Оправка для намотки сложнопрофильных изделий из полимерных композиционных материалов

Изобретение относится к оправкам для изготовления армированных изделий из полимерных композиционных материалов методом намотки, и может быть использовано для получения длинномерных сложнопрофильных изделий в машиностроительной, авиационной, судостроительной, нефтегазовой и строительной промышленности. Оправка для намотки сложнопрофильных изделий из полимерных композиционных материалов содержит несущий вал 1 с осевым 2 и радиальными сквозными каналами 3 для создания вакуума, оболочку 4 из термостойкой силиконовой резины с цилиндрическими отверстиями 5 в торцевой части, порошкообразный наполнитель 6, торцевые крышки 7, эксцентриковые зажимы 8 и вакуумные клапаны 9. При реализации изобретения обеспечивается многократное использование оправки при изготовлении сложнопрофильных изделий широкой номенклатуры методом намотки, в частности, длинномерных изделий с переменным профилем, выпукло-вогнутых изделий и гофрированных труб.

Фиг.1.

Изобретение относится к оправкам для изготовления армированных изделий из полимерных композиционных материалов методом намотки, и может быть использовано для получения длинномерных сложнопрофильных изделий в машиностроительной, авиационной, судостроительной, нефтегазовой и строительной промышленности.

Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути и достигаемому результату является разборная оправка для намотки изделий из полимерных композиционных материалов. Разборную оправку применяют для изготовления замкнутых оболочек, из которых, вследствие их формы, нельзя извлечь цельную оправку (цилиндрические и сферические оболочки с днищами). В общем случае, разборная оправка состоит из трех частей, соответствующих профилированным днищам и цилиндрической части оболочки. Каждая из частей разрезана по образующей на тринадцать секторов, один из которых плоский. Части оправки, формирующие днища, устанавливаются в посадочных местах несущего вала, а затем после установки секторов цилиндрической части всю оправку закрепляют гайками. Для демонтажа оправки достаточно извлечь несущий вал и плоские секторы в каждой части, после чего остальные секторы удаляют из отвержденной оболочки через ее полюсные отверстия. Разборная оправка предназначена для многоразового использования и сравнительно легко удаляется из готового изделия. Она обеспечивает достаточную для намотки точность и жесткость намоточного узла (см. Буланов И.М., Воробей В.В. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1998. - с.197-198, прилагается).

К недостаткам известной из уровня техники разборной оправки, следует отнести ее невысокие технологические возможности. Известная разборная оправка не позволяет получать сложнопрофильные изделия из полимерных композиционных материалов с переменным профилем, выпукло-вогнутые, в том числе, гофрированные трубы. Оправка имеет избыточную конструктивную сложность и трудоемкость изготовления.

Технической задачей, на решение которой направлена заявленное изобретение, является создание конструкции оправки, обеспечивающей ее многократное использование при изготовлении сложнопрофильных изделий широкой номенклатуры методом намотки, в частности, длинномерных изделий с переменным профилем, выпукло-вогнутых изделий и гофрированных труб.

Поставленная техническая задача достигается посредством того, что оправка для намотки сложнопрофильных изделий из полимерных композиционных материалов, содержащая несущий вал и оболочку, согласно изобретению, выполнена в виде вакуумно-герметичного узла с наполнителем, функционально являющимся дополнительным несущим элементом, при этом оболочка выполнена из термостойкой силиконовой резины, а в качестве наполнителя использован порошкообразный материал, который расположен между валом и указанной оболочкой.

Оптимально в качестве наполнителя использовать мелкозернистый кварцевый песок.

Целесообразно несущий вал выполнять со сквозными каналами.

Полезная модель поясняется графическими материалами, где на фиг.1 - схема конструкции отборной оправки.

Оправка для намотки сложнопрофильных изделий из полимерных композиционных материалов содержит несущий вал 1 с осевым каналом 2 и радиальными сквозными каналами 3 для создания вакуума, оболочку 4 из термостойкой силиконовой резины с цилиндрическими отверстиями 5 в торцевой части, порошкообразный наполнитель 6, торцевые крышки 7, эксцентриковые зажимы 8 и вакуумные клапаны 9.

Оправка для калитки сложнопрофильных изделий из полимерных композиционных материалов функционирует следующим образом.

Несущий вал 1 является основной деталью конструкции разборной оправки, на которую крепятся все остальные детали. Основной функцией несущего вала является создание конструктивной прочности и жесткости оправки в процессе намотки изделия. Помимо этого, несущий вал содержит систему сообщающихся воздушных каналов, состоящую из осевого канала 2 и множества радиальных каналов 3. В каждом сечении несущий вал имеет по шесть радиальных каналов. Воздушные каналы несущего вала предназначены для создания вакуума внутри оправки и через ручные вакуумные клапаны 9 сообщаются с вакуумным насосом (не показан).

Порошкообразным наполнителем оправки является сухой мелкозернистый кварцевый песок 6. Наиболее подходящим для этих целей видом песка является формовочный кварцевый песок, применяемый для изготовления литейных форм и стрежней, с размером фракции 0,13-0,24 мм. Засыпка песка может осуществляться двумя способами: вручную через воронку в вертикальном положении оправки на встряхивающей машине, или нагнетающим пневмотранспортом с помощью воздуходувки. В обоих случаях для засыпки наполнителя оправка должна быть в полусобранном состоянии: с одной стороны оправки должна быть установлена торцевая крышка 7. Между торцевой крышкой 7 и несущим валом 1 с помощью эксцентрикового зажима 8 должна быть зажата оболочка 4. После уплотнения наполнителя в рабочем пространстве оправки, устанавливается вторая торцевая крышка 7 и поджимается своим эксцентриковым зажимом 8. При этом цилиндрические выступы крышки должны входить в отверстия оболочки. Это способствует созданию между несущим валом, оболочкой и торцевой крышкой герметичного стыка и дополнительно уплотняет песок в рабочем пространстве оправки. После сборки оправки с помощью вакуумного насоса в рабочем пространстве оправки создают вакуум и перекрывают его ручным вакуумным клапаном 9. Уровень вакуума зависит от сложности и размеров наматываемого изделия, и максимально достигает 10 мбар. Под действием вакуума порошкообразный наполнитель уплотняется до монолитного состояния и к нему притягивается оболочка. Оправка готова для намотки.

Оболочка разборной оправки изготавливается из термостойкой силиконовой резины, которая имеет хорошую упругость и низкую адгезию к материалам наматываемого изделия. Форма оболочки определяет форму наматываемого изделия 10. Применение заявляемой оправки наиболее целесообразно для намотки сложнопрофильных изделий, которые нельзя намотать на традиционных разборных оправках. После намотки и отверждения изделия, открывается любой из вакуумных клапанов 9. Порошкообразный наполнитель переходит в сыпучее состояние. После снятия торцевых крышек, наполнитель высыпают из оправки. Силиконовую оболочку извлекают из изделий вместе с несущим валом. Упругие и эластичные свойства силиконовой оболочки позволяют использовать ее для многократной намотки.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы изобретения, обеспечивает получение заявленного технического результата - получение сложнопрофильных изделий широкой номенклатуры методом намотки, в частности, длинномерных изделий с переменным профилем, выпукло-вогнутых изделий и гофрированных труб.

Анализ заявленного изобретения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата - получение сложнопрофильных изделий методом намотки, в частности, длинномерных изделий с переменным профилем, выпукло-вогнутых изделий и гофрированных труб.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для изготовления длинномерных сложнопрофильных изделий методом намотки, в частности, изделий с переменным профилем, выпукло-вогнутых изделий и гофрированных труб в машиностроительной, авиационной, судостроительной, нефтегазовой и строительной промышленности.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Оправка для намотки сложнопрофильных изделий из полимерных композиционных материалов, содержащая несущий вал и оболочку, отличающаяся тем, что она выполнена в виде вакуумно-герметичного узла с наполнителем, функционально являющимся дополнительным несущим элементом, при этом оболочка выполнена из термостойкой силиконовой резины, а в качестве наполнителя использован порошкообразный материал, который расположен между валом и указанной оболочкой.

2. Оправка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя использован мелкозернистый кварцевый песок.

3. Оправка по п.1, отличающаяся тем, что несущий вал выполнен со сквозными каналами.