Оснастка для изготовления внутренней трубы проточного узла, содержащего две трубы, установленные коаксиально одна относительно другой

Оснастки предназначена для изготовления внутренней трубы проточного узла, работающего в условиях прохождения через него потока текучей среды и состоящего из двух коаксиально установленных одна относительно другой труб из композиционного материала. Оснастка содержит обечайку с формообразующей наружной боковой поверхностью. Обечайка разделена на секторы по линиям, параллельным ее центральной оси. Боковые края секторов обечайки имеют отбортовки, посредством которых соседние секторы состыкованы друг с другом с образованием разъемного соединения. На противолежащих торцах обечайки предусмотрены опорные фланцы. На опорные фланцы устанавливаются с фиксацией два формообразующих элемента, которые обеспечивают возможность формования крепежного фланца внутренней трубы заодно с последней. Обечайка и формообразующие элементы выполнены из полимерного композиционного материала. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники

Полезная модель может быть использована в области авиастроения, ракетостроения, машиностроения, энергетического машиностроения, нефтяной промышленности и других отраслях, и касается конструкции оснастки, предназначенной для изготовления внутренней трубы, с криволинейной формой боковой поверхности, проточного узла (т.е. узла, работающего в условиях прохождения через него потока текучей среды), состоящего из двух коаксиально установленных одна относительно другой наружной и внутренней труб из композиционного материала,

Уровень техники

Известна оснастка для изготовления элемента криволинейной формы, содержащего внутреннюю и наружную трубы, установленные коаксиально одна относительно другой. Оснастка содержит шаблон для деформации трубы, выполненный с возможностью вращения, и средство зажима деформируемой трубы, установленное с возможностью вращения относительно оси шаблона, с полостью, образованной подвижным и неподвижным относительно шаблона сменными прижимами. Поверхность рабочего ручья шаблона выполнена конгруэнтной криволинейной части трубы, содержащей криволинейную и прямолинейную части. Оснастка также дополнительно снабжена неподвижной полой цилиндрической оправкой, один из концов которой размещен в полости средства зажима (см. RU 2262405 С1). Оснастка имеет сложное конструктивное исполнение и не может быть использована для изготовления деталей узла, состоящего из двух коаксиально установленных относительно друг друга труб, из полимерного композиционного материала, широко применяемого в настоящее время в технологиях производства узлов и деталей конструкций различного назначения. Кроме того, данная оснастка имеет ограниченные технологические возможности, т.к. позволяет изготавливать только трубчатые детали малых габаритов по диаметру.

В качестве ближайшего аналога к заявляемой конструкции оснастки принята оснастка для изготовления внутренней трубы узла, состоящего из двух коаксиально установленных относительно друг друга труб. Оснастка содержит обечайку с кольцевым поперечным сечением, разделенную на четыре дугообразных сектора по линиям, параллельным центральной оси обечайки. Наружная боковая поверхность обечайки является формообразующей при формовании внутренней трубы и выполнена в соответствии с конфигурацией аэродинамической поверхности внутренней трубы. На обечайке со стороны ее открытых торцов устанавливаются опорные крестовины, которые, на период помещения оснастки в автоклав для термического формования, удаляются (см. US 2004/0065775 А1). Известная оснастка не обеспечивает возможность формирования на торцах трубы крепежных фланцев, которые с одной стороны участвуют в формировании узла из двух коаксиально установленных труб, а с другой - обеспечивают стыковку со смежными узлами конструкции, в которых может быть использован узел из коаксиально установленных относительно друг друга внутренней и наружной труб. Подсоединение к внутренней трубе крепежных фланцев осуществляется на других этапах производства узла из коаксиально установленных труб и требует значительных трудозатрат, связанных с изготовлением крепежных фланцев и с креплением их к торцам трубы, которое осложнено необходимостью обеспечить герметичность узла крепления. Для соединения дугообразных секций между собой по их боковым срезам в известной обечайке используются узлы крепления, имеющие сложную конструкцию, состоящую из большого количества деталей, что усложняет как процесс изготовления оснастки, так и ее сборку из отдельных дугообразных секторов.

Раскрытие полезной модели.

Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции оснастки, обеспечивающей формирование внутренней трубы узла, состоящего из двух коаксиально установленных относительно друг друга труб из полимерного композиционного материала путем послойной укладки материала на формообразующую поверхность обечайки.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в расширении технологических возможностей оснастки и в повышении качества получаемого изделия за счет обеспечения возможности формования крепежных фланцев внутренней трубы в процессе формования самой трубы и заодно с ней, а также в упрощении конструкции оснастки и технологии ее изготовления и сборки, в снижении веса оснастки.

Для достижения указанного технического результата предлагается конструкция оснастки для изготовления путем формования внутренней трубы узла, содержащего коаксиально установленные относительно друг друга внутреннюю и наружную трубы. Оснастка включает обечайку с кольцевым поперечным сечением, разделенную на секторы по линиям, параллельным центральной оси обечайки. Наружная боковая поверхность обечайки является формообразующей при формовании внутренней трубы и выполнена в соответствии с конфигурацией обтекаемой аэродинамической поверхности внутренней трубы. Противолежащие края обечайки, открытые со стороны ее торцов, загнуты в направлении оси обечайки с образованием опорных фланцев. Боковые края секторов обечайки, проходящие вдоль разделяющих ее на секторы линий, имеют по всей высоте обечайки отбортовки, обращенные внутрь обечайки, при этом отбортовки соседних секторов состыкованы друг с другом с образованием разъемного соединения. Обечайка выполнена из полимерного композиционного материала и дополнительно включает два формообразующих элемента, также выполненных из полимерного композиционного материала. Каждый формообразующий элемент опирается на соответствующий опорный фланец со стороны торца обечайки, с обеспечением фиксации, и образует совместно с примыкающей к нему частью формообразующей поверхности обечайки переходный участок, служащий для обеспечения формования на этом участке крепежного фланца внутренней трубы.

Обечайка имеет высоту, соответствующую длине внутренней трубы,

Каждый формообразующий элемент выполнен или в виде диска с отверстием в его центральной части или в виде плоского кольца.

Преимущественно обечайка состоит из пяти секторов.

В зоне стыков отбортовок секторов обечайки расположены герметизирующие жгуты.

Краткое описание чертежей.

Полезная модель поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображена предлагаемая оснастка в аксонометрии;

на фиг.2 - оснастка, вид сбоку;

на фиг.3 - оснастка, вид сверху;

на фиг.4 - узел А на фиг.3;

на фиг.5 - фрагмент узла, изготавливаемого на предлагаемой оснастке;

на фиг.6 - фрагмент размещения оснастки в технологическом вакуумном пакете.

на фиг.7 - вид оснастки в аксонометрии со снятым формообразующим элементом.

Осуществление полезной модели.

Оснастка содержит обечайку 1, выполненную из полимерного композиционного материала, преимущественно из углепластика или стеклопластика. Материал оснастки соответствует материалу трубы, для изготовления которой используется предлагаемая оснастка. Благодаря равенству коэффициентов теплового расширения оснастки и формируемой трубы исключается возникновение тепловых напряжений взаимодействующих деталей при нагреве и остывании и достигается отсутствие термических поводок деталей.

Обечайка имеет кольцевое поперечное сечение (фиг.3). Высота обечайки 1 соответствует длине (т.е. осевому размеру L) внутренней трубы 2 узла 3, содержащего коаксиально установленные относительно друг друга внутреннюю 2 и наружную 4 трубы. Наружная боковая формообразующая поверхность 5 обечайки 1 выполнена в соответствии с конфигурацией обтекаемой аэродинамической поверхности 6 трубы 2.

Обечайка 1 разделена, преимущественно, на пять секторов 7а, 7b, 7c, 7d и 7f при этом линии раздела 8 секторов параллельны центральной оси 9 обечайки 1. При этом два соседних стыкуемых сектора 7b и 7c идентичны между собой и два сектора 7а и 7d, примыкающие порознь к соответствующим указанным соседним секторам 7b и 7с идентичны друг другу, что обеспечивает удобство при извлечении отформованной трубы из обечайки.

Секторы 7а, 7b, 7c, 7d и 7f обечайки 1 соединены между собой по своим боковым краям 10, проходящим вдоль линий раздела 8. Для обеспечения надежности соединения и упрощения сборочных операции боковые края 10 секторов имеют отбортовки 11, образованные за счет загиба в сторону центральной оси 9 обечайки 1 боковых краев 10 по всей высоте обечайки. Отбортовки 11 соседних краев каждой пары секторов 7а, 7b, 7c, 7d и 7f состыкованы друг с другом и скреплены между собой посредством болтов, из которых пара болтов для каждой пары отбортовок являются прецизионными. Прецизионные болты служат для обеспечения центровки секторов 7а, 7b, 7c, 7d и 7f и предотвращают смещение секторов в продольном направлении относительно друг друга, которое может произойти из-за наличия зазоров в остальных узлах болтовых соединений. В зоне стыков отбортовок 11 секторов проложены герметизирующие жгуты 12.

Противолежащие края обечайки (а следовательно, противолежащие края секторов), открытые со стороны ее торцов 13 и 14, загнуты в направлении оси обечайки с образованием, при собранной обечайке, опорных (поддерживающих) фланцев 15 и 16.

На показанном на фиг.5 схематичном изображении узла, содержащего коаксиально установленные одна относительно другой внутреннюю и наружную трубы, можно видеть, что на противоположных концах как наружной трубы 4, так и внутренней трубы 2 предусмотрены крепежные фланцы 17, которые с одной стороны участвуют в формировании узла из двух коаксиально установленных труб 2 и 4, а с другой - обеспечивают стыковку со смежными частями конструкций, в которых может быть использован указанный узел.

Для обеспечения формирования таких крепежных фланцев 17 на концах внутренней трубы 2 заодно с трубой, в предлагаемой оснастке предусмотрены формообразующие элементы, устанавливаемые с торцов обечайки. Каждый формообразующий элемент может быть выполнен либо в виде диска 18 с отверстием 19 в его центральной части, обрамленным по краю бортиком 20, либо в виде плоского кольца с бортиком по краю его отверстия. Исходя из назначения формообразующего элемента, к состоянию его формообразующей поверхности, обращенной внутрь обечайки 1, предъявляются такие же требования, как и к наружной боковой поверхности 5 обечайки.

Диски 18, используемые в качестве формообразующих элементов, опираются на фланцы 15 и 16 и фиксируются на них болтами. Преимущественно фиксация дисков 18 осуществляется только в зонах отбортовок 11. Кольцевой участок 18а поверхности диска 18, примыкающий в наружной боковой поверхности обечайки 1, позволяет отформовать крепежный фланец 17 заодно с внутренней трубой 2.

В процессе сборки оснастки секторы 7а, 7b, 7c, 7d и 7f стыкуют друг с другом своими отбортовками 11, образуя обечайку 1 с кольцевым поперечным сечением. Между соседними стыкуемыми отбортовками 11 предварительно прокладывают герметизирующие жгуты 12. Соседние отбортовки 11 скрепляют болтами и центрируют прецизионными болтами. На фланцы 15 и 16 устанавливают диски 18 и фиксируют их болтами на отбортовках 11. Наличие отверстия 19 в центральной части каждого диска обеспечивает «незамкнутость» объема внутри обечайки, создавая благоприятные условия для формования, и позволяет уменьшить вес оснастки. Предварительно по наружной стороне бортика 20 прокладывают герметизирующий жгут 21. Собранная из секторов оснастка устанавливается на технологическое основание. По наружной формообразующей поверхности 5 обечайки 1, имеющей, аэродинамическую конфигурацию, послойно укладывают предварительно пропитанный связующим полимерный композиционный материал (углепластик или стеклопластик), охватывая в процессе укладки и поверхность примыкающего к формообразующей поверхности 5 обечайки 1 кольцевого участка 18а диска 18. Формируют технологический вакуумный пакет, одним из слоев которого является перфорированная пленка 22. Пленку 22 приклеивают к герметизирующему жгуту 21. Откачивают воздух из пространства между вакуумным мешком и оснасткой. Оснастку помещают в печь, где идет процесс термо-вакуумного формования с полимеризацией композиционного материала под действием температуры. По завершении процесса формования оснастку извлекают из печи, охлаждают при окружающей температуре, снимают вакуумный пакет и отсоединяют диски и сектора.

1. Оснастка для изготовления формованием внутренней трубы проточного узла, состоящего из коаксиально установленных внутренней и наружной труб из полимерного композиционного материала, имеющих крепежные фланцы, содержащая обечайку с кольцевым поперечным сечением, разделенную на секторы по линиям, параллельным центральной оси обечайки, при этом наружная боковая поверхность обечайки является формообразующей при формовании внутренней трубы и выполнена в соответствии с конфигурацией аэродинамической поверхности внутренней трубы, отличающаяся тем, что противолежащие края обечайки, открытые со стороны ее торцов, загнуты в направлении оси обечайки с образованием опорных фланцев, боковые края секторов обечайки, проходящие вдоль разделяющих ее на секторы линий, имеют по всей высоте обечайки отбортовки, обращенные внутрь обечайки, при этом отбортовки соседних секторов состыкованы друг с другом с образованием разъемного соединения, причем обечайка выполнена из полимерного композиционного материала и дополнительно включает формообразующие элементы из полимерного композиционного материала, каждый из которых опирается на соответствующий опорный фланец со стороны торца обечайки с обеспечением фиксации и образует совместно с примыкающей к нему частью формообразующей поверхности обечайки переходный участок, служащий для обеспечения формования на этом участке крепежного фланца внутренней трубы.

2. Оснастка по п.1, отличающаяся тем, что обечайка имеет высоту, соответствующую длине внутренней трубы.

3. Оснастка по п.1, отличающаяся тем, что каждый формообразующий элемент выполнен в виде диска с отверстием в его центральной части.

4. Оснастка по п.1, отличающаяся тем, что обечайка состоит из пяти секторов.

5. Оснастка по п.1, отличающаяся тем, что в зоне стыков отбортовок секторов обечайки расположены герметизирующие жгуты.