ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, СИСТЕМА И СПОСОБ ФОРМОВКИ С ПЕРЕНОСОМ СМОЛЫ
DEVICE, SYSTEM AND PROCEDURE FOR MOULDING WITH TRANSFER OF RESIN

Область техники
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию приспособления для способа формовки с переносом смолы (для RTM способа), к системе, которая содержит приспособление для RTM способа, и к RTM способу, а в частности, к приспособлению, которое содержит встроенную в него (объединенную с ним) ловушку для смолы.
Предпосылки к созданию изобретения
RTM способы представляют собой способы формовки с переносом смолы, которые применяют для изготовления компонентов из армированного волокнами композиционного материала. Такие способы, в частности, являются предпочтительными для изготовления, в промышленном масштабе, компонентов с низким отношением поверхности к объему. Такие способы подходят для изготовления компонентов высокого качества с высоким объемным содержанием волокон, с хорошей воспроизводимостью и низкой пористостью.
Существует необходимость в создании приспособления для осуществления RTM способов, в создании RTM способа и системы, которая содержит приспособление для осуществления RTM способов, которые отвечают современным требованиям.
В соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, указанная необходимость может быть удовлетворена за счет создания приспособления для осуществления способа формовки с переносом смолы, причем указанное приспособление содержит полость, ловушку для смолы и переходную область, при этом указанная полость выполнена так, что в нее может быть введен компонент. Более того, ловушка для смолы встроена в приспособление, а переходная область выполнена так, что за счет нее может быть создано соединение между полостью и ловушкой для смолы.
Система для осуществления способа формовки с переносом смолы содержит описанное выше приспособление в соответствии с настоящим изобретением, насос и контейнер для хранения (смолы), причем насос соединен с выходным соединителем ловушки для смолы, при этом контейнер для хранения соединен с входным соединителем полости.
Способ формовки с переносом смолы предусматривает введение компонента в полость приспособления, подачу смолы в полость указанного приспособления и создание повышенного давления в ловушке для смолы, которая встроена в приспособление и сообщается с полостью. Указанное давление преимущественно является избыточным давлением.
Основная идея настоящего изобретения заключается в том, что ловушка для смолы приспособления для осуществления способа формовки с переносом смолы (RTM способа) встроена в приспособление. Другими словами, ловушка для смолы является частью самого приспособления. Таким образом, ловушка для смолы не является внешней ловушкой для смолы, как в известных ранее устройствах, а является внутренней ловушкой для смолы.
За счет использования приспособления в соответствии с настоящим изобретением можно исключить внешний соединитель для подачи смолы, который в известных ранее устройствах необходим для соединения полости приспособления с ловушкой для смолы. За счет этого снижается вероятность возникновения проблем с уплотнением за счет загрязнения уплотнительных элементов. Так как больше нет необходимости в создании внешней ловушки для смолы, можно также обойтись без других соединительных элементов, таких как, например, шланги и зажимы для шланга, которые часто представляют собой компоненты одноразового пользования, так что их исключение приводит к экономии материалов. Более того, при этом можно исключить чистку стыковочных деталей, например, шлангов, зажимов или других внешних деталей, которую проводят вручную или автоматически. Аналогично, потребление смолы может быть снижено, так как не требуются, например, дополнительные количества смолы для заполнения входных труб, что необходимо в известных ранее RTM способах. За счет указанных упрощений повышается эффективность RTM способа в целом, появляется возможность его автоматизации и снижается вероятность ошибок, что ведет к повышению надежности.
За счет приспособления в соответствии с настоящим изобретением можно решить проблемы, связанные с известным уровнем техники. В частности, можно исключить трудную стыковку линий для подачи смолы, которая часто создает проблемы уплотнения, например, за счет закупорки смолой этих линий, в результате чего снижается надежность известных ранее приспособлений. Более того, за счет использования приспособления в соответствии с настоящим изобретением можно обойтись без некоторых внешних деталей, которые дополнительно требуют проведения очистки.
Другие задачи, варианты и преимущества настоящего изобретения отражены в других независимых пунктах формулы изобретения и в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с другим примерным вариантом, приспособление дополнительно содержит прессформу и крышку прессформы, причем прессформа и крышка прессформы выполнены так, что когда соединяют указанные прессформу и крышку прессформы, образуется полость и/или ловушка для смолы и/или переходная область.
Конструкция приспособления в том варианте, когда оно содержит прессформу и крышку прессформы, является особенно эффективной для образования полости, в которую легко может быть введен компонент.В такой схеме расположения, компонент легко может быть введен в полость и, после завершения RTM способа, легко может быть удален из указанной полости. Аналогично, последующая чистка может быть упрощена в конструкции приспособления, содержащей две детали.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, переходная область содержит разделительный элемент, причем разделительный элемент расположен между полостью и ловушкой для смолы и выполнен так, что он по меньшей мере частично входит в область соединения между полостью и ловушкой для смолы, таким образом, что область соединения между полостью и ловушкой для смолы может быть закрыта, по меньшей мере частично. Разделительный элемент преимущественно выполнен так, что он образует переходную область в виде сифона.
За счет создания переходной области в виде сифона можно обойтись без некоторых (внешних) элементов, например, без (внешнего) запорного вентиля, которые используют в известных ранее устройствах. За счет этого образуется экономия, связанная со стоимостью таких элементов и со стоимостью их чистки. Более того, за счет этого снижается число источников возможных ошибок (погрешностей).
В соответствии с еще одним примерным вариантом, разделительный элемент выполнен в крышке прессформы и/или в прессформе. Другими словами, разделительный элемент может быть выполнен целиком в крышке прессформы, целиком в прессформе (в нижней части прессформы), или частично в крышке прессформы и частично в прессформе.
Выполнение разделительного элемента в крышке прессформы (то есть в верхней части приспособления) и/или в прессформе (в нижней части прессформы), то есть в нижней части приспособления, является эффективным путем отделения полости, по меньшей мере частично, от ловушки для смолы.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, разделительный элемент представляет собой запорный вентиль.
Выполнение разделительного элемента как запорного вентиля может быть особенно эффективным путем прерывания соединения между незаполненным пространством или полостью и ловушкой для смолы.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, приспособление дополнительно содержит соединитель управления, позволяющий управлять разделительным элементом.
Этот вариант, в частности, является предпочтительным в том случае, когда разделительный элемент выполнен как запорный вентиль. В этом случае за счет использования соединителя управления можно эффективно управлять запорным вентилем специфическим образом.
В соответствии с еще одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, соединитель управления позволяет соединять электрические и/или пневматические линии. Более того, при этом разделительный элемент может быть выполнен с возможностью электрического и/или пневматического управления.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, ловушка для смолы содержит выходной соединитель, причем указанный выходной соединитель преимущественно выполнен так, что его можно подключать к насосу.
Соединение ловушки для смолы с насосом является эффективным путем всасывания смолы в полость приспособления. После введения смолы в полость и, следовательно, на/ в компонент, расположенный в полость, насос может быть использован для создания повышенного давления в ловушке для смолы. Преимущественно, насос позволяет создавать как отрицательное давление (вакуум), так и положительное давление.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, полость содержит входной соединитель. При помощи этого входного соединителя можно подавать смолу в полость, например, за счет отрицательного давления и/или за счет положительного давления.
Далее описаны примерные варианты системы с приспособлением для осуществления RTM способа. Варианты, которые описаны в контексте системы, применимы также для приспособления, предназначенного для осуществления RTM способов, и для RTM способа.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, система дополнительно содержит блок управления, который выполнен так, что он контролирует давление в ловушке для смолы.
За счет создания блока управления, который контролирует давление в ловушке для смолы, можно упростить подачу смолы в полость приспособления, например, если создать отрицательное давление в ловушке для смолы. После заполнения полости смолой, блок управления может подавать сигнал для повышения давления в ловушке для смолы, что позволяет исключить внешний запорный вентиль, который необходим в известных ранее устройствах. Для этого блок управления может подавать сигнал для создания противодавления в ловушке для смолы, что предотвращает дальнейшее поступление смолы из полости в ловушку для смолы.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, блок управления выполнен так, что во время фазы выдержки давления он поддерживает постоянным уровень смолы в ловушке для смолы. Преимущественно, блок управления дополнительно выполнен так, что он поддерживает давление в ловушке для смолы во время фазы отверждения.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, система дополнительно содержит управляющий элемент, причем управляющий элемент выполнен так, что он управляет разделительным элементом. В такой схеме построения, разделительный элемент преимущественно представляет собой запорный вентиль, которым управляет пневматически и/или электрически управляющий элемент.
Далее описаны примерные варианты RTM способа. Варианты, описанные в контексте RTM способа, также применимы к приспособлению для осуществления RTM способа и к системе, которая содержит приспособление для осуществления RTM способа.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, RTM способ дополнительно предусматривает повышение давления в ловушке для смолы, причем это повышение осуществляют так, что уровень смолы в ловушке для смолы остается постоянным.
Повышение давления в ловушке для смолы может быть эффективным путем предотвращения дальнейшего поступления смолы из полости в ловушку для смолы, за счет чего, в соответствии с примерным вариантом изобретения, можно обойтись без внешнего запорного вентиля или другого запорного механизма, необходимого в известных ранее устройствах.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, RTM способ дополнительно предусматривает поддержание давления в ловушке для смолы во время фазы отверждения.
Приспособление и/или система в соответствии с примерным вариантом настоящего изобретения могут быть использованы, например, для изготовления компонента для летательного аппарата.
Следует иметь в виду, что характеристики или операции, которые были описаны со ссылкой на один из приведенных здесь выше примерных вариантов или со ссылкой на один из приведенных здесь выше аспектов настоящего изобретения, могут быть использованы в сочетании с другими характеристиками или операциями других приведенных здесь выше примерных вариантов или аспектов настоящего изобретения.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается приспособление, которое содержит объединенную с ним (встроенную в него) ловушку для смолы. За счет объединенной схемы размещения такой ловушки для смолы можно исключить использование соединителей и соединительных линий, в результате чего упрощается конструкция приспособления и/или системы для осуществления RTM способа. Между полостью и объединенной ловушкой для смолы может быть установлен разделительный элемент, который может быть выполнен в виде запорного вентиля или запорного клапана. За счет использования подходящей геометрической формы приспособления или полости, например, с большим отношением поверхности к объему, можно исключить любую экзотермическую реакцию, которая может протекать при некоторых обстоятельствах в ходе отверждения смолы, или можно по меньшей мере частично ослабить влияние такой экзотермической реакции. Альтернативно, разделительный элемент может также образовывать переходную область в виде сифона, которая может быть использована в качестве запорного механизма, если давлением в ловушке для смолы управлять так, чтобы дополнительная смола не могла поступать в ловушку для смолы через переходную область. Это может быть осуществлено, например, за счет приложения избыточного давления.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематично показана система для осуществления RTM способа.
На фиг.2 схематично показано приспособление в соответствии с первым примерным вариантом настоящего изобретения.
На фиг.3 схематично показана система для осуществления RTM способа.
На фиг.4 схематично показано приспособление в соответствии со вторым примерным вариантом настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 схематично показана система 100 для осуществления способа формовки с переносом смолы (RTM способа), которая содержит приспособление 101 с крышкой 102 прессформы и прессформой 103. На фиг.1 также схематично показан компонент 104, который введен в приспособление 101 и который упрочняют за счет использования смолы. Приспособление 101 содержит входной соединитель 105, с которым соединен шланг (труба) 106 с подогревом для смолы, дополнительно соединенный с герметичным контейнером 107, который может быть заполнен предварительно подогретой смолой из транспортного контейнера 108. Более того, система 100 содержит поршень 109 приложения давления, который при вводе в герметичный контейнер 107 создает повышенное давление смолы, находящейся в герметичном контейнере 107, так что она может быть принудительно подана через шланг 106 с подогревом в приспособление 101.
Приспособление 101 дополнительно содержит винт 110 для закрывания, при помощи которого приспособление 101 может быть закрыто, то есть при помощи которого крышка 102 прессформы и прессформа 103 могут быть прочно соединены друг с другом. Более того, приспособление содержит выходной соединитель 111, с которым может быть соединен шланг 112 для смолы. Шланг 112 для смолы соединен с ловушкой 113 для смолы и содержит запорный вентиль 114, который используют для закрывания шланга 112 для смолы. Кроме того, ловушка 113 для смолы соединена с вакуумным насосом 116 при помощи воздушного шланга 115.
RTM способ, который может быть осуществлен с использованием показанной на фиг.1 системы 100, содержит следующие операции способа.
Компонент 104, например, упрочняющие волокна, которые разрезаны под размер, вводят в приспособление 101. Затем приспособление 101 закрывают при помощи винта 110 для закрывания и герметизируют. В следующей операции подсоединяют входную трубу 106 для смолы и воздушный шланг 115, при помощи которого создают вакуум. За счет приложения вакуума происходит перенос (перемещение) смолы из внешнего контейнера для хранения, то есть из герметичного контейнера 107, который в этот момент связан с атмосферой, в приспособление 101, где находится компонент 104. Любое закупоривание вакуумного насоса 116 смолой, вытекающей из приспособления 101, исключается за счет внешней ловушки 113 для смолы, которая расположена выше по ходу от вакуумного насоса 116.
В фазе выдержки давления, которая не является обязательной, за счет повышения давления смолы уменьшается размер пор в компоненте. Для этого закрывают запорный вентиль 114, расположенный между приспособлением 101 и ловушкой 113 для смолы, и количество смолы, которая находится в герметичном контейнере 107, сжимают при помощи поршня 109 или при помощи сжатого воздуха. Отверждение смолы, то есть образование поперечных связей в смоле, происходит при подводе теплоты, что схематично показано стрелками 117 на фиг.1. После завершения отверждения удаляют (вынимают) компонент 104. После чистки приспособления 101 в него может быть введен новый компонент.
Далее со ссылкой на фиг.2 описано приспособление в соответствии с первым примерным вариантом настоящего изобретения. Приспособление 200 содержит прессформу 201 или элемент прессформы (нижнюю часть прессформы) и крышку 202 прессформы (верхнюю часть прессформы), которые (при соединении) образуют первую полость или незаполненное пространство 203, переходную область 204 и вторую полость 205, которая образует ловушку для смолы. В крышке 202 прессформы предусмотрен разделительный элемент 206, который выполнен так, что в переходной области 204 он образует область соединения в виде сифона между полостью 203 и ловушкой 205 для смолы. Для создания этой области соединения в виде сифона или U-образной области соединения, прессформа 201 содержит углубление, в которое частично заходит разделительный элемент 206. В этой схеме построения, введенный в углубление разделительный элемент 206 образует сифон 210.
Более того, приспособление 200 содержит входной соединитель 207, который соединен с первой полостью 203, причем при помощи входного соединителя 207 смола может быть подана в первую полость 203. Кроме того, приспособление 200 содержит выходной соединитель 208, который соединен с ловушкой 205 для смолы и выполнен так, что его можно соединять с насосом. Более того, на фиг.2 схематично показан компонент 209, обработку которого производят с использованием RTM способа.
Разделительный элемент 206 также может быть выполнен как элемент нижней части 201 приспособления, при этом будет только один соединительный канал между ловушкой 205 для смолы и компонентом 209. Разделительный элемент 206 также может быть выполнен частично как элемент верхней части 202 приспособления и частично как элемент нижней части 201 приспособления.
Далее со ссылкой на фиг.3 описана система с приспособлением для осуществления RTM способа. Система 300 содержит приспособление 200, показанное на фиг.2, и дополнительно содержит входную трубу 311, которая соединена с входным соединителем 207. Кроме того, входная труба 311 соединена с контейнером 312 для хранения, в котором находится смола 313. В контейнере 312 для хранения может быть создано избыточное давление, например, при помощи поршня 314. Избыточное давление может быть создано, например, при помощи насоса.
Более того, система 300 содержит выходную трубу 315, которая соединена с выходным соединителем 208. Кроме того, выходная труба 315 соединена с насосом 316, который выполнен так, что он может создавать давление в ловушке 205 для смолы при помощи выходной трубы 315. С одной стороны, это давление может быть отрицательным давлением (вакуумом), причем за счет приложения отрицательного давления смола 313 может всасываться из контейнера для хранения 312 через входную трубу 311 в полость 203. С другой стороны, это давление может быть избыточным давлением или противодавлением, которое, когда ловушка для смолы заполнена, не позволяет поступать в нее дополнительной смоле и позволяет создать запорный элемент между полостью 203 и ловушкой 205 для смолы.
Более того, система 300 содержит блок 317 управления, который при помощи первой линии 318 связи соединен с ловушкой 205 для смолы, а при помощи второй линии 319 связи соединен с насосом 316. Блок 317 управления выполнен так, что он контролирует и/или регулирует давление, приложенное к ловушке 205 для смолы. Для этого измеряют давление в ловушке 205 для смолы и, в зависимости от измеренного давления и от желательного давления, блок управления 317 подает сигнал управления на насос 316.
Далее описано, как система, описанная со ссылкой на фиг.3, может быть использована для осуществления RTM способа. Компонент 209, например, упрочняющие волокна, которые разрезаны под размер, вводят в полость 203 приспособления 200. После этого приспособление 200 закрывают и герметизируют. В следующей операции входную трубу 311 для смолы соединяют с входным соединителем 207, и, кроме того, выходную трубу 315, например, воздушный шланг, соединяют с выходным соединителем 208. За счет вакуума, приложенного при помощи воздушного шланга 315, или за счет избыточного давления, приложенного к одной из входных труб 311, смола 313 всасывается, перекачивается или принудительно направляется из внешнего контейнера 312 для хранения в полость 203. При поступлении смолы во внутреннюю ловушку 205 для смолы, в указанной ловушке 205 для смолы создается избыточное давление за счет созданного насосом 316 противодавления, в результате чего дальнейшее поступление смолы в ловушку 205 для смолы снижается или прекращается, так что насос 316 будет защищен от любого поступления в него смолы. После этого, возможно, может быть осуществлена так называемая фаза выдержки давления, во время которой поддерживают избыточное давление в полости, в результате чего размер пор в компоненте 209 уменьшается. Если используют такую фазу выдержки давления, то противодавление, за счет которого создано избыточное давление в ловушке для смолы, регулируют, например, увеличивают, так что уровень смолы в ловушке 205 для смолы остается постоянным. Для этого, в области ловушки 205 для смолы преимущественно закрепляют датчик, который соединен с блоком 317 управления при помощи первой линии 318 связи и подает сигналы измерения на блок управления. При поступлении сигналов измерения, блок управления 317 вырабатывает сигналы управления, которые направляют на насос 316 по второй линии 319 связи, для управления насосом 316.
Затем происходит отверждение смолы в полости 203. Такое отверждение происходит при подводе теплоты. После завершения отверждения, компонент 209 может быть удален, прессформа 201 может быть очищена и новый компонент может быть введен в нее.
Далее со ссылкой на фиг.4 описано приспособление в соответствии со вторым примерным вариантом настоящего изобретения. Приспособление 400 содержит прессформу 401 или элемент прессформы и крышку 402 прессформы, которые выполнены так, что они образуют первую полость 403, переходную область 404 и вторую полость 405, которая представляет собой ловушку для смолы. В крышке 402 прессформы предусмотрен разделительный элемент 406, который выполнен так, что в переходной области 204 он создает частичное разделение полости 403 от ловушки 405 для смолы, в результате чего создается соединение 420 между ловушкой 405 для смолы и полостью 403. Внутри этого соединения 420 установлен запорный вентиль или запорный лапан 418, который может перекрывать соединение 420. Указанным образом полость 403 и ловушка 405 для смолы могут быть полностью разъединены друг от друга, при этом смола больше не может поступать из полости 403 в ловушку 405 для смолы или наоборот. Для управления запорным вентилем 418, приспособление 400 дополнительно содержит соединитель 419 управления, при помощи которого сигнал управления может быть подан на запорный вентиль 418. Этот сигнал управления может быть, например, пневматическим и/или электрическим сигналом по своей природе и может быть создан при помощи управляющего элемента.
Более того, приспособление 400 содержит входной соединитель 407, который соединен с первой полостью 403, причем при помощи указанного входного соединителя 407 смола может быть введена в первую полость 403. Приспособление 400 дополнительно содержит выходной соединитель 408, который соединен с ловушкой для смолы 405 и выполнен так, что он может быть соединен с насосом. На фиг.4 также схематично показан компонент 409, который может быть обработан в RTM способе.
Приспособление 400 в соответствии со вторым примерным вариантом также может быть использовано в системе, которая схематично показана на фиг.3. В соответствии с показанным на фиг.4 примерным вариантом, требуется только соединитель для сжатого воздуха и/или соединитель управления для запорного вентиля, в результате чего не возникают никакие проблемы уплотнения за счет грязи, то есть смола не может вытекать из приспособления за счет загрязненных элементов уплотнения.
Подводя итог, можно сказать, что в соответствии с примерным аспектом настоящего изобретения предлагается приспособление для осуществления способа формовки с переносом смолы (RTM способа), причем указанное приспособление содержит внутреннюю ловушку для смолы, которая объединена с приспособлением. Другими словами, ловушка для смолы выполнена в виде единого целого с приспособлением. В соответствии со специфическим примерным аспектом настоящего изобретения предлагаются приспособление и система для осуществления RTM способа, причем указанные приспособление и система позволяют исключить необходимость использования (отдельного) запорного элемента или запорного вентиля, который отделяет полость приспособления от ловушки для смолы.