Спосіб виробництва композитних деталей методом навивки з використанням розкладальника стрічки складної форми

Реферат: Спосіб виробництва композитних деталей методом навивки з використанням розкладальника стрічки складної форми здійснюють на оправках у формі поверхонь обертання, використовують багатошарову намотку, змінюють напрямок армування від одного шару до іншого. Намотку виконують за допомогою станка з розкладальником стрічки, який повторює форму поверхні оправки. UA 90633 U (54) СПОСІБ ВИРОБНИЦТВА КОМПОЗИТНИХ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДОМ НАВИВКИ З ВИКОРИСТАННЯМ РОЗКЛАДАЛЬНИКА СТРІЧКИ СКЛАДНОЇ ФОРМИ UA 90633 U UA 90633 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до машинобудування, використовується у нафтопереробній, аерокосмічній, автомобільній та сільськогосподарській галузях промисловості. Відомі декілька винаходів щодо створення покращеного намотувального станка для виробництва деталей методом намотки композитів. Зокрема, автори патенту RU 2205326 С1 (13.09.2001) вдосконалюють спосіб армування оболонки, виготовленої з композитів, для високого внутрішнього тиску. Каркас оболонки складається з комбінації груп шарів спіральних та кінцевих стрічок, орієнтованих у спіральному та окружному напрямках з відповідно розташованими односпрямованими високомодульними нитками. Система напрямних роликів та розкладальник прокладають вузьку плоску стрічку. Найближчим аналогом даної корисної моделі є спосіб виробництва труби-оболонки у вигляді тіла обертання з композитів, який викладений у патенті RU 2206971 С1 (20.02.1998). Наданий спосіб припускає багатошарову намотку композитних стрічок односпрямованих ниток у кільцевому та спіральному напрямках для створення полегшеної конструкції корпусних деталей, які застосовуються у літальних апаратах та працюють в умовах збільшених навантажень. Армування відбувається за допомогою розкладальника стрічки плоскої форми. Недоліком існуючих конструкцій є використання станків з плоскою формою розкладальника композитної стрічки при намотці на оправки у формі поверхонь обертання. Відсутність щілин та нерівностей досягається використанням вузької стрічки, великою кількістю шарів зі складними схемами армування. В основу корисної моделі поставлена технічна задача оптимізації технологічного процесу виготовлення деталей з композитів, в якому здійснюють багатошарову намотку композитів на оправки у формі тіл обертання, змінюють напрямок армування від одного шару до іншого, який відрізняється тим, що використовують станок з розкладальником стрічки, який повторює форму поверхні оправки. Наданий метод полягає у наступному. На основі моделі Монжа покажемо нову технологічну модель з розкладальником вдосконаленої форми 1,4 до даного намотувального станка. Форма розкладальника повторює частину форми поверхні оправки 2, в даному випадку - це дуга кола (Фіг. 1). Форма розкладальника гнучка, діаметр дуги змінюють за допомогою фіксуючих і затискних роликів для кожного нового шару таким чином, щоб натяг усіх ниток стрічки 3 залишався постійним в процесі укладання волокна, і цим досягалася технологічна реалізованість процесу. За допомогою даного пристрою вирішують поставлену технічну задачу, тобто оптимізують технологічний процес виробництва, зокрема точно розраховують використаний матеріал, масу отриманого виробу, виключають напусток волокон і неоднорідність товщини покриття, зменшують час накладання композиту порівняно з існуючими технологічними процесами. Розрахуємо деякі показники даного виробу з композиту. У параметричному вигляді формула тора (Фіг. 3) виглядає наступним чином:  x( ,  )  (R  r cos ) cos    y( ,  )  (R  r cos ) sin ; ,   0,2, (1) z( ,  )  r sin   Площа поверхні тора, як наслідок теореми Гюльдена, обчислюється за формулою: S  42Rr .(2) Таким чином, можна розрахувати площу використовуваного матеріалу для кожного шару, за допомогою поправки на збільшення параметра r на товщину плівки dв для кожного нового шару (Фіг. 2). Об'єм використовуваного матеріалу розраховують за допомогою формули об'єму тора: V  2r 2R2 (3) Різниця між об'ємом отриманого виробу після армування n-го шару Vn та об'ємом оправки Vo дасть шуканий об'єм композиту Vk : Vk  Vn  Vo ; (4) Vo  2r 2R 2 ; 50 Vn  2(r  dвn)2 R2 . В залежності від способу нанесення зв'язувальної речовини та її вмісту в матеріалі, що армується, розділяють кілька технологічних схем виробництва. Один з них - це "суха намотка". При цьому методі волокна спочатку насичують зв'язувальною речовиною на просочувальних станках, а остаточна полімеризація композиту відбувається в автоклавах в процесі термічної 1 UA 90633 U 5 10 15 20 25 30 35 обробки виробу. Процес армування стабільний, таким чином забезпечують бажані фізикомеханічні характеристики виробу. Даний метод найчастіше застосовують для виробництва деталей складної геометричної форми за рахунок підтримки великих значень технологічного натягу і кращого прилипання препрегу до поверхні оправки, що зменшує ймовірність прослизання волокон. Таким чином, "суха намотка" дозволяє застосовувати будь-який тип адгезиву. При армуванні методом "сухої намотки" розкладальник складної форми рухається згідно з програмою, використовуючи від трьох до п'яти, координат. Даний метод є найкращим для застосування одночасно двох пристроїв з розкладальниками неплоскої форми, особливо для накладання верхніх шарів виробів. Таким чином досягають рівність поверхні деталі, пустоти заповнють адгезивом, і процес полімеризації закінчується при термальній обробці. В результаті не витрачається час та кошти на остаточне шліфування поверхні деталі. Пристрої з розкладальниками рухаються з затримкою, щоб відреагувати одночасний запуск навивки кожного шару. Недоліком даного способу може служити той факт, що при великій кількості шарів діаметр оболонки зростає, і стрічка на n-му шарі охоплює меншу площу оправки, ніж на 1-му. Це може призвести до виникання проміжків між стрічками. Дана проблема може бути вирішена або збільшенням числа волокон на кожному новому шарі, щоб відсоток поверхні, армований композитом, залишався постійним, або в технологічний процес повинна бути включена додаткова схема намотки волокон в напрямку, що заповнює зазори між плівками. Вирішуючи дану проблему, можна зробити висновок, що при масовому виробництві виробів з композитів фіксованої неплоскої форми з поверхнями, кривини яких залишаються постійними, дана модель намотувального верстата з розкладальниками, що повторюють форму поверхні оправки, може бути використана і дати кращі технологічні показники, ніж відома модель верстата із застосуванням плоского розкладальника стрічки. Фігура 1. Модель технології укладки композитної стрічки модернізованої форми. Фігура 2. Переріз двох шарів полімерної стрічки. Фігура 3. Поверхня тору. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб виробництва композитних деталей методом навивки з використанням розкладальника стрічки складної форми, що здійснюють на оправках у формі поверхонь обертання, використовують багатошарову намотку, змінюють напрямок армування від одного шару до іншого, який відрізняється тим, що намотку виконують за допомогою станка з розкладальником стрічки, який повторює форму поверхні оправки. 2 UA 90633 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3