Болт из композитного материала

Область техники
Полезная модель относится к устройствам для соединения композитных конструкций и может использоваться при сборке резьбовых соединений.
Уровень техники
Известна армированная волокном композитная гайка (патент CN 111169038. Опубликовано 2020-01-03), содержащий внутреннее ядро и композитную обмотку, обмотанную вокруг внешней стороны внутреннего сердечника, причем внутреннее ядро образуется прессом из одного или нескольких перекрывающихся слоев волокнисто-тканевого препрег-материала, а композитная обмотка получается из одного или нескольких перекрывающихся слоев непрерывного волокнистого препрегного материала или волокнисто-тканевого препрегного материала после отверждения, а волокна, используемые для непрерывных волокон и/или волоконно-ткани, содержат один или смесь двух или более стеклянных волокон, базальтовые волокна, полиэфирные волокна, арамидные волокна и углеродные волокна.
Недостатком известного устройства является низкая устойчивость резьбового болтового соединения.
Известно наиболее близкое устройство непрерывный болт из композитного материала из углеродного волокна (патент CN 111621119, Опубликовано 2020-09-04), характеризуется тем, что непрерывные углеродные волокна используются в качестве армирующего тела непрерывного болта композитного материала углеродного волокна, имидазоловая эпоксидная смола используется в качестве матрицы для приготовления препрега, препрег получают из 60-70% непрерывных углеродных волокон, 20-30% имидазоловой эпоксидной смолы и 5-15% отверждающего агента в процентах по массе, и непрерывный болт из композитного материала из углеродного волокна образуется путем отверждения препрега.
Недостатком наиболее близкого устройства является низкая устойчивость резьбового болтового соединения.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является повышение устойчивости резьбового соединения за счёт улучшения жесткости эпоксидных композитов.
Настоящий технический результат достигается в устройстве болт из композитного базальтового материала, содержащем шестигранную головку и стержень с гладкой и резьбовой частями, при этом болт выполнен из композитного материала, включающего базальтовую основу в виде волокна, пропитанную связующими смолами, шестигранная головка сформирована штампом из нагретой заготовки, причем базальтовая основа в виде волокна, пропитанная связующими смолами, выполнена с добавлением базальтового порошка, предварительно перемешанного в смоле.
Отличительными признаками являются
базальтовая основа в виде волокна, пропитанная связующими смолами, выполнена с добавлением базальтового порошка, использование такого материала повышает устойчивость резьбового соединения за счёт улучшения жесткости эпоксидных композитов путем сочетания базальтовых волокон с базальтовым порошком [3];
предварительное равномерное перемешивание базальтового порошка в связующей смоле, это сохраняет устойчивость резьбового болтового соединения за счет жесткости гибридных эпоксидных композитов.
Сравнение заявляемого решения с аналогами и прототипом не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение, это позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна».
Краткое описание чертежа
На фигуре приведен фронтальный вид болта, включающий 1 - тело болта из композитного материала с базальтовой основой, пропитанной связующими смолами с добавлением базальтового порошка; 2 - головку болта; 3 - гладкую часть стержня; 4 - резьбовую часть стержня болта.
Осуществление полезной модели
Основным сырьем для производства болта из композита является базальторовинг. Кроме этого, для изготовления болта из композита требуется: смолы; намоточный жгут (базальторовинг, который идет на обмотку стержня болта для создания резьбы); спирт этиловый; ацетон; дициандиамид; базальтовый порошок, полученный из базальтовой крошки путем перемалывания её в планетарной шаровой мельнице АГО-2С и просеивания фракции до 100 мкм. Технология производства болта из композитного материала заключается в следующем. Нити ровинга со специального устройства (шпулярника) поступают на механизм натяжения, в котором они располагаются в соответствующем порядке. Скомпонованные в нужном порядке нити проходят стадию сушки и предварительного подогрева горячим воздухом. Подогретый ровинг погружают в пропиточную ванну со смолой, предварительно равномерно перемешанной с базальтовым порошком в миксере. Непрерывный, пруток пропускается через протягивающий механизм, на выходе из которого производится резка прутка согласно заданному размеру. После ванны материал протягивают через фильеру для получения тела болта 1 заданной площади поперечного сечения стержня и его длины с учетом формирования шестигранной головки 2 штампом из нагретой заготовки. Профилирующая фильера может быть выполнена, например, в виде разъемной стальной конструкции, состоящей из двух прямоугольников с отфрезерованной и обработанной канавкой полу фигуры по длине каждой части, которые при смыкании образуют поверхность в виде круга, соответствующей площади целевого устройства.
При производстве болта из композита используют трехпозиционный автоматический пресс. Горячую штамповку заготовки головки болта 2 ведут в три позиции технологических переходов. На первой штамповочной позиции производят калибровку заготовки и начинают формирование головки болта 2. Начиная со второй штамповочной позиции, идет формирование головки болта 2 внешнего шестигранника с фаской ребром гранью и продолжается формирование за гладкой частью 3 стержня резьбовой части стержня болта 4. На третьей штамповочной позиции завершается формирование части стержня под резьбу в заготовке болта. Для работы накатником стержень выполняют по среднему диаметру резьбы. Накатник имеет заборный конус с таким же профилем, если смотреть с торца, и с полной высотой резьбы. Резьбу выполняют накатником выдавливанием.
Подготовленный болт проходит в туннельную печь, предназначенную для ускорения процесса полимеризации пропиточных смол. Горячий болт отправляется в охлажденную ванную, где под проточной водой он полностью охлаждается. Охлажденные болты на токарном автомате проходят калибровку резьбы.
Заявляемое устройство повышает устойчивость резьбового соединения при его эксплуатации и исключает возможное его ослабления.
Источники информации
1. Патент CN 111169038. Опубликовано 2020-01-03;
2. Патент CN 111621119, Опубликовано 2020-09-04;
3. Гибридное влияние базальтовых волокон и базальтового порошка на термомеханические свойства эпоксидных композитов. Композиты, часть B: Машиностроение, том 125, 2017, стр. 157-164.