УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ПРЕПРЕГА, ПОДАВАЕМОГО СО ШПУЛЯРНИКА НА ВЕРТИКАЛЬНО РАСПОЛОЖЕННУЮ ОСНАСТКУ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области изготовления изделий из полимерных композиционных материалов и касается конструкции устройства, предназначенного для фиксации ленты препрега на поверхности формы послойно при укладке слоев препрега автоматизированной установкой.
Известно устройство для изготовления слоистых изделий из композиционных материалов, в котором фиксация укладываемых на поверхность формы лент препрега осуществляется с использованием пресс-формы (см. патент RU 2186684, 2002 г.). Использование в известном устройстве пресс-формы в качестве средства для фиксации лент препрега не обеспечивает необходимое качество укладки лент на формообразующей поверхности, т.к. не позволяет точно отслеживать конфигурацию этой поверхности. Неизменная форма внутренней прижимной поверхности пресс-формы не позволяет использовать устройство для укладки и фиксации лент препрега при производстве изделий из полимерных композиционных материалов с различной формообразующей поверхностью. Данное техническое решение является аналогом для обоих вариантов выполнения предлагаемого устройства.
В качестве ближайшего аналога к каждому из вариантов заявляемого устройства принято устройство для фиксации лент препрега на формообразующей поверхности изделия к выкладочной головке, содержащее прикаточный ролик, набранный из секций, и средство для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика к поверхности формы. Указанное средство для обеспечения поджатия включает установленную внутри прикаточного ролика обойму со сквозными поперечными отверстиями, в которых расположены прижимные средства по числу секций ролика, каждое из которых взаимодействует с внутренней поверхностью соответствующей секции (см. US 2007/0044922, 2007 г.). Выполнение прижимного средства в виде обоймы с расположенными в ней в качестве прижимных средств силовыми мини-цилиндрами (пневмоцилиндрами) усложняет как конструкцию известного устройства в целом, так и технологию его изготовления и сборки. Использованная в устройстве система поджатия секций ролика к формообразующей поверхности обладает значительной инерционностью, вследствие чего не обеспечивается точное отслеживание конфигурации формообразующей поверхности и снижается качество получаемого изделия. В устройстве не предусмотрена возможность обогрева прикаточного ролика и поэтому не обеспечены условия для оптимального «схватывания» лент препрега с формообразующей поверхностью.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи по созданию конструкции устройства для фиксации лент препрега на формообразующей поверхности изделий из полимерных композиционных материалов, обеспечивающей устранение указанных недостатков.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в повышении качества получаемых изделий, в упрощении конструкции устройства и технологии его изготовления и сборки, в расширении технологических возможностей.
Для достижения указанного технического результата заявляются два варианта выполнения устройства к выкладочной головке для фиксации ленты препрега на формообразующей поверхности изделия.
В соответствии с первым вариантом предлагается устройство, к выкладочной головке, для фиксации ленты препрега на формообразующей поверхности, включающее прикаточный ролик, набранный из секций, имеющих форму дисков, и средство для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности. Прикаточный ролик установлен на расположенной внутри ролика обогреваемой оси с зазором. Средство для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности содержит прижимной ролик, расположенный параллельно прикаточному ролику с возможностью обеспечения давления на его секции и выполненный из упруго-эластичного материала, и узел, создающий нагрузку на прижимной ролик.
Секции прикаточного ролика выполнены из упруго-эластичного материала или имеют наружные кольцевые обечайки из упруго-эластичного материала.
Предпочтительно прижимной ролик и секции прикаточного ролика или обечайки этих секций выполнены из силиконовой резины.
Ось, на которой установлен прикаточный ролик, выполнена полой, при этом для обогрева оси, а соответственно и прикаточного ролика, использован инфракрасный нагреватель, установленный в полости оси.
По второму варианту выполнения предлагается устройство, к выкладочной головке, для фиксации ленты препрега на формообразующей поверхности, включающее прикаточный ролик, набранный из секций, имеющих форму дисков, и средство для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности. Прикаточный ролик установлен на размещенной внутри ролика секционной оси таким образом, что каждая секция ролика расположена на соответствующей секции оси. Секции оси связаны между собой с обеспечением возможности углового разворота соседних секций относительно друг друга. Средство для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности содержит прижимной ролик, расположенный параллельно прикаточному ролику с возможностью обеспечения давления на его секции и выполненный из упруго-эластичного материала, и узел, создающий нагрузку на прижимной ролик.
Секции прикаточного ролика выполнены из упруго-эластичного материала.
Предпочтительно прижимной ролик и секции прикаточного ролика выполнены из силиконовой резины.
Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве средство для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности вынесено за пределы прикаточного ролика, появилась возможность, в соответствии с первым вариантом выполнения устройства, установить прикаточный ролик на обогреваемой оси и обеспечить тем самым нагрев ролика без нарушения условий для его нормальной работы. При этом нагрев прикаточного ролика позволит значительно повысить качество получаемого изделия, т.к. лента препрега, подходя к нагретому ролику, не будет охлаждаться, и в результате будет обеспечено надежное «схватывание» ленты препрега с формообразующей поверхностью. Установка секций прикаточного ролика на оси с зазором обеспечивает возможность копировочного отслеживания секциями конфигурации формообразующей поверхности, создавая тем самым стабильное равномерное прилегание секций под действием прижимного ролика к указанной поверхности, что обеспечивает высокое качество изделия. По второму варианту, благодаря размещению указанного средства для обеспечения поджатия за пределами прикаточного ролика, обеспечена возможность установки прикаточного ролика на секционной оси с разворачивающимися под углом относительно друг друга секциями, что обеспечивает наиболее точное отслеживание конфигурации формообразующей поверхности и, следовательно, повышает качество производимого изделия. Предлагаемое конструктивное выполнение указанного средства для обеспечения поджатия секций прикаточного ролика в виде единого прижимного ролика с одной стороны также способствует возможности вывода этого средства за пределы ролика и, с другой стороны, позволяет значительно упростить конструкцию предлагаемого устройства, а также технологию его выполнения и сборки по сравнению с устройством из ближайшего аналога. Упруго-эластичные свойства материала, из которого выполнен прижимной ролик, обеспечивают в процессе работы его мгновенную деформацию с последующим мгновенным восстановлением формы, что значительно снижает инерционность системы поджатия дисковых секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности и, следовательно, способствует дополнительному повышению качества укладки и фиксации лент препрега.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена кинематическая схема подачи лент препрега;
на фиг.2 - прикаточный ролик в разрезе для первого варианта выполнения устройства;
на фиг.3 - прикаточный ролик в разрезе для второго варианта выполнения устройства;
на фиг.4 и 5 - отдельная секция прикаточного ролика.
Предлагаемое устройство для фиксации ленты препрега является составной частью выкладочной головки установок, предназначенных для изготовления изделий из полимерных композиционных материалов. Устройство содержат прикаточный ролик 1, набранный из секций 2, и средство для обеспечения поджатий секций 2 прикаточного ролика 1 к формообразующей поверхности, определяющей конфигурацию изделий. Секции 2 выполнены в виде круглых дисков одинакового диаметра, прилегающих друг к другу своими торцевыми поверхностями (фиг.2, 3). Внутри прикаточного ролика проходит ось 3.
По первому варианту выполнения устройства (фиг.2) прикаточный ролик 1 (а следовательно, и секции 2) установлен на оси 3 с зазором 4. Благодаря такой установке, секции 2, имея возможность перемещения в плоскости, перпендикулярной оси ролика 1, плотно прилегают к формообразующей поверхности от воздействия силы прижима и обеспечивают возможность укладки препрега на поверхность с радиусом кривизны более метра.
Ось 3 прикаточного ролика выполнена полой, и в ее полости 5 расположен нагревательный элемент, например, инфракрасный нагреватель 6, обеспечивающий нагрев прикаточного ролика 1 с целью повышения надежности сцепления препрега с формообразующей поверхностью.
По второму варианту выполнения устройства (фиг.3) ось 3, на которой расположен прикаточный ролик, выполнена секционной, причем количество секций 7 оси 3 соответствует количеству секций 2 ролика 1, и каждая секция 2 ролика установлена на принадлежащей ей секции 7 оси 3. Дисковые секции 2 прикаточного ролика 1 установлены на оси 3 (т.е. на соответствующих секциях 7 оси 3) без зазора.
Секции оси 3 связаны между собой с обеспечением возможности разворота соседних секций 7, при котором соседние секции 7 могут устанавливаться под углом друг к другу, т.е. под углом к центральной оси прикаточного ролика 1 (показано пунктиром на фиг.3). Возможность такого разворота обеспечена за счет взаимодействия полусферических выступов 8 и полусферических впадин 9, выполненных на соответствующих торцах секций 7. Такое выполнение позволяет каждой имеющей возможность разворота секции 7 оси 3 мгновенно реагировать, при прокатке ролика 1, на особенности формообразующей поверхности, а установленной на секции 7 соответствующей секции 2 ролика - плотно прилегать к формообразующей поверхности от воздействия силы прижима. Полусферический торцевой выступ каждой из двух крайних секций 7 оси 3 упирается в полусферическое гнездо 10 соответствующего вала 11, установленного в подшипнике 12. Радиус полу сферического гнезда 10 превышает радиус полу сферического торцевого выступа крайней секции 7.
Для обоих вариантов диски секций 2 выполняются полностью из упруго-эластичного материала, однако, для варианта выполнения, показанного на фиг.2, диски секций 2 могут быть выполнены составными (фиг.5): из металлического посадочного диска 13 и охватывающей его снаружи кольцевой обечайки 14 из упруго-эластичного материала. В качестве упруго-эластичного материала преимущественно используется силиконовая резина, предпочтительно твердостью 80 Шор.
Секции 2 могут быть выполнены с возможностью поддержания между их торцевыми поверхностями разделительных зазоров, величина которых выбирается в диапазоне 0,2-0,75 мм. Для поддержания зазоров каждая из дисковых секций может иметь на торце цилиндрическую ступень 15 (фиг.4). Указанные зазоры поддерживают на начальном этапе некоторое расстояние между лентами препрега, исключая, тем самым, их «надвигание» друг на друга, которое приведет к получению некачественного изделия.
Средство для обеспечения поджатия секций 2 прикаточного ролика 1 к формообразующей поверхности содержит цилиндрический прижимной ролик 16 и узел, создающий нагрузку на прижимной ролик.
Прижимной ролик 16 установлен на оси 17, параллельной оси 3 прикаточного ролика 1, и находится в контакте с с прикаточным роликом 1 по всей длине образующей цилиндрических поверхностей роликов 1 и 16. Ролик 16 выполнен из упруго-эластичного термостойкого материала, благодаря чему он создает необходимую (для отслеживания конфигурации формообразующей поверхности) нагрузку на секции 2, работающие в условиях нагрева, как предусмотрено в одном из вариантов выполнения устройства. Упруго-эластичные свойства материала ролика 16 позволяют обеспечить его мгновенную локальную деформацию, создавая индивидуальное давление на каждую секцию 2, перекатывающуюся по формообразующей поверхности и реагирующую на все изменения конфигурации этой поверхности на пути следования секции 2.
В качестве узла, создающего необходимую нагрузку на прижимной ролик 16, может быть использован пружинный механизм 18 или силовой цилиндр, например, пневмоцилиндр.
Предпочтительным является выполнение прижимного ролика 16 из силиконовой резины, имеющей длительный срок службы, обладающей высокой термостойкостью, устойчивостью к многократному истиранию, антиадгезионными свойствами (неприлипаемостью).
Работа устройства показана со ссылкой на кинематическую схему движения препрега в выкладочной головке, изображенную на фиг.1
Препрег 19, заправленный в лентотракт с помощью синтетического линя, подается в приемное устройство, находящееся непосредственно у приводного устройства, состоящего из роликов 20. Далее препрег проводится к соответствующей секции 2 прикаточного ролика 1 и фиксируется. Ролики 20 имеют привод от механизма 21. Вращение роликов 20 осуществляется с постоянной скоростью сразу после подачи питания на выкладочную головку, при этом препрег не касается приводных роликов 20. В зависимости от необходимого количества лент препрега и их длины производится поджатие препрега к роликам 20 прижимным валиком 22, поступательное движение которого обеспечивается пневматическим цилиндром 23 (привод поступательного движения валика может быть выполнен и в виде электромагнита). Препрег в зависимости от заданной программы, подается к секционному прикаточному ролику 1 и отрезается ножом 24 с приводом 25. В качестве привода механизма отрезки может быть использован как пневмоцилиндр, так и электромагнит. Точность и быстрота отрезки обеспечивается двухсекционной подложкой, состоящей из жесткой части 26 с твердым покрытием и упругой части 27, имеющей возможность смещаться относительно жесткой части. После отрезки каждый препрег проходит через направляющее устройство 28 и попадает под секционный прикаточный ролик 1. На общей кинематической схеме по фиг.1 показана и схема работы устройства фиксации, включающего прикаточный ролик 1 и прижимной ролик 16. Ролик 16 под действием пружинного механизма 18 поджимается к прикаточному ролику 1, в результате чего цилиндрическая поверхность ролика 16 находится в постоянном контакте с поверхностью ролика 1, т.е. с окружной поверхностью каждой дисковой секции 2.
Прикатка различных участков препрега на выпуклые и вогнутые участки формообразующей поверхности при использовании устройства по первому варианту его выполнения происходит следующим образом. При прохождении лент препрега под соответствующими секциями 2 прикаточного ролика осуществляется давление на ленты со стороны указанных секций, которые прижимаются к лентам под действием прижимного ролика 16. При прохождении по формообразующей поверхности секции 2, в зависимости от конфигурации поверхности, перемещаются в плоскости, перпендикулярной оси ролика 1, плотно прилегая к формообразующей поверхности от воздействия силы прижима. При этом происходит мгновенная деформация того участка поверхности прижимного ролика 16, под которым находится перемещающаяся секция 2, с последующим мгновенным восстановлением формы, что значительно снижает инерционность системы поджатия дисковых секций прикаточного ролика к формообразующей поверхности. Одновременно осуществляют нагрев секций 2 прикаточного ролика от инфракрасного нагревателя 6. Благодаря этому ленты препрега, подходя к нагретым секциям ролик, не будут охлаждаться, и в результате будет произойдет надежное «схватывание» ленты препрега с формообразующей поверхностью. При использовании прикаточного ролика, выполненного в соответствии с фиг.3, секции ролика, благодаря установке их на секционной оси 3, подстраиваются под конфигурацию формообразующей поверхности. Этому способствует изменение углового положения секций 7 при их шарнирном развороте в зависимости из изменения конфигурации формообразующей поверхности. Каждая секция 7 оси 3 мгновенно реагирует при прокатке ролика 1, на особенности формообразующей поверхности. При этом установленные на секциях 7 соответствующие секции 2 ролика, деформируясь благодаря упруго-эластичным свойствам материала, из которого они выполнены, плотно прилегают к формообразующей поверхности под действием силы прижима. В обоих случаях плотность прикатки ролика 1 обеспечена прижимным роликом 16.