УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕРЖНЕВОГО ПЯТИНАПРАВЛЕННОГО АРМИРУЮЩЕГО КАРКАСА

Изобретение относится к области получения теплозащитных материалов, стойких к эрозионному разрушению при воздействии высоких температур и давлений, а более конкретно к устройствам для изготовления стержневого пятинаправленного армирующего каркаса для углерод - углеродных композиционных материалов.
Известна конструкция стержневого каркаса для композиционных материалов [1], армированная в пяти направлениях с предпочтительной прочностью по одной из осей армирования.
Известна также конструкция для сборки армирующего стержневого каркаса, описанная в патенте США US 4168337 [2] и содержащая две вертикально установленные по отношению к горизонтальной плоскости решетки, расположенные на заданном расстоянии друг от друга и выполненные в виде рамки, снабженной отверстиями для ввода стержней, формирующих каркас.
Указанная конструкция не может быть использована для изготовления пятинаправленного армирующего стержневого каркаса.
Несмотря на указанные недостатки, техническое решение, защищенное патентом US 4168337 [2], может быть принято в качестве прототипа, как наиболее близкий аналог.
Задачей настоящего изобретения является разработка устройства для изготовления стержневого пятинаправленного армирующего каркаса повышенной плотности.
Поставленная задача решается тем, что устройство для изготовления стержневого пятинаправленного армирующего каркаса для углерод - углеродных композиционных материалов включает основание, кинематически связанные с ним нижнюю перфорированную пластину и перемещающуюся в вертикальной плоскости и фиксирующуюся в заданном положении верхнюю перфорированную пластину, в отверстия которых устанавливаются стержни вертикального направления армирования, съемную ограничительную плиту, параллельные между собой и закрепляемые на нижней перфорированной пластине два съемных шаблона в форме прямоугольного треугольника с углом между основанием и гипотенузой треугольника, равным 26°40', при этом перфорация пластин выполнена в виде отверстий с диаметром, равным диаметру стержней изготовляемого каркаса, расположенных в шахматном порядке с шагом между отверстиями, равным двум диаметрам стержней каркаса, при этом перфорированные пластины параллельны друг другу, а отверстия пластин соосны.
Такая конструкция устройства позволяет изготовлять стержневые каркасы пятинаправленного армирования повышенной плотности.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется графическими материалами, где
- на Фиг.1 изображена схема пятинаправленного армирования, где I, II, III, IV, V - направления армирования;
- на Фиг.2 показан вид сверху па армирующий каркас, собранный по схеме, изображенной па Фиг.1, где «d» - диаметр стержней;
- на Фиг.3 изображен общий вид устройства для сборки армирующего каркаса в изометрии;
- на Фиг.4 показано положение устройства па стадии сборки стержней I-го (вертикального) направления армирования. Стрелкой «B» показано направление перемещения указанных стержней при сборке каркаса,
- на Фиг.5 показано положение устройства после завершения сборки стержней I-го (вертикального) направления армирования перед сборкой стержней II-го и III-го направлений армирования;
- на Фиг.6 показана стадия сборки стержней II-го и III-го направлений армирования;
- на Фиг.7 показано сечение А-А на Фиг.6;
- на Фиг.8 показана стадия сборки стержней IV-го и V-го направлений армирования;
- на Фиг.9 показана конструкция шаблонов, задающих плоскость укладки (набора) стержней второго и третьего направлений армирования.
В основе схемы пятинаправленного армирования (Фиг.1) используется параллелепипед с размерами: высота - a, основание-2a×2a. Направление армирования I параллельно линии A-B, направление II параллельно линии D-E, направление III параллельно линии H-B, направление IV параллельно линии G-C, направление V параллельно линии A-F. Угол α между плоскостью основания параллелепипеда и плоскостью BEHD определяется из соотношения , откуда α=26°40'. Собранный по указанной выше схеме каркас изображен па Фиг.2, где позициями 1, 2, 3, 4, 5 обозначены стержни соответственно I, II, III, IV, V - направлений армирования.
Стержни 1, 2, 3, 4, 5 изготовлены из углеродного волокна, скрепленного водным раствором поливинилового спирта.
Устройство для изготовления (сборки) такого каркаса состоит из основания 6 (Фиг.3) и кинематически связанных с ним нижней перфорированной пластиной 7 и перемещающейся в вертикальной плоскости и фиксирующейся в заданном положении верхней перфорированной пластиной 8. Кинематическая связь пластин 6 и 7 с основанием 6 может быть осуществлена, например, с помощью, двух скрепленных с основанием цилиндрических направляющих 9 с упором 10 в нижней части направляющих. Верхняя перфорированная пластина 8 снабжена двумя скользящими по направляющим 9 втулками 10, снабженными фиксаторами 12. Перфорация нижней и верхней пластин 7 и 8 выполнена в виде отверстий 13 и 14 соответственно с диаметром «d», равным диаметру стержней 1, 2, 3, 4, 5 изготовляемого каркаса, расположенных в шахматном порядке с шагом между отверстиями, равным двум диаметрам стержней (Фиг.3, 7). Пластины 7 и 8 параллельны друг другу, при этом отверстия 13 и 14 соосны между собой. Цилиндрические направляющие 9 в верхней части устройства соединяются между собой съемной ограничительной плитой 15. Для установки стержней 2, 3, 4, 5 II-V-го направлений армирования используются два устанавливаемых параллельно между собой и закрепляемых на нижней перфорированной пластине 7 съемных шаблона 16 (Фиг.5, 6, 7, 8, 9) в форме прямоугольного треугольника с углом «α» между основанием и гипотенузой треугольника, равным 26°40' (Фиг.1). Изготовление (сборка) стержневого пятинаправленного армирующего каркаса производится следующим образом.
В исходном состоянии (Фиг.4) съемная ограничительная плита 15 снята. Нижняя перфорированная пластина 7 устанавливается на упорах 10 в крайнем нижнем положении, а верхняя перфорированная пластина 8 для удобства сборки стержней 1 вертикального направления закрепляется фиксатором 12 на заданном расстоянии «δ» от нижней перфорированной пластины 7. После установки всего набора стержней 1 вертикального направления (Фиг.5) в отверстия 13 и 14 пластин 7 и 8 соответственно в верхней части устройства на направляющих 9 закрепляется плита 15, ограничивающая вертикальное перемещение стержней 1. Верхняя пластина 8 поднимается и фиксируется в положении, удобном для установки шаблонов 16 и последующей сборки каркаса.
После установки и закрепления на нижней перфорированной пластине 7 двух шаблонов 16 (Фиг.6 и 7) производят последовательно сборку стержней 2 и 3 II-го и III-го направлений соответственно.
После набора некоторого количества слоев стержней второго и третьего направлений (25-30) производят последовательно сборку стержней 4 и 5 IV-го и V-го направлений соответственно, показанную на Фиг.8.
Собранный с помощью патентуемого устройства армирующий каркас показан на Фиг.2.
Патентуемое устройство позволяет изготавливать стержневые каркасы пятинаправленного армирования повышенной плотности, которые могут быть использованы для получения теплозащитных материалов, стойких к эрозионному разрушению при воздействии высоких температур и давлений.
Источники информации
1. Патент US 4268560, кл. МПК B32B 5/12. Трехмерная структура, имеющая преимущественное направление армирования. Опубликован 19.05.1981 г.
2. Патент US 4168337, кл. МПК B32B 5/12. Трехмерная структура для армирования. Опубликован 18.09.1979 г.