vandens arba alyvos kanalų aušinimas.Egzoterminis valdymas ir ciklo trukmės sumažinimas
Išvada: minkšto audinio pavertimas gelbėjimo skydu
Šildoma plokštelė yra didžiulė, tiksli šiluminė ir mechaninė sudėtinių šarvų gamybos šerdis – įrankis, kuris minkšto audinio šūsnį paverčia kietu,{0}}gelbstinčiu barjeru. Plokštė perduoda gilią, prasiskverbiančią šilumą į storas kompozitines plokštes su kelių zonų temperatūros valdymu, lėtais šiluminės rampos profiliais, aktyviu egzotermos valdymu ir mikronų{3}}plokščiu slėgio paskirstymu be šiluminio nutekėjimo ar vidinių trūkumų. Kiekvienas skydelis yra išbandytas, kad atitiktų balistinius kriterijus, būtinus kariniam ir teisėsaugos naudojimui, ir kiekvienas išgydymo ciklas registruojamas audito tikslais.

Kareivio apsauga prasideda nuo tiksliai reguliuojamos milžiniškos presavimo mašinos šilumos. Įkaitinta plokštelė yra didelis, plokščias, nepajudinamas įrankis, kuris žalingą egzoterminę energiją paverčia tokia jėga, kuri sustabdo kulką. Tai yra kantrus ir tikslus šildomos plokštės darbas, dėl kurio kiekviena sudėtinė balistinė plokštė, naudojama transporto priemonių šarvuose ir kėbulo plokštėse, yra patikima.