لقد نجح العلماء الروس في حل مشكلة الختم في إنتاج المواد المركبة

الدمج بالضغط للمواد المركبة البلاستيكية الحرارية هو عملية تكنولوجية يتم من خلالها الحصول على منتج متين ومتجانس من طبقات منفصلة من مادة التسليح والبوليمر (على شكل مسحوق أو فيلم) أو منتجات نصف نهائية (على سبيل المثال، مواد التقوية المسبقة). خلاصة القول هي أن المادة تتعرض للتعرض المتزامن للضغط الزائد والفراغ ودرجة الحرارة المرتفعة بحيث تكون الطبقات متصلة بإحكام ويتم توزيع المادة الرابطة بالتساوي، وبالتالي إزاحة مسام الهواء. إن تطوير علماء كازان يجعل من الممكن إنشاء قوالب ذات تجويف محكم لاستخدامها في صناعات السيارات والطيران والفضاء والصناعات الكهربائية لإنتاج الأجزاء من المواد المركبة والبلاستيك. “المشكلة الرئيسية التي قمنا بحلها هي التعقيد وانخفاض موثوقية أنظمة الختم للأجهزة والقوالب المعروفة”، يوضح رسلان سولوفيوف، وهو طالب دراسات عليا في قسم إنتاج الطائرات في KNRTU-KAI. “على وجه الخصوص، غالبًا ما تُستخدم الأنظمة المعقدة من الإطارات المتحركة، والأغشية المرنة، والأختام المرنة، ومحركات الأقراص المنفصلة لتنشيطها لإنشاء تجويف قالب مغلق. تتمتع هذه العناصر بعمر افتراضي محدود، وهي عرضة للتآكل، وتتطلب تزامنًا دقيقًا ويصعب صيانتها.” بالإضافة إلى ذلك، تتضمن هذه التصميمات تفريغ حجم كبير حول القالب نفسه، مما يقلل من كفاءة الطاقة ويزيد من أوقات دورة الإنتاج. وهكذا، من بين عدد من العينات الحاصلة على براءة اختراع سابقًا، هناك تطور محمي ببراءة الاختراع الأمريكية 3,971,875 A. واقترح مؤلفوه غرفة مدمجة، مختومة، بباب. يتم تحويل الحجرة إلى قالب عمل تحت ضغط المكبس، مما يسمح بتسخين قطع العمل وضغطها في فراغ أو جو خامل دون الحاجة إلى إزالة الهواء من المساحة المحيطة. جزء واحد من جدار الغرفة ليس جامدًا، ولكنه مطوي. هذا القسم المنفاخ قابل للضغط والفك بشكل متكرر، مع الحفاظ على إحكام الحجم الداخلي والعودة إلى شكله الأصلي بعد إزالة الحمل. عند الضغط، يتم تقريب الصفائح الصلبة العلوية والسفلية للغرفة من بعضها البعض، وتقوم الصفائح الخارجية للمكبس بنقل الضغط الموحد مباشرة إلى قطع العمل من خلال بلاط التوزيع، الذي يقوم في نفس الوقت بتوصيل الحرارة إلى الداخل وإزالتها عند الضرورة. تحتوي الغرفة على حجرة تحميل واسعة مع باب يوفر إغلاقًا محكمًا للغاز لسهولة تحميل/تفريغ الأجزاء المتعددة، ويحتوي الجزء الداخلي على سخانات كهربائية ودروع حرارية وأجزاء مبيت مبردة لإدارة الحرارة وحماية الجدار المطوي من الحرارة الزائدة. يتم إغلاق المساحة الداخلية بفراغ عالٍ أو مملوءة بغاز خامل لقمع التفاعلات الكيميائية عند تسخينها. الوحدة التكنولوجية الرئيسية عبارة عن منفاخ مستطيل مع عدد من تموجات الألواح، التي تشغل مساحة تساوي تقريبًا مساحة حجم عمل الحجرة، مما يضمن تغييرًا في ارتفاع وحجم الحجرة أثناء الضغط الخارجي وفي نفس الوقت بمثابة حاجز بين بيئة العمل الداخلية والبيئة الخارجية للصحافة. عيب الحل الموصوف هو أن الهيكل المموج المتحرك كبير ويصعب تصنيعه. عندما يعمل المنفاخ بشكل دوري في الثني والشد/الضغط، يكون خطر حدوث تشققات صغيرة في المادة أو اللحامات مرتفعًا، ويظل تفريغ حجم كبير مستهلكًا للطاقة والوقت، مما يقلل من موثوقية وعمر خدمة الختم. وبالتالي، كانت المهمة التي حلها مهندسو قازان هي القضاء على عدد من أوجه القصور في نظائرها الموجودة. من بينها التعقيد وانخفاض موثوقية أنظمة الختم، وذلك بسبب استخدام العديد من العناصر المتحركة (الإطارات، المنفاخ، آليات الزنبرك)، والتي تكون عرضة للتآكل، وفشل التعب وتتطلب تزامنًا دقيقًا. تشمل العيوب أيضًا الحاجة إلى تفريغ حجم كبير (الغرفة بأكملها المحيطة بالقالب)، مما يؤدي إلى إنفاق كبير للوقت والطاقة، مما يؤدي إلى إبطاء دورة الإنتاج. بالإضافة إلى ذلك، تفترض التصاميم المعروفة استخدام عناصر مانعة للتسرب ذات عمر خدمة محدود، مثل اللدائن والمطاط والسيليكون، والتي تكون عرضة للشيخوخة وفقدان التماسك عند تعرضها لدرجات حرارة عالية. يتكون القالب الذي طوره علماء KNRTU-KAI لدمج المواد المركبة والبلاستيك بالضغط مع تجويف داخلي محكم من أداة ثقب فولاذية موجودة على التوالي، والتي تحتوي على ختم نحاسي حلقي على الجدار الرأسي، بالإضافة إلى سدادة حلقية موجودة في تجويف المصفوفة، والتي تنظم سمك المنتج الناتج، ومصفوفة مركبة، وهي عبارة عن جدار عمودي. تم تصنيع هذا الأخير بحيث أنه عندما يتم تسخين الختم النحاسي الدائري على الجدار الرأسي للخرامة، يتم إنشاء اتصال انزلاقي محكم بين الجدار الرأسي للمصفوفة والجدار العمودي للخرمة. في هذه الحالة، يكون للوقف الحلقي السماكة اللازمة للحصول على المنتج المطلوب. تحتوي اللوحة الأفقية على قناة توزيع فراغ حلقية في تجويف القالب، وتركيب فراغ مخروطي الشكل على السطح الرأسي. يتم وضع الختم النحاسي الحلقي بحيث يتم، عند تسخينه، إنشاء اتصال ثابت محكم الغلق بين الجدار العمودي ولوحة المصفوفة، في حين يتم توصيل الجدار العمودي ولوحة المصفوفة الفولاذية باستخدام وصلة مثبتة بمسامير وقابلة للفصل – وهذا يجعل من السهل إزالة المنتج الناتج. لاحظ أن الختم النحاسي الموجود على الجدار الرأسي للخرامة ولوحة القالب مصنوع على شكل محيطين حلقيين على الأقل. القالب مثير للاهتمام أيضًا لأنه يمكن ضغطه باستخدام مكبس هيدروليكي. يمكن إجراء الضغط الأولي وتفريغ المادة باستخدام وحدة تفريغ، بينما يتم ضمان ختم القالب عن طريق التشوه البلاستيكي للنحاس. يحدث التمدد الحراري بسبب تسخين ألواح الضغط. أدى التطوير الجديد إلى تبسيط التصميم وزيادة موثوقية نظام الختم عن طريق تقليل عدد العناصر المتحركة. كان من الممكن تجنب إخلاء حجم كبير، مما يضمن إحكام تجويف عمل القالب فقط، وكذلك القضاء على استخدام عناصر الختم القائمة على اللدائن والمطاط والسيليكونات، المعرضة للشيخوخة عند درجات حرارة عالية. في عام 2026، أصدرت الخدمة الفيدرالية للملكية الفكرية براءة الاختراع RU 2,863,151 لفريق المؤلفين.