ОПРАВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
MANDREL FOR MAKING ARTICLES FROM COMPOSITE MATERIALS

Изобретение относится к технологии изготовления деталей из композиционных материалов (КМ), а именно оболочек для силовых конструкций, преимущественно деталей сопловых блоков ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
При изготовлении деталей из КМ устанавливают каркас исходного материала на формообразующую оправку для пропитки связующим и последующего отверждения в гидроклаве.
Известна оправка для изготовления изделий из композиционных материалов, содержащая формообразующую часть, выполненную в виде полого усеченного конуса, крышку и фланец, соединенные, соответственно, с малым и большим торцами формообразующей части (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. 197, 446, 449, 452) - наиболее близкий аналог.
Известная конструкция оправки позволяет создать пакет из КМ выкладкой или намоткой на оправку исходного материала для пропитки связующим в пропиточной машине и последующего отверждения в гидроклаве.
Однако известная конструкция оправки не позволяет обеспечить требуемое качество изготовления изделий из композиционных материалов в гидроклаве с эластичной диафрагмой.
Так, при пропитке каркаса исходного материала в гидроклаве с эластичной диафрагмой, заполненной связующим, невозможно обеспечить в процессе пропитки вывод излишек связующего из полости между оправкой и эластичной диафрагмой.
Также при отверждении каркаса исходного материала на такой оправке в гидроклаве с эластичной диафрагмой затруднен в полной мере отвод летучих из каркаса, расположенного в полости между оправкой и эластичной диафрагмой.
Кроме того, затруднен съем заготовки с формообразующей части оправки после отверждения каркаса, так как, несмотря на применение различных типов антиадгезионных покрытий, сцепление каркаса с оправкой может быть значительным, особенно при изготовлении раструбов РДТТ, отверждение которых производится под воздействием повышенных температуры и давления.
При съеме отвержденного каркаса с оправки возможно частичное разрушение каркаса, например, от ударного воздействия, что не допустимо.
Таким образом, известная конструкция оправки, практически, не применима для изготовления изделий из композиционных материалов в гидроклаве с эластичной диафрагмой.
Технической задачей данного изобретения является разработка конструкции оправки, позволяющей обеспечить требуемое качество изготовления изделий из композиционных материалов в гидроклаве с эластичной диафрагмой.
Технический результат достигается тем, что в оправке для изготовления изделий из композиционных материалов, содержащей формообразующую часть, выполненную в виде полого усеченного конуса, крышку и фланец, соединенные, соответственно, с малым и большим торцами формообразующей части, фланец скреплен со съемными отжимным и прижимным кольцами, охватывающими с кольцевым зазором формообразующую часть, при этом полость, образованная между внутренней поверхностью отжимного кольца и наружной поверхностью формообразующей части, сообщена через отверстия, выполненные в ее стенке, с размещенными внутри оправки штуцерами, снабженными запорным вентилем, причем крышка скреплена с охватывающим ее периферийную поверхность кольцом, наружная поверхность которого выступает за контур формообразующей части, образуя в зоне стыка с ним уступ.
Кроме того, в отжимном кольце выполнен ряд сквозных резьбовых отверстий для вворачивания технологических винтов до упора во фланец при съеме заготовки с оправки.
Отжимное кольцо скреплено с фланцем болтами, головки которых прикрыты прижимным кольцом, скрепленным с отжимным кольцом болтами, головки которых, в свою очередь, прикрыты дополнительным кольцом, крепящимся к отжимному кольцу винтами с потайными головками.
Крышка скреплена с охватывающим ее периферийную поверхность кольцом болтами, головки которых прикрыты вторым кольцом, крепящимся к первому кольцу винтами с потайными головками.
Наличие съемного прижимного кольца позволяет надежно закрепить каркас материала у фланца оправки.
Наличие съемного отжимного кольца, скрепляемого с фланцем при установке каркаса материала и открепляемого от фланца перед съемом каркаса с оправки, позволяет при взаимодействии отжимного кольца с фланцем облегчить съем каркаса с оправки.
Установка прижимного и отжимного колец с кольцевым зазором относительно формообразующей части оправки позволяет обеспечить надежное защемление прижимным кольцом торца каркаса материала в зазоре, а также создать между формообразующей частью и отжимным кольцом полость для накопления и последующего вывода излишек связующего при пропитке или для накопления и последующего вывода летучих веществ, образующихся при отверждении.
Сообщение полости, образованной внутренней поверхностью отжимного кольца и наружной поверхностью формообразующей части, через отверстия, выполненные в стенке формообразующей части, с размещенными внутри оправки штуцерами позволяет просто и надежно обеспечить отвод летучих из каркаса КМ при отверждении и отвод излишек связующего при пропитке каркаса в гидроклаве.
Снабжение штуцеров запорным вентилем позволяет регулировать процесс отвода летучих из каркаса КМ при отверждении и отвода излишек связующего при пропитке каркаса в гидроклаве, открывая или закрывая вентиль в нужный момент.
Скрепление крышки с охватывающим ее периферийную поверхность кольцом, наружная поверхность которого выступает за контур формообразующей части, образуя в зоне стыка с ним уступ, позволяет обеспечить надежное закрепление каркаса у крышки оправки.
Выполнение в отжимном кольце ряда сквозных резьбовых отверстий для вворачивания винтов до упора во фланец при съеме каркаса материала с оправки позволяет наиболее просто отодвинуть отжимное кольцо от фланца, после снятия прижимного кольца, и, соответственно, отделить каркас от формообразующей части оправки без применения ударных нагрузок, что позволяет исключить возможность нарушения целостности каркаса.
Скрепление отжимного кольца с фланцем болтами, головки которых прикрыты прижимным кольцом, скрепленным с отжимным кольцом болтами, головки которых, в свою очередь, прикрыты дополнительным кольцом, крепящимся к отжимному кольцу винтами с потайными головками, позволяет закрыть отверстия под головки болтов и исключить недопустимое вдавливание эластичной диафрагмы в этих зонах под действием давления рабочей среды при пропитке или отверждении каркаса.
Скрепление крышки с охватывающим ее периферийную поверхность кольцом болтами, головки которых прикрыты вторым кольцом, крепящимся к первому кольцу винтами с потайными головками, также позволяет закрыть отверстия под головки болтов и исключить недопустимое вдавливание эластичной диафрагмы в этих зонах под действием давления рабочей среды при пропитке или отверждении каркаса.
На фиг.1 приведена схема оправки в сборе.
На фиг.2 приведена схема вывода излишек связующего или летучих.
На фиг.3 приведена схема взаимодействия отжимного кольца с фланцем.
Оправка для изготовления изделий из композиционных материалов содержит формообразующую часть 1, выполненную в виде полого усеченного конуса, фланец 2 и крышку 3.
Фланец 2 соединен с большим торцом формообразующей части 1 болтами 4, а крышка 3 соединена с малым торцом формообразующей части 1 болтами 5.
Оправка снабжена съемным отжимным кольцом 6 и съемным прижимным кольцом 7, скрепленными с фланцем 2, при этом кольца 6 и 7 охватывают формообразующую часть 1 с кольцевым зазором Д.
Полость, образованная между внутренней поверхностью отжимного кольца 6 и наружной поверхностью формообразующей части 1, сообщена через отверстия 8, выполненные в стенке формообразующей части 1 (фиг.2), с размещенными внутри оправки двумя диаметрально противоположно расположенными штуцерами 9, каждый из которых снабжен запорным вентилем 10.
С крышкой 3 скреплено охватывающее ее периферийную поверхность кольцо 11, наружная поверхность которого выступает за контур формообразующей части 1, образуя в зоне стыка с контуром формообразующей части 1 уступ Е.
Отжимное кольцо 6 скреплено с фланцем 2 болтами 12, головки которых прикрыты прижимным кольцом 7, скрепленным с отжимным кольцом 6 болтами 13, головки которых, в свою очередь, прикрыты дополнительным кольцом 14, крепящимся к прижимному кольцу 7 винтами 15 с потайными головками.
В отжимном кольце 6 выполнен ряд сквозных резьбовых отверстий для вворачивания технологических винтов 16 до упора во фланец 2 при съеме заготовки с оправки (фиг.3).
Кольцо 11, аналогично креплению прижимного кольца 7 к отжимному кольцу 6, скреплено с крышкой 3 болтами (на фиг. не показано), головки которых, как и головки болтов 5 крепления крышки 3 к формообразующей части 1, прикрыты кольцом 17, крепящимся к кольцу 11 винтами 18 с потайными головками.
При подготовке оправки к работе на формообразующую часть 1 с закрепленным фланцем 2 устанавливают заранее раскроенный каркас исходного материала, изготовленный методом прошивки угольной ткани типа УРАЛ-ТМ-4-22 (не показан).
Устанавливают отжимное кольцо 6, прижимное кольцо 7 и дополнительное кольцо 12, закрепляя каркас материала на формообразующей части 1 у фланца 2.
Затем устанавливают крышку 3, кольцо 11 и кольцо 17, окончательно закрепляя каркас материала на формообразующей части 1.
После чего размещают в полости оправки емкость для сбора связующего, соединяют емкость со штуцерами 9 ацетиленовыми шлангами (не показано).
Подготовленная таким образом оправка готова к применению, как при пропитке каркаса исходного материала в гидроклаве с эластичной диафрагмой, заполненной связующим, в этом случае излишки связующего в процессе пропитки удаляются в емкость, так и при отверждении пропитанного связующим каркаса материала в гидроклаве с эластичной диафрагмой, в этом случае из полости между оправкой и эластичной диафрагмой через отверстия 8 в стенке формообразующей части 1 оправки, сообщенные со штуцерами 9, удаляются летучие, образующиеся в процессе отверждения.
После проведения пропитки связующим или после отверждения каркас композиционного материала снимается с формообразующей части 1 оправки, при этом до снятия производится частичная разборка оправки, в том числе снимают кольцо 11, убирая упор Е, открепляют прижимное кольцо 7 от отжимного кольца 6 и отсоединяют отжимное кольцо 6 от фланца 2, выворачивая болты 12.
В сквозные резьбовые отверстия отжимного кольца 6 вворачивают технологические винты 16 до упора во фланец 2, при этом отжимное кольцо 6 отходит от фланца 2, воздействует на каркас материала и стремится отделить его от формообразующей части 1 оправки, что существенно облегчает и упрощает съем заготовки, прочность сцепления которой с оправкой после отверждения может быть значительной.
Практическое применение изобретения подтвердило высокую надежность работы оправки для изготовления изделий из композиционных материалов.