Выкладочная головка для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов

Полезная модель относится к выкладочным головкам для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, и может быть использована для получения изделий сложной формы для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной, строительной промышленности и ветроэнергетики. Выкладочная головка для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов включает приводной ролик 1 ленты препрега 2, прижимной ролик 3, тормозное устройство 4, уплотняющий ролик 5, деформирующий ролик 6, механизм резки ленты 7, инфракрасный нагреватель (не показан), направляющий желоб 8 для защитной пленки 9. Указанные устройства расположены в корпусе выкладочной головки и связаны между собой последовательностью прохождения ленты препрега. Деформирующий ролик выполнен в виде герметичного узла с оболочкой 10 и наполнителем 11, который расположен между валом 12 и оболочкой. На функциональной поверхности деформирующего ролика выполнен выпукло-вогнутый рельеф. При реализации полезной модели обеспечивается возможность послойной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих высокую послойную прочность на сдвиг.

Полезная модель относится к выкладочным головкам для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, и может быть использована для получения изделий сложной формы для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной, строительной промышленности и ветроэнергетики.

Из уровня техники известна выкладочная головка для выкладки термопластичной ленты на объекте, включающая в себя устройство подачи ленты с нагревателем, которое направляет ленту в зону нагрева. Зона подогрева содержит уплотняющий ролик, имеющий линейный контакт, по крайней мере, с одним подвижным нагревательным элементом. Площадь контакта ролика находится в зоне обогрева по ходу от линии контакта. Площадь ролика включает в себя множество подвижных элементов, которые могут выдвигаться подающим устройством на различные дистанции по отношению друг к другу, чтобы соответствовать форме объекта. Прокладка находится между нагретым роликом и лентой. Охлаждающий ролик установлен в зоне охлаждения по ходу от зоны подогрева. Зона охлаждения включает в себя линию охлаждающих роликов на площади охлаждения ролика. Охлаждающая прокладка устанавливается между охлаждающим роликом и лентой (Патент US 20080083505 А1, 2008 г.).

Достигаемый устройством технический результат заключается в возможности выкладки изделий из полимерных композиционных материалов путем последовательной укладки на поверхность объекта предварительно пропитанной смолой ленты. Устройство позволяет получать изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов за счет применения роликов из наборных подвижных элементов.

К недостаткам известного из уровня техники устройства, следует отнести сложность его конструкции, которая заключается в применении наборных роликов с множеством подвижных элементов. Применение наборных роликов для уплотнения пропитанных смолой материалов будет сопровождаться низкой работоспособностью устройства. Затекание смолы, имеющей ограниченное время живучести, в зазоры между подвижными частями роликов будет приводить к их схватыванию между собой. Смола будет выполнять функцию клея, что потребует частой замены роликов с целью их промывки. В связи с этим, устройство будет иметь низкую производительность. Применение роликов из наборных подвижных элементов не обеспечивает контакт роликов ко всей обрабатываемой поверхности объекта. Передача давления на ленту через металлическую прокладку уменьшает этот недостаток, но, тем не менее, устройство не позволяет получать качественные изделия сложной формы, имеющие одинарную и двойную кривизну поверхности.

Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути является выкладочная головка для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, содержащая приводной ролик, нагреватель, механизм резки ленты, прижимной и уплотняющий ролики, установленные на соответствующих валах. Уплотняющий ролик выполнен в виде герметичного узла, представляющего собой упругую оболочку с наполнителем, расположенным между валом и оболочкой, функционально являющимся дополнительным уплотняющим средством. При этом оболочка выполнена из термостойкой силиконовой резины, а в качестве наполнителя используют вязкий термостойкий гель (решение о выдаче патента на полезную модель от 01.02.2012 г. по заявке 2011149079/05(073633).

Достигаемый устройством технический результат заключается в обеспечении возможности послойной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих одинарную и двойную кривизну поверхности.

К недостаткам известного устройства, следует отнести невысокую прочность слоев на сдвиг относительно друг друга у композиционных изделий, получаемых последовательной выкладкой ленты препрега на поверхность формы.

Для достижения поставленного технического результата выкладочная головка для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, содержащая приводной ролик, нагреватель, механизм резки ленты, прижимной ролик, уплотняющий ролик, выполненный в виде герметичного узла, представляющего собой упругую оболочку из термостойкой силиконовой резины с наполнителем, согласно полезной модели, дополнительно снабжена подпружиненным деформирующим роликом, выполненным конструктивно идентичным уплотняющему ролику, и установленным в зоне последнего с возможностью воздействия на композиционный материал, при этом функциональная поверхность деформирующего ролика выполнена рельефной

Оптимально, рельеф функциональной поверхности деформирующего ролика выполнять выпукло-вогнутым.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где:

- на фиг.1 схематично представлена выкладочная головка;

- на фиг.2 - схема выкладки плоского изделия;

- на фиг.3 - схема выкладки сложнопрофильного изделия.

Выкладочная головка для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов включает приводной ролик 1 ленты препрега 2, прижимной ролик 3, тормозное устройство 4, уплотняющий ролик 5, деформирующий ролик 6, механизм 7 резки ленты, инфракрасный нагреватель (не показан), направляющий желоб 8 для защитной пленки 9. Указанные устройства расположены в корпусе выкладочной головки и связаны между собой последовательностью прохождения ленты препрега. Деформирующий ролик 6 выполнен в виде герметичного узла с оболочкой 10 и наполнителем 11, который расположен между валом 12 и оболочкой 10. На функциональной поверхности деформирующего ролика 6 выполнен рельеф, например, выпукло-вогнутым.

Выкладочная головка для автоматизированной выкладки предназначена для послойного изготовления изделий из полимерных композиционных материалов путем нанесения и уплотнения на поверхности формы ленты клеевого препрега. Клеевой препрег представляет собой композиционный материал, в котором волокнистый или тканевый наполнитель пропитан полимерным связующим, и находится в неотвержденном состоянии. К выкладочной головке препрег поступает из шпулярника (не показан), в котором он намотан на шпулю в виде рулона. Для предотвращения слипания ленты в рулоне, она покрыта антиадгезионной защитной пленкой. Лента препрега 2 сматывается со шпули устройством подачи препрега, которое состоит из приводного ролика 1 и прижимного ролика 3. Тормозное устройство 4 создает необходимое натяжение ленты. Для подачи ленты препрега приводному ролику 1 сообщают вращательное движение, а прижимной ролик 3 перемещается пневмоцилиндром до контакта с лентой. Приводной и прижимной ролики создают необходимое тяговое усилие для подачи ленты к уплотняющему ролику 5, и далее к деформирующему ролику 6, расположенному в зоне действия уплотняющего ролика 5. Деформирующий ролик 6 выполнен подпружиненным. Лента препрега, уплотняющий и деформирующий ролики нагреваются инфракрасным нагревателем (не показан). Нагрев ленты в процессе выкладки переводит связующее в вязкотекучее состояние с последующей полимеризацией и отверждением изделия. Механизм 7 резки осуществляет отрезку ленты необходимой длины с учетом траектории и величины хода выкладочной головки. По желобу 8 от ленты отводится антиадгезионная защитная пленка 9, которая наматывается на приемную шпулю для защитной пленки. Механизм сматывания защитной пленки условно не показан.

Деформирующий ролик 6 выполнен конструктивно идентичным уплотняющему ролику 5 в виде герметичного узла с оболочкой 10 и наполнителем 11, функционально являющимся дополнительным уплотняющим средством. При этом оболочка выполнена из термостойкой силиконовой резины, а в качестве наполнителя использован термостойкий гель, который расположен между валом 12 и оболочкой 10. Термостойкая силиконовая резина обладает хорошими антиадгезионными свойствами и не схватывается с материалом связующего. Укладка препрега производится за счет сцепления лент препрега с поверхностью формы и между собой. Функциональная поверхность деформирующего ролика 6 имеет выпукло-вогнутый рельеф, который, воздействуя на ленту препрега, деформирует ее таким образом, что выпукло-вогнутый рельеф воспроизводится в объеме выкладываемого изделия. Последовательно выкладываемые ленты препрега входят выпукло-вогнутыми участками друг в друга, создавая при этом высокую прочность на сдвиг у изделий, поскольку относительное скольжение слоев препрега становится невозможным.

В зависимости от вида поверхности, различают плоские формы 13 и сложнопрофильные формы 14 с различной кривизной поверхности. Термостойкий гель, расположенный между валом 12 и оболочкой 10, создает одинаковое усилие прикатки, действующее со стороны деформирующего ролика на ленту препрега. Выпукло-вогнутый рельеф функциональной поверхности деформирующего ролика 6 деформирует ленту препрега, создавая выпукло-вогнутый рельеф в объеме изделия. Известно, что слабым местом композиционных материалов является относительно низкая прочность на сдвиг. Послойная выкладка изделий с внутренней выпукло-вогнутой структурой позволяет получать изделия с высоким сцеплением слоев.

В процессе прикатки поверхностей сложной формы 14 наполнитель 11, находящийся внутри герметичной оболочки, ведет себя как вязкая жидкофазная среда, и перемещается в зазоре между оболочкой и валом в направлении наименьшего сопротивления. При этом упругая оболочка 10 принимает форму обратную сопрягаемой поверхности, обеспечивает постоянство усилия прикатки на всей ширине ленты, а за счет выпукло-вогнутого рельефа функциональной поверхности деформирующего ролика 6 обеспечивается получение изделий с высоким сцеплением слоев.

Поверхности одинарной и двойной кривизны наиболее часто встречаются у изделий из композиционных материалов, применяющихся в авиационной и ракетно-космической технике. Выкладка таких изделий представляет собой весьма трудоемкий процесс и в настоящее время, чаще всего, осуществляется вручную. Предлагаемая полезная модель позволяет осуществить автоматизированную выкладку качественных изделий сложной формы с высокой прочностью на сдвиг из полимерных композиционных материалов.

Техническая задача состоит в обеспечении возможности послойной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих высокую прочность на сдвиг. Выполнение этой задачи обеспечивается конструкцией выкладочной головки, которая дополнительно снабжена подпружиненным деформирующим роликом, выполненным конструктивно идентичным уплотняющему ролику, и установленным в зоне последнего. Функциональная поверхность деформирующего ролика имеет выпукло-вогнутый рельеф, который, воздействуя на ленту препрега, деформирует ее таким образом, что выпукло-вогнутый рельеф воспроизводится в объеме выкладываемого изделия. Последовательно выкладываемые ленты препрега входят выпукло-вогнутыми участками друг в друга, создавая при этом высокую прочность на сдвиг у изделий, поскольку относительное скольжение слоев препрега становится невозможным.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - обеспечение возможности послойной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих высокую прочность на сдвиг.

Анализ заявленной полезной модели 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 - обеспечения возможности выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих высокую прочность на сдвиг.

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 автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, и может быть использована для получения изделий, имеющих сложную форму, для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной, строительной промышленности и ветроэнергетики.

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, 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 «промышленная применимость» по действующему законодательству.

1. Выкладочная головка для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, содержащая приводной ролик, нагреватель, механизм резки ленты, прижимной ролик, уплотняющий ролик, выполненный в виде герметичного узла, представляющего собой упругую оболочку из термостойкой силиконовой резины с наполнителем, отличающаяся тем, что она снабжена подпружиненным деформирующим роликом, выполненным конструктивно идентичным уплотняющему ролику и установленным в зоне последнего с возможностью воздействия на композиционный материал, при этом функциональная поверхность деформирующего ролика выполнена рельефной.

2. Выкладочная головка по п.1, отличающаяся тем, что рельеф функциональной поверхности деформирующего ролика выполнен выпукло-вогнутым.