Устройство для формования деталей из композиционного материала (варианты) и замковый элемент вакуумного мешка
DEVICE FOR FORMING DETAILS FROM COMPOSITE MATERIAL (VARIANTS) AND LOCKING ELEMENT OF VACUUM BAG

Изобретение относится к области изготовления деталей из полимерных композиционных материалов (композитов, композитных материалов), а именно к устройствам для трансферного формования (RTM), в частности для пропитки жидким связующим с помощью вакуума (VaRTM) с использованием вакуумного мешка, а также к замку для такого мешка, и может быть использовано в авиастроении, автомобилестроении, ветроэнергетике, судостроении, а также в других областях промышленности.
При изготовлении вакуумного мешка основной проблемой является обеспечение герметичности соединения материала вакуумного мешка (вакуумная пленка или эластичная мембрана, например, из силикона) и формообразующей оснастки. Для этого традиционно используют специальные герметизирующие жгуты, которые обладают хорошей адгезией к обеим основам. Основным недостатком таких жгутов является длительное время установки вакуумного мешка и их одноразовое применение. Для получения герметичного соединения эластичных мембран в качестве замковых элементов обычно используют различные конструкций, активизируемые вакуумом.
Из уровня техники известно устройство для формования деталей из композитного материала, содержащее вакуумный мешок в виде вакуумной пленки с несъемным профилированным замковым элементом с фиксирующим выступом, оснастку с ответным фиксирующим пазом аналогичного профиля и вакуумирующую систему (см. патент US 2014048205, кл. В29С 37/00, опубл. 20.02.2014). Из этого же источника известен замок вакуумного мешка, выполненный в виде профилированной ленты, на нижней стороне которой образован фиксирующий выступ. Основным недостатком известных устройств является относительно высокая вероятность выхода фиксирующего выступа из фиксирующего паза, нарушение герметичности внутреннего периметра, и, как следствие, срыв процесса формования.
Технической проблемой является необходимость создания недорогого и простого в эксплуатации устройства для формования деталей из композитного материала. Технический результат заключается в повышении надежности фиксации пленки вакуумного мешка.
Поставленная проблема решается, а технический результат достигается по первому варианту тем, что в устройстве для формования деталей из композитного материала, содержащем вакуумный мешок, снабженный по периметру несъемным профилированным замковым элементом с фиксирующим выступом, оснастку с ответным фиксирующим пазом аналогичного профиля и вакуумирующую систему, замковый элемент дополнительно снабжен внешним герметизирующим выступом, внутри которого выполнен канал для подачи среды под давлением, а оснастка снабжена ответным герметизирующим пазом аналогичного профиля.
Поставленная проблема решается, а технический результат достигается по второму варианту тем, что в устройстве для формования деталей из композитного материала, содержащее вакуумную пленку, профилированный замковый элемент с фиксирующим выступом, оснастку с ответным фиксирующим пазом аналогичного профиля и вакуумирующую систему, замковый элемент дополнительно снабжен внешним герметизирующим выступом, внутри которого выполнен канал для подачи среды под давлением, а оснастка снабжена ответным герметизирующим пазом аналогичного профиля.
Поставленная проблема решается, а технический результат также достигается тем, что замковый элемент вакуумного мешка выполнен в виде профилированной ленты, на нижней стороне которой образованы фиксирующий выступ и герметизирующий выступ, внутри которого выполнен канал для подачи среды под давлением.
На фиг. 1 представлен вариант выполнения устройства с использованием вакуумного мешка с несъемным замковым элементом;
на фиг. 2 - с использованием вакуумной пленки и отдельного замкового элемента.
Устройство для формования деталей из композитного материала содержит формообразующую оснастку 1, вакуумный мешок 2 из эластомерных материалов (например, силиконового компаунда) с замковым элементом 3 и вакуумирующую систему (на чертежах не показана).
Согласно первому варианту (фиг. 1) вакуумный мешок 2 выполнен заодно с образованным по его периметру несъемным профилированным замковым элементом 3. Согласно второму варианту (фиг. 2) вакуумный мешок образован вакуумной пленкой 2' и прижимающим ее отдельным замковым элементом 3, что целесообразно при работе с агрессивными смолами, которые сильно сокращают ресурс эксплуатации материала вакуумного мешка 2.
В обоих случаях замковый элемент 3 представляет собой профилированную ленту, на нижней стороне которой образованы фиксирующий выступ 4 и один или несколько герметизирующих выступов 5 каплевидной формы. Выступ 5 снабжен внутренним каналом 6 для подачи среды под давлением. Выступы 4 и 5 входят в ответные фиксирующий и герметизирующий пазы аналогичного профиля, выполненные по замкнутому периметру в оснастке 1.
Предлагаемые устройства работают следующим образом.
В технологии переработки препрегов предварительно пропитанный связующим композиционный материал укладывают в формообразующую оснастку 1. На уложенный препрег укладывают жертвенную ткань и дренажный материал. После этого на сформированный пакет 7 устанавливают эластичный вакуумный мешок 2 (выполненный заодно с замковым элементом 3 или отдельно от него). Выступы 4 и 5 каплевидной формы вставляют в соответствующие пазы в оснастке 1 до полной фиксации. После установки вакуумного мешка 2 во внутренний канал 6 герметизирующего выступа 5 с помощью компрессора подают воздух под давлением 2-2,5 атмосферы. От внутреннего давления выступ 5 расширяется в пазу оснастки 1 и создает герметичное замковое соединение. Через трубку или систему трубок, присоединенных к эластичному вакуумному мешку 2, или через вакуумный канал 8, или систему каналов в оснастке 1 в зоне укладки композиционного материала, ограниченной периметром установленного замкового элемента 3, с помощью вакуумирующей системы создают вакуум, который обеспечивает уплотнение композиционного материала, удаление воздушных включений и излишков связующего, что обеспечивает получение качественного композиционного изделия с правильным соотношением связующего и армирующего материала.
В технологии контактного формования с последующей установкой вакуумного мешка на предварительно подготовленную формообразующую оснастку 1 выкладывают «сухой» материал (ткани, маты, комбинированные полотна), далее вручную наносят связующее (эпоксидное, полиэфирное, винилэфирное) при помощи кисти/валиков. На пропитанный связующим композиционный материал укладывают жертвенную ткань и дренажный слой. После этого на сформированный пакет 7 устанавливают эластичный вакуумный мешок 2 (выполненный заодно с замковым элементом 3 или отдельно от него). Выступы 4 и 5 каплевидной формы вставляют в соответствующие пазы оснастки 1 до полной фиксации. После установки вакуумного мешка 2 во внутренний канал 6 выступа 5 с помощью компрессора подают давление 2-2,5 атмосферы. От внутреннего давления эластичный выступ 5 расширяется в пазу оснастки 1 и создает герметичное замковое соединение. Через трубку или систему трубок, присоединенных к эластичному вакуумному мешку 2, или через вакуумный канал 8 или систему каналов в оснастке 1 в зоне укладки композиционного материала, ограниченной периметром установленного замкового элемента 3, с помощью вакуумирующей системы создают вакуум, который обеспечивает уплотнение композиционного материала, удаление воздушных включений и излишков связующего, что обеспечивает получение качественного композиционного изделия с правильным соотношением связующего и армирующего материала,
В технологии вакуумной инфузии на предварительно подготовленную формообразующую оснастку 1 выкладывают «сухой» материал (ткани, маты, сэндвич-структуры, комбинированные полотна). Далее выкладывают технологические слои (жертвенная ткань, перфорированная пленка, транспортирующий слой) или технологический слой, например Compoflex RF3 производства компании Fibertex, заменяющий использование трех независимых традиционных технологических слоев. После этого на сформированный пакет 7 устанавливают эластичный вакуумный мешок 2 (выполненный заодно с замковым элементом 3 или отдельно от него). Выступы 4 и 5 каплевидной формы вставляют в соответствующие пазы формообразующей оснастки 1 до полной фиксации. После установки вакуумного мешка 2 во внутренний канал 6 выступа 5 с помощью компрессора подают давление 2-2,5 атмосферы. От внутреннего давления эластичный выступ 5 расширяется в пазу оснастки 1 и создает герметичное замковое соединение. Через трубку или систему трубок, присоединенных к эластичному вакуумному мешку 2, или через вакуумный канал 8 или систему каналов в оснастке 1 в зоне укладки композиционного материала, ограниченной периметром установленного замкового элемента 3, с помощью вакуумирующей системы создают вакуум, который обеспечивает уплотнение композиционного материала и последующую пропитку «сухого» материала связующим, также подаваемым в указанный периметр через трубку или систему трубок, что обеспечивает получение качественного композиционного изделия с правильным соотношением связующего и армирующего материала.
Благодаря расширению эластичного герметизирующего выступа 5 внутри соответствующего паза оснастки 1 под действием повышенного давления в его внутреннем канале 6, предлагаемые устройства позволяют надежно зафиксировать пленку вакуумного мешка по периметру, обеспечив полную герметичность внутреннего объема и независимость закрепления от перебоев в подаче вакуума.