СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК С ВНУТРЕННИМИ РАДИАЛЬНЫМИ ПОЛОСТЯМИ

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек переменного сечения для силовых конструкций с внутренними радиальными полостями.

При изготовлении оболочек из композиционных материалов осуществляют кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим ленты материала на оправку, конфигурация наружной поверхности которой соответствует конфигурации внутренней поверхности оболочки.

Известен способ изготовления оболочек, включающий кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим ленты материала на оправку (см. И.М. Буланов, В.В. Воробей. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998 г. - стр. 446-448).

Известный способ позволяет изготавливать высокопрочные оболочки с коническими и цилиндрическими поверхностями, обеспечивающие надежную работу силовых конструкций.

Однако применение этого способа для изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями требует большого расхода ленты материала при кольцевой намотке на оправку как в зоне радиальных полостей оболочки, так и между ними.

Известен способ изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями, включающий кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим угольной ленты материала на оправку с радиальными выступами (см. патент РФ №2201345).

Намотка предварительно пропитанной связующим угольной ленты материала на оправку с радиальными выступами позволяет уменьшить расход ленты материала при намотке на оправку, как в зоне радиальных полостей оболочки, так и между ними.

Однако практическое применение данного способа показало, что прочность материала оболочки в зонах радиальных полостей может быть недостаточной, при этом возможно растрескивание материала.

Известен также способ изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями, включающий кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим угольной ленты на оправку с радиальными выступами, по которому на намотанной части оболочки перед каждым выступом оправки закрепляют наматываемой угольной лентой концы ряда продольных заготовок из пропитанной связующим углеродной ткани, загибают поочередно заготовки, укладывают их консольные части на выступы оправки и заматывают угольной лентой (см. заявку РФ №2014141274), являющийся наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.

Этот способ позволяет исключить растрескивание материала путем улучшения его структуры и повышения прочности в зонах радиальных полостей оболочки.

Однако практическое применение способа показало, что процесс закрепления заготовок с последующим загибом и укладыванием на выступы оправки является сложным, трудоемким и нетехнологичным.

При закреплении заготовок нужно держать их консольные части на весу, при этом они могут прогибаться под собственным весом, особенно при значительных размерах заготовок, что затрудняет установку заготовок на пакет в требуемом положении, как в осевом направлении, так и по периметру для обеспечения совмещения оси симметрии заготовки с осью симметрии выступа оправки.

Кроме того, при закреплении заготовок возможно как соударение консольных частей закрепленных заготовок при их соприкосновении, так и их изгиб при чрезмерном расхождении относительно друг друга при вращении оправки в процессе намотки оболочки, особенно при значительной длине консольных частей заготовок.

Это затрудняет и усложняет проведение операции размещения заготовок на оболочке перед их закреплением, при этом точность установки заготовок может быть недостаточной, что в ряде случаев приводит к искажению формы поверхности оболочки в зоне радиальной полости и, соответственно, к снижению качества изготовления оболочки.

При соударении находящихся в свободном состоянии консольных частей заготовок или при их изгибе и расхождении в виде веера может происходить разбрызгивание связующего и уменьшение его содержания в материале заготовки.

Задачей данного изобретения является усовершенствование технологического процесса изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями с целью повышения качества изготовления, улучшения технологичности и повышения культуры производства.

Технический результат заключается в улучшении качества изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями за счет упрощения операции размещения и повышения точности установки заготовок при их закреплении на оболочке в процессе изготовления.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями, включающем кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим угольной ленты на оправку с радиальными выступами, по которому на намотанной части оболочки перед каждым выступом оправки закрепляют наматываемой угольной лентой концы ряда продольных заготовок из пропитанной связующим углеродной ткани, загибают поочередно заготовки, укладывают их консольные части на выступы оправки и заматывают угольной лентой, из резиновой полосы, скрепляя ее концы между собой, изготавливают пояс, внутренний диаметр которого соответствует наружному диаметру намотанной части оболочки перед выступами оправки, надевают пояс на намотанную часть оболочки перед участком закрепления концов заготовок, при закреплении заготовок последовательно помещают их консольные части внутрь пояса, после закрепления на оболочке и охватывания поясом последней заготовки поочередно извлекают из пояса консольные части заготовок для загиба, укладывания на выступы оправки и закрепления угольной лентой, после извлечения из пояса и закрепления на оболочке консольных частей всех заготовок снимают пояс с оболочки.

Применение пояса, охватывающего консольные части заготовок, позволяет повысить технологичность процесса закрепления продольных заготовок при изготовлении оболочек с внутренними радиальными полостями.

Изготовление пояса из резиновой полосы, скрепляя ее концы между собой, позволяет наиболее просто изготовить пояс необходимого диаметра и ширины и обеспечить при этом требуемую жесткость и упругость пояса.

Выполнение пояса с внутренним диаметром, соответствующим наружному диаметру намотанной части оболочки перед выступами оправки, позволяет наиболее рационально разместить внутри пояса консольные части заготовок и обеспечить их надежную временную фиксацию на оболочке.

Поочередное размещение консольных частей заготовок внутри пояса позволяет облегчить и повысить точность установки заготовок для последующего закрепления в требуемом положении.

Размещение консольных частей заготовок внутри пояса после закрепления передних частей заготовок позволяет исключить при вращении оправки в процессе намотки оболочки как соударение консольных частей заготовок, так и их чрезмерное расхождение относительно друг друга в виде веера, особенно при значительной длине консольных частей заготовок.

Устранение расхождения и соударения консольных частей заготовок позволяет исключить разбрызгивание связующего и уменьшение его содержания в материале заготовки, что важно для получения требуемой структуры материала изготавливаемой оболочки.

Поочередное извлечение консольных частей заготовок из пояса для загиба и укладывания на выступы оправки позволяет упростить процесс последовательного закрепления консольных загнутых частей после загиба на оболочке подмоткой ленты.

Сущность способа поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана оправка с частично намотанным на нее пакетом материала.

На фиг. 2 показана конфигурация заготовки.

На фиг. 3 показан пояс, изготовленный из резиновой полосы.

На фиг. 4 показана схема закрепления заготовок на пакете материала и размещения их консольных частей внутри пояса.

На фиг. 5 показана схема укладки на выступы оправки консольных частей заготовок после извлечения их из пояса.

На фиг. 6 показана оправка с окончательно намотанным на нее пакетом материала.

Изготовление оболочек с внутренними радиальными полостями предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Из угольного трикотажа марки УРАЛ-TP, пропитанного связующим марки СФ-010, вырезают по направлению основы ряд полос, из которых сшивают ленту.

Из углеродной ткани марки УРАЛ Т-22Р, пропитанной связующим марки СФ-010, вырезают по шаблону ряд продольных заготовок 1, контур которых представляет собой прямоугольник 2, сопряженный с основанием равнобедренного треугольника 3 с острым углом при вершине.

При вырезке ось симметрии (продольную ось) каждой заготовки 1 располагают по основе углеродной ткани.

На торце и боковых поверхностях прямоугольника 2 заготовок 1 выполняют продольные вырезы 4, необходимые для облегчения размещения заготовок на оболочке и придания их поверхностям требуемой формы.

Изготавливают пояс 5 из резиновой полосы, скрепляя ее концы между собой.

Проводят монтаж формообразующей конусообразной оправки 6 с радиально расположенными выступами 7.

При этом устанавливают на оправку 6 и скрепляют с ней крышку 8 и фланец 9.

Закрепляют ленту на оправке 6 у крышки 8 и осуществляют кольцевую намотку зоны I до торцевой поверхности выступов 7 оправки 6.

Наматывают зону II до толщины «b», равной половине высоты «h» радиальных выступов 7 оправки 6.

Намотку зоны II производят с образованием торцевой конической поверхности пакета за счет подгибания края ленты при ее намотке.

При этом между торцевой поверхностью полученного пакета и торцевой поверхностью выступов 7 оправки 6 образуют конической зазор с углом «α» конусности.

Надевают пояс 5 на ранее намотанный пакет оболочки в зоне I, перед цилиндрической частью намотанного пакета в зоне II.

На край намотанной цилиндрической части пакета в зоне II поочередно укладывают и закрепляют слоями 10 наматываемой ленты заготовки 1, ориентируя их вершиной треугольника 3 по направлению к выступам 7 оправки 6.

При укладывании и закреплении заготовок 1 помещают их консольные части 11 внутрь пояса 5.

При укладывании заготовок 1 совмещают ось симметрии заготовки 1 с осью симметрии выступа 7 оправки 6.

Укладывание заготовок 1 производят последовательно по периметру цилиндрической части пакета в зоне II и по высоте пакета заготовок 1.

При этом намотку лентой производят с сохранением формы зазора между торцевой конической поверхностью полученного пакета и торцевой конической поверхностью выступов 7 оправки 6 за счет подгибания края ленты при ее намотке.

После охватывания поясом 5 последней заготовки 1 наматывают лентой материала дополнительный слой 12 на уже намотанную цилиндрическую часть и на выступы 7 оправки 6.

Поочередно извлекают из пояса консольные части 11 заготовок 1, загибают в радиальном направлении и укладывают их последовательно по периметру на дополнительный слой 12 материала, заматывая слоями 13 ленты загнутые части заготовок 1, поочередно по периметру оправки 6 и по высоте пакета заготовок 1.

Затем производят намотку слоев 14 ленты на цилиндрическую часть детали до требуемого диаметра.

По завершении намотки снимают пояс 5 с оболочки и помещают оправку 6 с пакетом материала в гидроклав с эластичной диафрагмой и производят отверждение под воздействием температуры и давления рабочей среды.

Использование изобретения позволяет повысить технологичность процесса изготовления оболочек с внутренними радиальными полостями.