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, имеющих одинарную и двойную кривизну поверхности, для ракетно-космической, авиационной, судостроительной, машиностроительной, строительной промышленности и ветроэнергетики.
Из уровня техники известна выкладочная головка для выкладки волокна для типовой выкладочной машины, в которой количество индивидуальных пропитанных смолой волокон или препрегов подается в независимых друг от друга соотношениях от шпулярника для сборки и применения. Группа волокон на поверхности оправки проходит охлаждающие желоба для каждого перемещаемого волокна, что снижает их температуру и липкость к направляющим и питателям. Отрезка, зажим и механизм реверса обеспечивают операции резки и зажима путем их выполнения унифицированным ножевым лезвием и блоком зажима, а перезапуск или перерезание нити от питателя получается при участии ролика с непрерывно вращающейся катушкой с нитью, которые действуют независимо от движения волокна выкладочной головки относительно оправки. Питатели прижимают или уплотняют к оправке компактирующий башмак, а также подающие и направляющие ролики подают защитную пленку между уплотняющим башмаком и группой волокон, чтобы избежать повреждения направляющих и питателей (Патент US №005110395А, 1989 г.).
Достигаемый устройством технический результат заключается в возможности выкладки изделий из полимерных композиционных материалов путем последовательного нанесения на поверхность оправки предварительно пропитанных смолой волокон. Повышение производительности выкладки достигается за счет автоматизации процессов подачи, выкладки, уплотнения и обрезки волокон.
К недостаткам известного устройства, следует отнести его невысокие технологические возможности. Выкладочная головка для выкладки волокна не позволяет получать изделия сложной формы из полимерных композиционных материалов.
Наиболее близким решением из уровня техники по технической сути является 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 №20080083505А1, 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.
Техническая задача состоит в обеспечении возможности выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих одинарную и двойную кривизну поверхности. Выполнение этой задачи обеспечивается конструкцией уплотняющего ролика, выполненного в виде герметичного узла с оболочкой и наполнителем, функционально являющимся дополнительным уплотняющим средством. Упругая оболочка принимает форму обратную сопрягаемой поверхности и тем самым обеспечивает постоянство усилия прикатки на всей ширине ленты препрега. Применение заявляемой конструкции уплотняющего ролика позволяет увеличить производительность автоматизированной выкладки изделий и повысить работоспособность выкладочной головки.
Для достижения поставленнного технического результата в выкладочной головке для автоматизированной выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, содержащей приводной ролик, нагреватель, механизм резки ленты, прижимной и уплотняющий ролики, установленные на соответствующих валах, согласно полезной модели, 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 вязкую жидкофазную среду.
Оптимально, в качестве наполнителя использовать термостойкий гель.
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 изделия одинарной кривизны;
- на фиг.4 - схема выкладки изделия двойной кривизны.
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, механизм резки ленты 6, инфракрасный нагреватель (не показан), направляющий желоб 7 для защитной пленки 8. Указанные устройства расположены в корпусе выкладочной головки и связаны между собой последовательностью прохождения ленты препрега. Уплотняющий ролик выполнен в виде герметичного узла с оболочкой 9 и наполнителем 10, который расположен между валом 11 и оболочкой.
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, 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. Уплотняющий ролик и лента препрега нагреваются инфракрасным нагревателем (не показан). Нагрев ленты в процессе выкладки переводит связующее в вязкотекучее состояние с последующей полимеризацией и отверждением изделия. Механизм резки 6 осуществляет отрезку ленты необходимой длины с учетом траектории и величины хода выкладочной головки. По желобу 7 от ленты отводится антиадгезионная защитная пленка 8, которая наматывается на приемную шпулю для защитной пленки. Механизм сматывания защитной пленки условно не показан.
Уплотняющий ролик предлагаемой полезной модели выполнен в виде герметичного узла с оболочкой 9 и наполнителем 10, функционально являющимся дополнительным уплотняющим средством. При этом оболочка выполнена из термостойкой силиконовой резины, а в качестве наполнителя использован термостойкий гель, который расположен между валом 11 и оболочкой 9. Термостойкая силиконовая резина обладает хорошими антиадгезионными свойствами и не схватывается с материалом связующего. Укладка ленты препрега производится за счет сцепления препрега с поверхностью выкладки формы. В зависимости от вида поверхности, различают плоские формы 12 и сложнопрофильные формы с поверхностями одинарной 13 и двойной 14 кривизны. Выкладка препрегов на плоские поверхности не представляет особых трудностей. Усилие прикатки, действующее со стороны уплотняющего ролика на ленту, одинаково в каждой точке плоской поверхности. Вследствие этого, одинаковыми будут механические свойства и качество плоских изделий. Выкладка выпукло-вогнутых поверхностей известными цилиндрическими роликами не позволяет создавать одинаковое усилие прикатки ленты по ее ширине, что будет сопровождаться низким качеством таких изделий: низким сцеплением слоев, расслоениями, непроклеями и другими недостатками.
В процессе прикатки поверхностей одинарной 13 и двойной 14 кривизны наполнитель 10, 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 9 принимает форму обратную сопрягаемой поверхности и обеспечивает постоянство усилия прикатки на всей ширине ленты, вне зависимости от вида поверхности.
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, имеющих одинарную и двойную кривизну поверхности, из полимерных композиционных материалов.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, отраженная в независимом пункте формулы полезной модели, обеспечивает получение заявленного технического результата - увеличение производительности автоматизированной выкладки изделий, повышение работоспособности выкладочной головки и обеспечение возможности выкладки изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов, имеющих одинарную и двойную кривизну поверхности.
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 одинарную и двойную кривизну поверхности, увеличение производительности автоматизированной выкладки изделий и повышение работоспособности выкладочной головки.
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 сложной формы, имеющих одинарную и двойную кривизну поверхности, 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.