СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ КРИВИЗНЫ
METHOD TO PRODUCE NEGATIVE CURVATURE JACKETS

Изобретение относится к области обработки пластмасс, а именно к изготовлению оболочек отрицательной кривизны из различных термопластов (полиэтилена, ПВХ-а, оргстекла-ПММА, ПК-поликарбоната, ПТФЭ-а и др.).
Может быть использовано в архитектуре и строительстве, а также в научно-исследовательских целей в машиностроении.
Для образования различных форм оболочек подана заявка на изобретение: «Оболочковая конструкция и способ ее изготовления» №2005140852/11 от 10.07.2007, в которой оболочковая конструкция, содержащая каркас из связанных между собой продольных и поперечных армирующих элементов, монолитно скрепленных газонаполненным материалом, образующим оболочку заданной кривизны, отличается тем, что оболочка имеет дополнительный формообразующий слой, скрепленный с каркасом.
Недостатком такого способа является многосложность этапов изготовления оболочки:
- каркас собирается из продольных и поперечных армирующих элементов;
- армирующие элементы монолитно скрепляются газонаполненным материалом;
- будущая оболочка снабжается дополнительным формообразующим слоем, прикрепленным к каркасу.
Недостатком такого способа является также большая материалоемкость:
- наличие продольных и поперечных армирующих элементов;
- монолитно скрепляющий газонаполненный материал;
- дополнительная формообразующая оснастка.
Подана заявка на изобретение №94030083 от 11.08.1994 на тему: «Опалубка для возведения оболочек криволинейной формы и способ ее изготовления».
По данной заявке сыпучий материал, например песок, укладывают на основание, а поверхности песка задают требуемую кривизну. Затем песок увлажняют жидкостью (водой) и внутрь песка, через теплообменник, пропускают холод. Жидкость замерзает, и опалубочная поверхность становится прочной и твердой, способной воспринять нагрузку от накладываемого на нее бетона оболочки. Распалубка производится путем размораживания воды.
Недостатки такого способа следующие:
- поверхности песка невозможно придать требуемую кривизну - песок осыплется, а в случае увлажнения, поверхность будет напоминать лунную - со следами метеоритов;
- пропускание холода замедлит процесс твердения бетона; как известно, на заводах ЖБИ бетон твердеет под действием горячего пара.
Имеется заявка на изобретение №93018659 «Опалубка регулируемой кривизны и способ ее изготовления» от 08.04.1993.
Изобретение относится к строительству. Для создания опалубки, обладающей простотой в изготовлении и распалубке, опалубка содержит гибкие упругие нити и установленные на них опалубочные щиты. На опалубочные щиты опирается гибкая оболочка, на которую укладывают бетонную смесь. Гибкие упругие нити закреплены на опорах. Опалубку выводят в рабочее положение путем натяжения гибких упругих нитей на опорах
Недостатки следующие:
- сложность конструкции опалубки: гибкие нити с установленными на них опалубочными щитами; сверху щитов гибкая оболочка, а затем только укладывается бетонная смесь;
- длительность технологического процесса изготовления оболочки: закрепление гибких нитей с возможностью регулировки их натяжения; укладка опалубочных щитов; укладка бетонной смеси по гибкой оболочке (видимо, по мягкой прорезиненной).
Имеется патент РФ №2255864 от 10.07.2005. «Способ изготовления ребристых оболочек отрицательной кривизны».
По данному способу два листа термопласта (ориентированный и обычный) зажимаются между элементами двойного каркаса (по изобретению двойные арочные элементы) и нагреваются до высокоэластического состояния. В результате распалубки получаются две оболочки: верхняя с гладкой поверхностью, а нижняя - с ребрами.
Недостатки изобретения заключаются в следующем:
- каркас предполагается двойным - для зажима обоих листов термопласта (обычного и термоусадочного), что увеличивает дороговизну способа (лишний элемент каркаса и зажимные приспособления) и добавляет лишний технологический этап - процесс зажима;
Прототипом данной заявки является изобретение по авторскому свидетельству №625231 от 26.07.1997 года, М.кл. G09B 23/00
«Способ моделирования поверхностей объемных тел».
Оболочку выполняют из термоусадочной полиэтиленовой пленки, а после прижатия ее к каркасу нагревают до 100°С в течение 1-2 мин, охлаждают и снимают с каркаса.
Способ моделирования осуществляют следующим образом:
- заготовку вырезают из плоского полотнища и зажимают в каркасе;
- после этого пленку с каркасом нагревают до 100°С в течение 1-2 минут.
При остывании размягченная пленка, стремясь сократить площадь своей поверхности, принимает искривленную форму. После снятия искривленной стенки с каркаса модель готова и м.б. легко переформирована.
Такой способ изготовления моделей (оболочек) обладает следующими недостатками:
- каркас 2, для изготовления моделей 1 является неразъемным, а цельным (по чертежу), следовательно, съем готовых моделей (оболочек) является проблематичным, а иногда и невозможным (исходя из практического опыта авторов);
- применение для моделирования только заготовок из плоского полотнища термоусадочной полиэтиленовой пленки значительно ограничивает класс полимеров, где кроме ПЭ имеются и другие термопласты, такие как ПВХ, ПММА, полистирол, поликарбонат и др.;
- невозможность получения герметичности внутреннего объема моделей, т.к. модели изготавливаются из плоских полотнищ;
- потребность в зажимных устройствах 3, что предполагает дороговизну данного способа и лишний технологический процесс.
Изобретение направлено на изготовление оболочек отрицательной кривизны.
Результат достигается тем, что в способе изготовления оболочек отрицательной кривизны, включающем укладку и закрепление термоусадочного термопласта в пространственном каркасе и совместного нагрева каркаса с термопластом, отличающемся тем, что трубчатый элемент термоусадочного термопласта сначала нагревается с одного конца до высокоэластического состояния и при этом зажимает верхнее кольцо каркаса, затем нагревается до высокоэластического состояния с другого конца, зажимая в себе нижнее кольцо (хотя нагрев может быть осуществлен одновременно с обоих концов), а затем с зажатыми обоими кольцами, скрепленными разборным сердечником, вся система вновь нагревается до начала высокоэластического состояния средней части будущей оболочки отрицательной кривизны.
Способ отличается тем, что каркас разбирается путем вывинчивания стержней с разборного сердечника, а готовая оболочка остается с двумя кольцами (верхним и нижним). Отличается и тем, что оболочка отрицательной кривизны с двумя зажатыми кольцами подвергается внутреннему давлению (пневмо- или гидро) для статических механических испытаний.
Способ изготовления оболочек отрицательной кривизны поясняется чертежами, где на фиг.1 цифрами обозначено: 1 - штрихпунктирной линией термоусадочный трубчатый элемент в исходном состоянии, сплошной линией - отформованная оболочка, 2 - правое и левое кольца из жесткого материала (например, сталь, алюминий или др) с внутренней резьбой, 3 - стержни (правый и левый) с наружной резьбой по всей длине из жесткого материала (из стали, алюминия или др.), 4 - жесткий металлический разборный сердечник с внутренней резьбой из стали или алюминия.
На фиг.2 показана готовая оболочка отрицательной кривизны, в данном случае, в форме катеноида.
Как известно, из катеноида путем механических воздействий (резки вдоль образующей) можно получить геликоид, а также несколько других самостоятельных оболочек отрицательной кривизны способом резки вдоль, поперек или по произвольной кривой.
Способ изготовления оболочек отрицательной кривизны из термоусадочных трубчатых элементов осуществляется в следующей последовательности:
- собирается пространственно-жесткий каркас, состоящий из двух колец с внутренней резьбой 2 и двух стержней с наружной резьбой 3, соединенных через разборный сердечник с внутренней резьбовой нарезкой 4;
- на пространственно-жесткий каркас, состоящий из элементов 2, 3, 4, надевается термоусадочный трубчатый элемент 1, причем трубчатый элемент 1, выполняется с напуском на оба конца на величину, равную 1/5 (ориентировочно) диаметра колец 2;
- оба конца системы, состоящей из элементов 1, 2, 3, включая внутренние части, на небольшую глубину (ориентировочно на 4-5 мм), одновременно или поочередно подвергаются нагреву до достижения термоусадочным трубчатым элементом 1 высокоэластического состояния;
- при достижении термоусадочным трубчатым элементом 1 высокоэластического состояния, трубчатый элемент 1 на обоих концах, начинает сокращать площадь своей поверхности, герметично и жестко обхватывает правое и левое кольца 2, при этом полностью срабатывают термоусадочные свойства;
- далее подвергается нагреву средняя часть системы, состоящей из элементов 1, 2, 3, 4; при этом средняя часть термоусадочного трубчатого элемента 1, достигая высокоэластического состояния, сокращая площадь своей поверхности, воспринимает форму оболочки отрицательной кривизны, в частности форму катеноида или близкую к ней;
- при этом процессе отработавшие концы (правый и левый) трубчатого термоусадочного элемента 1, захватившие герметично и жестко правое и левое кольца 2, служат в качестве зажимов при образовании в средней части оболочки отрицательной кривизны.
Технико-экономические преимущества предлагаемого изобретения состоят в следующем:
- отпадает необходимость в каких-либо зажимных приспособлениях для крепления термоусадочного трубчатого элемента к каркасу;
- готовая оболочка легко снимается с каркаса путем вывинчивания стержней с сердечника и обрезки отработавшихся концов трубчатого элемента 1;
- создается возможность получения оболочки отрицательной кривизны со внутренним герметичным пространством в случае заглушения в обоих кольцах резьбовых отверстий;
- в случае заглушения резьбового отверстия только у одного кольца и установки входного ниппеля у другого кольца для подачи воздуха или воды, создается возможность для проведения испытаний оболочки на механическую прочность.