УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно, оболочек вращения для силовых конструкций, например, раструбов сопловых блоков ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
При изготовлении изделий из композиционных материалов формируют пакет исходного материала, пропитывают полученный пакет связующим и помещают его в устройство для отверждения.
Известно устройство для отверждения композиционных материалов, содержащее корпус с фланцем и крышку с ответным фланцем, размещенные внутри корпуса формообразующую оправку и эластичную диафрагму, охватывающую формообразующую оправку, (см., например, И.М.Буланов, В.В.Воробей Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. -М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998 г.-стр.146-148).
Электронагреватели для нагрева композиционного материала при отверждении установлены внутри корпуса устройства и нагрев композиционного материала осуществляется воздействием температуры на его наружную поверхность (со стороны эластичной диафрагмы).
При этом нагрев слоев композиционного материала происходит неравномерно, наружные слои прогреваются более интенсивно, чем внутренние, прилегающие к формообразующей оправке, особенно при большой толщине пакета исходного материала, что снижает качество процесса отверждения.
Известно также устройство для отверждения композиционных материалов, содержащее корпус с фланцем и крышку с ответным фланцем, размещенные внутри корпуса полую формообразующую оправку и охватывающую формообразующую оправку эластичную диафрагму (патент РФ №2252141-прототип).
Внутри корпуса известного устройства размещены основные электронагреватели, а на внешней поверхности (не контактирующей с композиционным материалом) формообразующей оправки установлены дополнительные электронагреватели
В этом устройстве за счет двустороннего нагрева композиционного материала (со стороны оправки и со стороны эластичной диафрагмы) обеспечивается равномерное температурное воздействие на его слои, что повышает качество процесса отверждения.
Однако известное устройство имеет большие габариты, сложную конструкцию, для его изготовления требуются значительные затраты.
Установка основных электронагревателей внутри корпуса устройства и установка дополнительных электронагревателей на размещенной внутри корпуса оправке требуют большого количества значительных по длине кабелей для соединения с источником электроэнергии, расположенным снаружи корпуса устройства, при этом кабели проходят через стенку корпуса, что требует обеспечения герметизации корпуса в этих зонах.
При использовании жидкости в качестве рабочего тела для создания давления на наружную поверхность композиционного материала необходима защита основных и дополнительных электронагревателей от ее воздействия, что приводит к усложнению конструкции
Кроме того, в большом объеме корпуса известного устройства практически невозможно создать и поддерживать в течение процесса отверждения высокие давление и температуру, необходимые для изготовления деталей сопловых блоков РДТТ.
Технической задачей данного изобретения является создание простой, компактной конструкции устройства для отверждения композиционных материалов, не требующей значительных затрат на его изготовление, при обеспечении высокого качество процесса отверждения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для отверждения композиционных материалов, содержащем корпус с фланцем, крышку с ответным фланцем, размещенные внутри корпуса полую формообразующую оправку с кольцевым основанием и эластичную диафрагму, охватывающую формообразующую оправку, основные электронагреватели для нагрева рабочей среды и дополнительные электронагреватели для нагрева формообразующей оправки, электронагреватели размещены снаружи устройства, при этом основные электронагреватели установлены на наружной стенке корпуса, а дополнительные электронагреватели установлены на наружной поверхности фланца крышки, который выполнен шире фланца корпуса, полая формообразующая оправка размещена в корпусе с обеспечением плотного контакта ее кольцевого основания с фланцем крышки, причем величина внутреннего диаметра фланца крышки меньше величины внутреннего диаметра фланца корпуса и не превышает величину внутреннего диаметра кольцевого основания формообразующей оправки.
Установка электронагревателей на наружных поверхностях корпуса и фланца крышки, а не внутри устройства, позволяет упростить размещение и эксплуатацию электронагревателей.
При этом установка дополнительных электронагревателей на наружной поверхности фланца крышки позволяет просто, без каких-либо существенных доработок устройства, обеспечить нагрев при отверждении внутренних слоев композиционного материала со стороны оправки за счет нагрева фланца крышки, передачи тепла от нагретого фланца к контактирующему с ним кольцевому основанию оправки и нагрева всей оправки.
Расположение формообразующей оправки в корпусе устройства с обеспечением плотного контакта кольцевого основания оправки с фланцем крышки позволяет облегчить передачу тепла от фланца крышки, нагреваемого  установленными на  нем  дополнительными электронагревателями, к кольцевому основанию оправки.
Выполнение ширины фланца крышки больше ширины фланца корпуса позволяет расположить требуемое количество дополнительных электронагревателей на наружной поверхности фланца крышки.
Выполнение внутреннего диаметра фланца крышки меньше внутреннего диаметра основания формообразующей оправки позволяет максимально возможно увеличить площадь контакта основания оправки с нагреваемым фланцем крышки и тем самым уменьшить время нагрева оправки до требуемой температуры.
На фиг. показана конструктивная схема устройства.
Устройство для отверждения композиционных материалов содержит стальной корпус 1 с фланцем 2 и стальную крышку 3 с фланцем 4.
Внутри корпуса 1 размещены полая формообразующая оправка 5 с кольцевым основанием 6 и эластичная формообразующая диафрагма 7. Эластичная диафрагма 7 выполнена в виде оболочки вращения, охватывающей формообразующую оправку 5.
На наружной поверхности стенки корпуса 1 установлены электронагреватели 8 с теплоизоляцией 9 и выполнен патрубок со штуцером 10 для подачи рабочего тела внутрь корпуса 1.
На наружной поверхности фланца 4 крышки 3 установлены дополнительные электронагреватели 11 с теплоизоляцией 12.
1
2
3
Внутренний диаметр Д фланца 4 крышки 3 выполнен меньше, чем внутренний диаметр Д фланца 2 корпуса 1, и равен или меньше внутреннего диаметра Д кольцевого основания 6 формообразующей оправки 5, при этом фланец 4 крышки 3 перекрывает основание 6, обеспечивая контакт.
Фланец 2 корпуса 1 и фланец 4 крышки 3 скреплены между собой при помощи бандажного кольца 13
При подготовке устройства к работе герметично устанавливают эластичную диафрагму 7 в посадочное место корпуса 1 и закрепляют.
Устанавливают формообразующую оправку 5 с композиционным материалом в посадочное место корпуса 1 при этом эластичная диафрагма 7 будет охватывать формообразующую оправку 5.
Устанавливают крышку 3 устройства и скрепляют фланцы 2 и 4 при помощи бандажного кольца 13.
Закачивают в корпус рабочую жидкость (глицерин) и включают основные электронагреватели 8 и дополнительные электронагреватели 11.
При отверждении композиционного материала выход на требуемый температурный режим обеспечивается нагревом стенок корпуса 1 и крышки 3 устройства.
При нагреве стенок корпуса нагревается рабочая жидкость и температура передается через эластичную диафрагму наружным слоям композиционного материала.
При нагреве фланца крышки нагревается контактирующая с ним формообразующая оправка и температура передается внутренним слоям композиционного материала.
Двусторонний нагрев композиционного материала позволяет обеспечить равномерное температурное воздействие на его слои, что повышает качество процесса отверждения.
Предлагаемое устройство компактно, просто в эксплуатации и не требует значительных затрат на его изготовление.
Применение полезной модели позволило изготовить ряд особо ответственных изделий из композиционных материалов -высококачественных крупногабаритных деталей сопловых блоков ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).