Способ формирования цельнотканого многослойного каркаса некруглого сечения и устройство для его осуществления
METHOD FOR FORMING A SOLID-WOVEN MULTILAYER FRAME OF A NON-CIRCULAR CROSS SECTION AND APPARATUS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области текстильной промышленности и касается формирования каркасов объемной структуры для изделий из композиционных материалов некруглого сечения.
Известен способ формирования многослойного каркаса некруглого сечения, заключающийся в формировании его путем выкладки или намотки слоев ткани по формообразующей оправке требуемого сечения, в том числе некруглого сечения, с последующим соединением слоев за счет прошивки нитью с помощью кривой иглы. [Г.М. Бутырин и др. Изучение пористой структуры, проницаемости и прочности материала марок УПА-3 и УПА-4/Новые огнеупоры, 2013 г., №6, с. 36].
Недостатком способа является то, что формируемый каркас имеет структуру 2,5d, следствием чего является недостаточно высокая межслоевая прочность композиционного материала, получаемого на основе такой структуры каркаса.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ формирования цельнотканого многослойного каркаса, заключающийся в наработке его на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке [пат. РФ №2130093, 1999 г.]. Способ обеспечивает получение на основе каркасов указанной структуры композиционных материалов с высокой межслоевой прочностью.
Однако указанный способ либо вообще не обеспечивает возможность формирования каркасов некруглого сечения, либо обеспечивает такую возможность, но не обеспечивает сохранение в них равномерного распределения волокон в поперечном сечении каркаса. И чем значительнее отличается форма их сечения от круглой, тем в большей степени проявляется в них указанный эффект.
Известно устройство для натяжения цельнотканого многослойного каркаса на формообразующую оправку, содержащее формообразующую оправку, устанавливаемую на специальное основание, захваты, служащие для закрепления концов нитей основы каркаса и соединяемые с механизмами, передающими усилие натяга на указанные нити основы (чертеж 934.7898-9165.000). В указанном устройстве механизмы, передающие усилие натяга на нити основы каркаса, выполнены в виде тяг. Данное устройство мы выбираем в качестве прототипа. (Схема его конструктивного исполнения приведена на фиг. 1).
Применяемый в данном устройстве механизм, передающий усилие натяга на нити основы каркаса, не обеспечивает возможность перетяжки каркаса с формообразующей оправки круглого сечения на оправку некруглого сечения, (а тем более посадку снятого с оправки круглого сечения каркаса на оправку некруглого сечения). Обусловлено это невозможностью создания необходимого для этого усилия натяга.
Задачей изобретения, касающейся заявляемого устройства, является создание дополнительных условий, способствующих равномерной посадке цельнотканого многослойного каркаса круглого сечения на формообразующую оправку некруглого сечения.
Общей задачей изобретений является обеспечение возможности формирования цельнотканых многослойных каркасов некруглого сечения с равномерным распределением в них волокон.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе формирования цельнотканого многослойного каркаса, заключающемся в наработке его на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке круглого сечения, в соответствии с заявляемым техническим решением, каркас нарабатывают по внутренней поверхности с периметром, равным периметру оправки некруглого сечения, оставляя от его опушки концы нитей основы длиной, необходимой для закрепления их прижимными элементами натяжного устройства, после чего с помощью указанного устройства производят посадку каркаса на формообразующую оправку требуемого некруглого сечения, осуществляя натяжение за указанные нити основы, возникающее при продвижении формообразующей оправки некруглого сечения внутрь каркаса круглого сечения.
Выполнение нарабатываемого на круглоткацкой машине каркаса круглого сечения периметром по его внутренней поверхности, равным периметру формообразующей оправки некруглого сечения, создает условия для сохранения в нем равномерного распределения волокон при переходе от круглого сечения к некруглому.
То, что от опушки каркаса оставляют концы нитей основы длиной, необходимой для закрепления их прижимными элементами натяжного устройства, создает условия для передачи усилия натяга (создаваемого натяжным устройством) в целом на каркас.
То, что с помощью натяжного устройства производят посадку каркаса на формообразующую оправку требуемого некруглого сечения, осуществляя натяжение за указанные нити основы, возникающее от продвижения формообразующей оправки некруглого сечения внутрь каркаса круглого сечения, позволяет придать каркасу требуемую форму некруглого сечения.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения появляется новое свойство: способность придать каркасу требуемую форму сечения, сохранив при этом равномерное распределение в нем волокон.
Решению поставленной задачи способствует то, что устройство для формирования тканого многослойного каркаса способом по п. 1, содержащее фланец для размещения на нем каркаса в свободном состоянии снятым с оправки или расположенного на формообразующей оправке круглого сечения, прижимные элементы, служащие для закрепления концов нитей основы каркаса на упомянутом фланце и механизм, передающий усилие натяга на указанные нити основы, в соответствии с заявляемым техническим решением, дополнительно содержит оправку некруглого сечения, выполненную с возможностью замены ею оправки круглого сечения через центральное отверстие во фланце и снабженную для этого наконечником или переходником, располагаемыми соответственно между оправкой некруглого сечения и каркасом или оправкой круглого сечения с наработанным на ней каркасом, а также одновременно являющуюся элементом натяжного устройства, а натяжное устройство кроме упомянутой оправки некруглого сечения содержит расположенный под ней ползун, устанавливаемый непосредственно на шток привода ползуна, а затем по мере посадки каркаса на оправку некруглого сечения - на вставки, размещаемые на ползуне по мере его очередного подъема, - а также направляющие связи, проходящие через отверстия в ползуне и соединяющие фланец с основанием привода и выполненные с возможностью фиксации ползуна на соответствующей высоте после очередного его подъема на высоту рабочего хода штока привода ползуна для размещения между ними очередной вставки высотой, равной высоте рабочего хода штока привода ползуна. В предпочтительном варианте конструктивного исполнения устройства в нем привод ползуна представляет собой механический или гидравлический домкрат.
То, что заявляемое устройство дополнительно содержит формообразующую оправку некруглого сечения, выполненную с возможностью замены ею формообразующей оправки круглого сечения через выполненное во фланце центральное отверстие и снабженную для этого наконечником или переходником, располагаемыми соответственно между оправкой некруглого сечения и каркасом или оправкой круглого сечения с наработанным на ней каркасом, создает предпосылки для придания каркасу требуемой формы некруглого сечения. В частности, снабжение формообразующей оправки некруглого сечения наконечником, располагаемым между оправкой некруглого сечения и каркасом (снятым с формообразующей оправки круглого сечения), создает предпосылки для придания ему требуемых размеров и формы. Снабжение же формообразующей оправки некруглого сечения переходником, располагаемым между оправкой некруглого сечения и формообразующей оправкой круглого сечения с наработанным на ней каркасом, создает предпосылки для перетяжки его с оправки круглого сечения на оправку некруглого сечения.
То, что механизм, передающий усилие натяга на указанные нити основы каркаса, содержит кроме упомянутой оправки некруглого сечения еще и ползун, устанавливаемый вначале непосредственно на шток привода ползуна, а затем - по мере посадки каркаса на оправку некруглого сечения - на вставки, размещаемые на штоке ползуна по мере его очередного подъема, обеспечивает возможность создания вначале усилия, достаточного для посадки каркаса на некоторой длине оправки, а также создает предпосылки для продолжения посадки каркаса на оставшейся длине указанной оправки. Обусловлено это возможностью выбора привода, создающего необходимое усилие. В заявляемом устройстве усилие натяга каркаса на оправку создается за счет продвижения оправки некруглого сечения с формообразующим наконечником или переходником в полость круглого каркаса.
То, что устройство содержит направляющие связи, соединяющие между собой фланец с основанием привода и проходящие через отверстия в ползуне с возможностью фиксации ползуна на соответствующей высоте после поднятия его на высоту рабочего хода штока привода для размещения между ползуном и приводом вставки высотой, равной величине рабочего хода штока привода, обеспечивает возможность продолжения посадки каркаса на оправку некруглого сечения, для чего всякий раз после поднятия ползуна на высоту очередного рабочего хода штока привода устанавливается очередная вставка.
В новой совокупности существенных признаков у объекта изобретения возникает новое свойство: способность обеспечить посадку тканого многослойного каркаса самого по себе (или размещенного на формообразующей оправке круглого сечения) на формообразующую оправку некруглого сечения.
Благодаря новому свойству облегчается решение поставленной задачи, касающейся способа формирования цельнотканых многослойных каркасов некруглой формы с равномерным распределением в них волокон, за счет создания способствующих этому дополнительных условий.
Заявляемые изобретения настолько взаимосвязаны, что образуют единый изобретательский замысел, а именно: изобретен новый способ формирования цельнотканых многослойных каркасов некруглой формы и устройство для его осуществления, благодаря чему решается поставленная задача по обеспечению возможности формирования каркасов некруглого сечения с равномерным распределением в них волокон. Это свидетельствует о соблюдении единства изобретения.
Формирование цельнотканого многослойного каркаса некруглого сечения осуществляют следующим образом. Вначале на установленной в круглоткацкую машину формообразующей оправке нарабатывают цельнотканый многослойный каркас круглого сечения, оставляя от его опушки концы нитей основы длиной, необходимой для закрепления их концов прижимными элементами натяжного устройства. Причем формируют его по внутренней поверхности периметром, равным периметру формообразующей оправки некруглого сечения. После этого с помощью указанного устройства производят посадку каркаса на формообразующую оправку требуемого сечения, осуществляя натяжение за указанные нити основы, возникающее от продвижения формообразующей оправки некруглого сечения внутрь каркаса круглого сечения.
Заявляемое устройство (для формирования цельнотканого многослойного каркаса некруглого сечения) поясняется чертежами, где на фиг. 2 и фиг. 3 приведено начальное положение элементов устройства при посадке каркаса круглого сечения на формообразующую оправку некруглого сечения соответственно снятого с формообразующей оправки круглого сечения или расположенного на ней, а на фиг. 4 и 5 - после продвижения формообразующей оправки внутрь каркаса круглого сечения при размещении его соответственно в свободном состоянии или на формообразующей оправке круглого сечения.
Устройство содержит фланец 1 для размещения на нем формообразующей оправки 2 круглого сечения или каркаса 3, снятого с формообразующей оправки 2 (т.е. находящегося в свободном состоянии), прижимные элементы 4, служащие для закрепления концов нитей основы каркаса 3 на упомянутом фланце 1, и механизм, передающий усилие натяга на указанные нити основы каркаса 3.
Кроме того, устройство дополнительно содержит формообразующую оправку 5, некруглого сечения, выполненную с возможностью замены ею оправки 2 круглого сечения, через выполненное во фланце центральное отверстие. Указанная оправка 5 одновременно является элементом натяжного устройства. Оправка 5 снабжена наконечником 6 или переходником 7, располагаемыми соответственно между оправкой 5 некруглого сечения и каркасом 3 или оправкой 2 круглого сечения с наработанным на ней каркасом 3.
В свою очередь натяжное устройство кроме упомянутой оправки 5 некруглого сечения содержит расположенный под ней ползун 8, устанавливаемый непосредственно на шток привода 9 ползуна 8, а затем по мере посадки каркаса 3 на оправку 5 некруглого сечения - на вставки 10, размещаемые на ползуне 8 по мере его очередного подъема. Кроме того, натяжное устройство содержит направляющие связи 11, проходящие через отверстия в ползуне 8 и соединяющие фланец 1 с основанием 12 привода 9 и выполненные с возможностью фиксации ползуна 8 на соответствующей высоте после очередного подъема его на высоту рабочего хода штока привода 9 ползуна 8 (см. фиг. 2 и 3) для размещения между ними очередной вставки 10 (см. фиг. 4 и 5) высотой, равной высоте рабочего хода штока привода 9 ползуна 8. В предпочтительном варианте исполнения заявляемого устройства привод 9 ползуна 8 представляет собой механический или гидравлический домкрат.
Устройство работает следующим образом. Приводят в действие привод 9 ползуна 8, а именно: поднимают его шток. При этом расположенная на ползуне 8 формообразующая оправка 5 некруглого сечения, через имеющееся во фланце 1 центральное отверстие, входит непосредственно внутрь каркаса 3 на высоту, равную высоте рабочего хода штока привода 9 (при снабжении указанной оправки 5 наконечником 6), или оправка 5 некруглого сечения входит внутрь каркаса 3, замещая собой часть высоты формообразующей оправки 2 (при снабжении оправки 5 переходником 7). Благодаря тому, что концы нитей основы каркаса 3 закреплены на фланце 1 прижимными элементами 4, при продвижении формообразующей оправки 5 некруглого сечения внутрь каркаса круглого сечения возникает усилие натяга каркаса 3 на оправку 5. Затем производят фиксацию ползуна 8 на той высоте, что образовалась после поднятия его на высоту, равную рабочему ходу штока привода 9. После этого на шток привода 9 устанавливают вставку 10.
Затем производят расфиксацию ползуна 8 и осуществляют его очередной подъем на высоту, равную рабочему ходу штока привода 9. При этом оправка 5 входит в полость каркаса еще на величину хода штока привода 9.
Производя последовательную фиксацию и расфиксацию ползуна 8 и очередной его подъем на высоту рабочего хода штока привода 9, завершают в конечном итоге посадку каркаса на формообразующую оправку 5 некруглого сечения.
При этом, если посадке на оправку 5 подвергали каркас, расположенный в свободном состоянии, то ее продвижение сопровождалось также его расширением, т.к. после снятия с формообразующей оправки круглого сечения он суживается из-за релаксации нитей утка. Для этого требовалось дополнительное усилие.
Если посадке на оправку 5 подвергали каркас, расположенный на оправке круглого сечения 2, то дополнительное усилие не требовалось, т.к. структура каркаса не претерпевала релаксацию. При этом происходила перетяжка каркаса с формообразующей оправки 2 круглого сечения на формообразующую оправку 5 некруглого сечения.
Работоспособность заявляемого устройства подтверждена при формировании каркаса прямоугольного сечения размером 108 мм × 115 мм, заявляемым способом которое осуществили на основе каркаса круглого сечения ∅124,6 мм расположенного как на формообразующей оправке, так и без таковой (т.е. находящегося в свободном состоянии). В качестве нитей утка и основы в нарабатываемом на круглоткацкой машине каркасе использовали нить УКН/5000 суммарной линейной плотностью 820 текс и нить Урал-Н/400-22А суммарной линейной плотностью 1200 текс соответственно. В обоих случаях углеродные волокна каркаса прямоугольного сечения были равномерно распределены в нем.