ОСНАСТКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ ТОКОСЪЕМНОЙ ШТАНГИ ТРОЛЛЕЙБУСА

Область техники.
Устройство относят к технологическим процессам, а именно к формированию веществ в пластическом состоянии приданием формы нанесением на формообразующую поверхность и методом трансферного формования, может быть использовано для изготовления конструкций и ПКМ и применяться в области электрооборудования транспортных средств с электротягой, в частности для изготовления стеклопластиковой токосъемной штанги троллейбуса.
Уровень техники.
Известна заявка на изобретение РФ №94041265/02, 1996 год, класс С22С 1/09 "Способ изготовления труб из композиционных материалов". Согласно заявке, устройство при помощи которого осуществляют изготовление труб выполнено в виде тонкостенной стальной оболочки (диафрагмы) с резиновой подложкой на которой расположена заготовка, наружной тонкостенной оболочки, стержня, толстостенной формообразующей стальной оболочки. Наружная тонкостенная оболочка расположена поверх заготовки. Торцы диафрагмы и наружной тонкостенной оболочки заваривают, тем самым вакуумируют полость с заготовкой. Стержень размещен в полости диафрагмы, при этом вся сборка помещена в толстостенную формообразующую стальную оболочку. Полость между стержнем и внутренней тонкостенной оболочкой герметизируют, подают инертный газ, тем самым создавая давление необходимое для формования изделия. Заготовку с оснасткой устанавливают в печи.
Недостаток такой оснастки заключается в том, что герметичность полости для формования достигается сваркой диафрагмы и формующей оболочки. Это делает сложным процесс демонтажа оснастки и извлечения изделия. Кроме того, описанная оснастка не может быть использована для формования изделия RTM методом, т.к. невозможно подвести штуцера к рабочей полости для инжекции связующего.
Известен патент РФ №2329896, класс В29С 53/82, год 2006. Согласно патенту оправка для изготовления оболочек из композиционного материала содержит центральный вал с опорами, имеющий возможность вращения вокруг своей оси. Технологический кожух установлен на опорах соосно валу без возможности вращения. Кожух состоит, по крайней мере, из двух частей, с внутренней формообразующей поверхностью, контактирующей с наружной поверхностью формуемой оболочки. Опоры выполнены со съемными наружными кольцами, на которые опирается технологический кожух. Опоры установлены на центральном валу на подшипниках и соединены с центральным валом штифтами. Прижим формуемой оболочки к формообразующей поверхности технологического кожуха осуществлен установленной на центральном валу между опорами спиральной пружиной. На пружину надет растягивающийся чехол, прилегающий к внутренней поверхности формуемой оболочки. В чехле установлены трубки, в которых установлены штанги, которые зафиксированы в отверстиях, расположенных в опорах на окружности, совпадающей с окружностью расположения трубок в растягивающемся чехле.
Недостаток указанного изобретения в том, что известная конструкция оснастки позволяет изготавливать только цилиндрические изделия диаметром более 0,5 м. Оснастка не применинима для формования деталей RTM методом, так как кожух установлен не герметично по отношению к центральному валу. Так же, изготовление качественных длинномерных изделий на подобной оснастке процесс весьма трудоемкий и дорогой, требует высокой точности изготовления пружины, при этом необходимо избежать ее провисания и учесть, что при нагревании оснастки прижимная сила пружины уменьшается.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и техническому решению является "устройство для изготовления многоконтурного замкнутого длинномерного аэродинамического профиля" по патенту на полезную модель №78728, класс В29С 39/10, 2008 год. Согласно патенту устройство выполнено в виде разъемной формы включающей верхнюю часть и нижнюю часть, штуцера для подачи связующего и элементы крепления. Так же устройство снабжено рядом дорнов выполненных в виде продольных стержней, отстающих от верхний нижней частей и друг от друга на величину определяемую толщиной обшивки и стенок изделия. Кроме того, устройство снабжено рассекателями установленными на торцевых стенках формы, выполненными в виде стальных пластин, при этом в одном из рассекателей выполнен канал для подачи и равномерного распределения связующего.
Недостатком такого устройства является то, что при помощи описанной оснастки невозможно изготавливать изделия конусной формы с внутренней полостью.
Сущность полезной модели.
Задачей настоящей полезной модели является создание универсальной оснастки для изготовления конического корпуса стеклопластиковой токосъемной штанги троллейбуса, высокого качества и низкой себестоимости, различными методами.
Поставленная задача решается благодаря тому, что оснастка для изготовления стеклопластиковой токосъемной штанги троллейбуса выполнена в виде оправки с установленной на ней при помощи фторопластовых втулок формообразующей оболочкой, торцевых заглушек, и элементов крепления. Формообразующая оболочка выполнена в виде цилиндрических секций, внутренняя поверхность которых выполнена конической. Цилиндрические секции снабжены торцевыми фланцами. Каждая секция выполнена в виде двух крышек соединенных между собой продольными фланцами Формообразующая оболочка выполнена с каналами для пропитки. Конусная оправка выполнена в виде трубчатых секций, соединенных между собой, и снабжена заглушками с уплотнительными кольцами.
Такое решение позволяет получить универсальную оснастку для изготовления конического корпуса стеклопластиковой штанги высокого качества и низкой себестоимости.
Перечень фигур на чертежах.
Полезная модель поясняется чертежами:
Фиг.1. Сборочный чертеж оснастки для формования уложенного на оправку препрега.
Фиг.2. Заглушка
Фиг.3. Сборочный чертеж оснастки для формования препрега RTM методом.
Фиг.4. Сечение А-А фиг.4
Фиг.5. Сборочный чертеж оснастки для формования препрега RTM методом, вид сверху.
Осуществление полезной модели.
Предлагается оснастка для изготовления корпуса стеклопластиковой токосъемной штанги троллейбуса, выполненного в виде длинномерной трубы конического сечения.
Предлагаемая оснастка позволяет изготавливать корпус штанги двумя способами:
- формованием препрега, уложенного на оправку (фиг.1)
- пропиткой сухого наполнителя, заключенного в замкнутый объем, связующим (RTM метод-пропитка под давлением), (фиг.3)
Для изготовления корпуса токосъемной штанги способом формования препрега используют оснастку (фиг.1) состоящую из конусной оправки 1, выполненной в виде конической трубы с цапфами 8, 9, резьбовых заглушек 4, 5,уплотнительных колец 6, 7.
Оправка выполнена из отдельных трубчатых секций в виде стальных конических толстостенных труб 2, 3. Диаметр труб выбирают исходя из того условия, что после механической обработки направленной на создание конусности, стенка трубы должна иметь достаточную толщину для организации места необходимого для осуществления соединения смежных труб. Для осуществления соединения смежные секции труб на торцах имеют 100 миллиметровый участок с внутренним и наружным диаметром.
Длину трубы выбирают из условия размещения ее в станке, где ее подвергают механической обработке (снятию необходимого слоя материала для обеспечения конусности оправки), полировке и хромированию ее поверхности. Секции соединены неразъемно, методом горячей посадки.
Наружная поверхность конусной оправки - усеченный конус высотой более 3500 мм с диаметром при вершине 32 мм и в основании 58 мм. Внутренний диаметр конусной оправки не менее 20 мм, который не обрабатывается и равен внутреннему диаметру подобранных по ГОСТу стальных труб. Внутренняя полость в конусной оправке предусмотрена для размещения в ней нагревателя типа тен, или масленого нагревателя, чтобы подвергать, в случае необходимости, оправку нагреву с целью полимеризации связующего, а так же для снижения массы оснастки. Конусная оправка имеет цапфы расположенные на торцах и выполненные в виде цилиндрических участков на длине, достаточной для зажима, в патронах намоточного или укладочного станков типа РПН-Н-700-ФИ для длинномерных оправок.
Внутренняя полость конусной оправки закрыта с торцов стальными резьбовыми заглушками 5, 6, (фиг.2) выполненными в виде цилиндров с фланцами 10, 11. Фланцы выполнены с овальными пазами 12, 13, необходимыми для монтажа и демонтажа заглушки.
Уплотнительные кольца 6,7 изготовлены из материала АД 1М и размещены в специально предусмотренной для них проточке 14, 15 в заглушке. Одно уплотнительное кольцо имеет наружный диаметр 40 мм, внутренний 36 мм, толщину 2 мм, другое соответственно 28 мм, 24 мм, 2 мм. Уплотнительные кольца и резьбовые заглушки необходимы для предотвращения затекания связующего во внутреннюю полость оправки.
Устройство собирают следующим образом:
- Секции соединяются друг с другом по горячей посадке на участке длиной 100 мм. Секции собирают один раз и в дальнейшей эксплуатации оправку не разбирают.
- Далее при необходимости во внутреннюю полость оправки 1 помещают нагреватель типа тен, или прокачивают нагретое в бойлере масло.
- Если нет необходимости в размещении нагревательных элементов, то на заглушки 5, 6 устанавливают уплотнительные кольца 6, 7, и монтируют во внутреннюю полость оправки.
- Далее оправку устанавливают в патронах намоточного или укладочного станков.
- Расчетный по толщине слой препрега, необходимый для получения стенки детали, располагают на наружной поверхности оправки. Устройство работает следующим образом:
Изготовление корпуса стеклопластиковой токосъемной штанги способом формования препрега, уложенного на оправку:
- Поверх препрега уложенного на оснастку накладывают по геодезическим линиям при помощи намоточного станка давящую повязку из нескольких слоев эластичной ленты.
- Оснастку с расположенной на ней заготовкой извлекают из намоточного станка и размещают на специальном стеллаже в цехе.
- В случае необходимости нагрев оправки осуществляют при помощи тена или горячего масла, до температуры отверждения связующего.
- После окончания процесса отверждения связующего осуществляют демонтаж оснастки, извлекают нагреватель из внутренней полости оправки или демонтируют штуцер с трубопроводом либо демонтируют заглушки.
- Производят съем изделия, сталкивая полученную заготовку с оправки в сторону меньшего диаметра.
В случае формования препрега уложенного на оправку в автоклаве, необходимое давление на него создают помещая в герметический мешок и вакуумируя полость под герметичным мешком.
- Оснастку с расположенной на ней заготовкой извлекают из намоточного (выкладочного) станка и размещают на специальном стеллаже в автоклаве.
- Формование изделия производят при необходимых температуре и давлении для отверждения связующего.
- После окончания процесса отверждения связующего заготовку с изделием извлекают из автоклава и остужают до комнатной температуры.
- Осуществляют демонтаж оснастки.
- Далее производят извлечение отвержденного изделия, сталкивая полученную заготовку с оправки в сторону меньшего диаметра.
Для изготовлении корпуса токосъемной штанги, способом пропитки сухого наполнителя заключенного в замкнутый объем (RTM методом), используют оснастку (фиг 3.), выполненную в виде конусной оправки 1 с размещенными в ней заглушками 4,5 с уплотнительными кольцами 6, 7, формообразующей оболочки 16 с радиальными 25 и продольными 24 фланцами (фиг.3, 5), фторопластовых втулок 17, 18, торцевых заглушек 19, 20 и пальцев (колонок) 21(Фиг.4).
Формообразующая оболочка 16 выполнена в виде нескольких цилиндрических секций с торцевыми фланцами внутренняя поверхность которых выполнена конической, каждая секция состоит из двух крышек 22, 32 и 23, 31, выполненных в виде продольного сечения по диаметру толстостенной трубы. Внутреннюю поверхность формообразующей оболочки 16, образующую наружную поверхность корпуса стеклопластиковой штанги, подвергают механической обработке для обеспечения конусности изделия, а так же полировке и хромированию. Формообразующая оболочка выполнена с радиальными фланцами 25 расположенными по торцам секций и продольными фланцами 24 по кромкам цилиндрических крышек.
Радиальные фланцы 25 выполнены в виде элементов с наружным диаметром 136 мм, внутренний диаметром равным внутреннему диаметру соответствующей секции формообразующей оболочки.
Продольные фланцы 24 выполнены в виде прямоугольных элементов длинной равной длине соответствующей цилиндрической секции формообразующей оболочки, высотой 10 мм и шириной не менее 20 см, позволяющей установить крепежный болт 26. Продольные фланцы выполнены с овальными отверстиями 28 и резьбовыми отверстиями для демонтажа формообразующей оболочки при помощи сталкивающих болтов. Резьбовые отверстия диаметром М 10 расположены в цилиндрических крышках оболочки 32 и 31.
Для обеспечения заданной геометрии внутренней полости формообразующей оболочки, крышки соединяют друг с другом с помощью направляющих пальцев 21, болтовых соединений 26 по радиальным и продольным фланцам.
Стальные направляющие пальцы 21, длиной 25 мм, диаметром 10 мм, выполняют роль колонок необходимых для соосной сборки оснастки. Пальцы запрессованы в продольных фланцах каждой крышки формообразующей оболочки. В продольных фланцах двух соответствующих крышек выполнены овальные отверстия 28 под пальцы.
Места соприкосновения фланцев прокладывают уплотнительной прокладкой 27 из металлической фольги или бумаги.
Формообразующая оболочка выполнена с двумя каналами для пропитки 29, которые расположены на ней в начале (сверху) и конце (снизу) (фиг.4). Каналы необходимы для вакуумирования рабочей полости оснастки и подачи в нее связующего. В зоне каналов приваривают бобышки 30 с нанесенной на них резьбой с целью присоединения штуцера для подачи связующего.
Торцевые заглушки 19, 20 выполнены с диаметром 136 мм, толщиной 10 мм и имеют крепежные отверстия, соответствующие крепежным отверстиям в радиальных фланцах цилиндрических секций формообразующей оболочки. Торцевые заглушки 19, 20 расположены с торцов формообразующей оболочки, с помещенной в ней конусной оправкой. С помощью болтового соединения присоединяют торцевые заглушки к формообразующей оболочке при этом, плоскость между торцевой заглушкой и фланцами прокладывают уплотнительной прокладкой 27.
Фторопластовые втулки 17, 18 (фиг.3) длиной 35 мм расположены с обоих концов между формообразующей оболочкой и оправкой, плотно прилегая к ним. Втулки 17, 18 служат для определения взаимного расположения формообразующей оболочки и оправки, что обеспечивает рабочую полость оснастки, а так же предотвращают вытекание связующего из рабочей полости.
Устройство собирают следующим образом
- На заглушки устанавливают уплотнительные кольца 4, 5,
- Заглушки и уплотнительные кольца монтируют во внутреннюю полость конусной оправки.
- Конусную оправку укладывают на ложемент и со стороны меньшего диаметра конусной оправки одевают преформу наполнителя в виде плетеного чулка 33.
- На оправке размещают фторопластовые втулки
- на втулки укладывают собранные (предварительно наживленные) крышки, с проложенными уплотнительными прокладками 27. Крышки смыкают по фланцам при помощи болтовых соединений.
- Торцы оснастки закрывают торцевыми крышками с проложенными уплотнительными прокладками, тем самым создавая герметичную цилиндрическую полость.
- Один из каналов для пропитки в зоне рабочей полости соединен через штуцер с устройством подачи связующего.
- Другой канал для пропитки подключен к штуцеру трубопроводная полость которого соединяется с вакуумной ловушкой. При помощи второго штуцера вакуумируется внутренняя полость. Контроль выхода воздуха осуществляется через прозрачный трубопровод штуцера. По окончанию появления пузырьков в связующем вытесненным из формы все каналы запирают, в рабочей полости создают давление примерно 4 бар, и оснастку помещают в термокамеру.
Устройство работает следующим образом:
- Процесс пропитки осуществляют при температуре ниже температуры полимеризации связующего, которая должна поддерживаться во время подачи связующего в рабочую полость оснастки. По окончании пропитки оснастку помещают в термокамеру, где проводят термообработку по необходимым температурным режимам.
- После окончания процесса отверждения оснастку остужают до комнатной температуры.
- Осуществляют демонтаж формообразующей оболочки при помощи сталкивающих болтов и резьбовых отверстий
- Осуществляют демонтаж заглушек из внутренней полости оправки.
- Сталкивают готовую деталь с оправки в сторону меньшего диаметра.
Предложенная оснастка позволяет создавать стеклопластиковую конусную штангу высокого качества, низкой себестоимости за счет высокой механизации работ. Так же предложенная оснастка является универсальной с точки зрения использования вышеописанных технологий в производстве.