Установка для нанесения и формования оболочек на наружных поверхностях тел вращения

Полезная модель относится к области ракетной техники и может быть использована для нанесения и формования оболочек из полимерных композиционных материалов на наружных поверхностях тел вращения, в частности копусных изделий.
6
Известна оснастка для изготовления оболочек вращения из полимерных композиционных материалов по патенту РФ №2458791, МПК В29С 44/12, опубликованному 05.08.2010, включающая оправку, состоящую из центральной жесткой части и размещенной на ней упругой оболочки из терморасширяющегося материала, имеющей внешний диаметр, превышающий внутренний диаметр получаемой оболочки, и толщину, выбираемую в зависимости от внутреннего диаметра пустотелой оболочки, коэффициента термического расширения материала упругой оболочки оправки и температуры отверждения связующего полимерного композиционного материала, и жесткую разборную пресс-форму (формующую оснастку) с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру пустотелой оболочки, установленную на оправке с образованием полости для размещения композиционного материала.
Недостатками конструкции оправки, использованной в данном изобретении, являются:
- отсутствие элементов обеспечения соосности и центрирования жесткой пресс-формы (формующей оснастки) относительно оси центральной жесткой части оправки с упругой оболочкой, что при формовании и отверждении негативно сказывается на качестве оболочек - приводит к несоосности наружного и внутреннего диаметров, разнотолщинности оболочки;
- отсутствие элементов регулирования размера полости для размещения композиционного материала между формующей поверхностью жесткой пресс-формы (формующей оснастки) и жесткой частью оправки с упругой оболочкой, что ограничивает технологические возможности оснастки в части получения оболочек с заданной толщиной.
Кроме того, конструкция оснастки по данному способу оснащена техническими средствами для изготовления оболочек только путем намотки. Для оболочек, изготовленных методом намотки из лент наполнителя конечной ширины, характерно наличие мест стыков (и/или нахлестов), негативно сказывающихся на физико-механические и тепло-физические характеристики оболочек, что при использовании в силовых и теплонагруженных конструкциях снижает надежность и качество изделия в целом.
Известен комбинированный способ формования оболочки наружного теплозащитного покрытия (НТЗП) на металлическом корпусе конической модели (Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение №31. Выпуск 18, 2011; «Технология нанесения теплозащитного покрытия на малоразмерные конические модели для испытаний в высокотемпературной аэродинамической трубе», Трофимов А.А. Гейнрих Н.И.; УДК 678.027.7.678.067, стр. 76-80), сущность которого заключается в выкраивании заготовки чехла НТЗП размерами, соответствующими размерам развертки, сшивании краев заготовки чехла НТЗП, ручной пропитке заготовки чехла НТЗП, надевании на корпус изделия и формовании оболочки НТЗП при помощи жесткой матрицы (формующей оснастки), соответствующей геометрии изделия, под действием давления вакуума. Толщина формуемой оболочки по данному способу регулируется глубиной посадки корпуса модели в жесткую матрицу (формующую оснастку) конической формы.
Недостатками конструкции оснастки, использованной в данном изобретении являются:
- отсутствие элементов, ограничивающих глубину посадки корпуса модели, что исключает возможность изготовления оболочек НТЗП с контролируемой толщиной;
- отсутствие элементов обеспечения соосности и центрирования жесткой матрицы и корпуса модели, что при формовании и отверждении негативно сказывается на качестве оболочек НТЗП - приводит к несоосности наружного и внутреннего профиля оболочки НТЗП, разнотолщинности оболочки НТЗП.
Кроме того, конструкцией оснастки не предусмотрено технических средств для нанесения материала оболочки НТЗП, поэтому укладка материала на корпус производится вручную путем сшивки заготовки чехла НТЗП, что усложняет процесс изготовления обечайки. Наличие шва негативно влияет на физико-механические и тепло-физические характеристики оболочек, что при использовании в силовых и теплонагруженных конструкциях снижает надежность и качество изделия в целом.
8
8
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для нанесения теплозащитного покрытия на наружную поверхность корпусных изделий (патент РФ 164868, МПК F02K 9/34). Установка включает в свою конструкцию ось, приспособление для нанесения покрытия и снабжена смонтироваными на направляющих техническими средствами, при этом ось закреплена консольно на одном из технических средств и оборудована элементами крепления и фиксации тела вращения, на другом техническом средстве закреплены роликовые опоры, имеющие возможность перемещения в продольно - поперечном направлении, на которых размещены зажимные кольца с возможностью центрирования и фиксации в вертикальной плоскости относительно оси, связанные между собой талрепами и выполненные диаметром, большим, чем наружный диаметр тела вращения из расчета обеспечения процесса натяжения заготовки чехла НТЗП на поверхность тела вращения, при этом кольцо, обращенное к свободному торцу тела вращения, имеет возможность протягивания по наружной поверхности тела вращения с обеспечением равномерного усилия натяжения по периметру кольца, и позволяет, например, по известному способу по патенту РФ на полезную модель №164868, МПК F02K 9/34 наносить бесшовные оболочки НТЗП на тела вращений, что исключает наличие мест стыка (и/или нахлестов) и положительно сказывается на физико-механических и тепло-физических характеристиках оболочки. Технические средства установки выполнены в виде платформы. Зажимные кольца выполнены с зубцами на наружной поверхности, охваченной разъемными фиксирующими полукольцами. Платформа с установленными на ней кольцами снабжена механизмом перемещения. Платформа со смонтированной на ней осью снабжена механизмом протягивания кольца, обращенного к свободному торцу тела вращения.
Недостатками известной конструкции установки являются:
- отсутствие элементов обеспечения соосности и центрирования формующей оснастки (жестких цулаг) относительно оси установки и тела вращения, что при формовании и отверждении негативно сказывается на качестве оболочек НТЗП - приводит к несоосности наружного профиля оболочки НТЗП и тела вращения, разнотолщинности оболочки НТЗП;
- отсутствие элементов регулирования размера полости для размещения чехла НТЗП между формующей поверхностью жестких цулаг (формующей оснастки), осью установки и тела вращения, что ограничивает технологические функции установки в части изготовления оболочек НТЗП с заданной толщиной.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка установки для нанесения и формования оболочек на наружных поверхностях тел вращения, обеспечивающей изготовления бесшовных цельноформованных оболочек для футеровки и теплозащиты наружных поверхностей тел вращения с повышенной точностью исполнения и качеством. Расширение технологических возможностей установки.
Достигаемые результаты: расширение технологических возможностей установки, повышение точности и качества изготовления оболочек НТЗП в части обеспечения равнотолщинности формуемых оболочек и обеспечения соосности наружной оболочки и тела вращения за счет выполнения элементов крепления и фиксации тела вращения с рабочей опорной поверхностью, имеющей возможность настройки на заданную толщину оболочки, что может быть достигнуто путем использования настраиваемых посредством использования прокладок на толщину будущей оболочки вкладышей с иглой, закрепленных по резьбе в нишах, выполненных равномерно по периметру элемента крепления и фиксации, либо путем использования сменных игл, непосредственно закрепленных равномерно по его периметру и имеющих высоту, соответствующую заданной толщине оболочки.
Технический результат достигается тем, что в установке для нанесения и формования оболочек на наружных поверхностях тел вращения, содержащей ось, приспособление для нанесения покрытия, смонтированные на направляющих технические средства, одно из которых подвижное, ось закреплена консольно на одном из технических средств, элементы крепления и фиксации тела, на другом техническом средстве закреплены роликовые опоры, имеющие возможность перемещения в продольно-поперечном направлении, на которых размещены зажимные кольца с возможностью центрирования и фиксации в вертикальной плоскости относительно оси, связанные между собой талрепами и выполненные диаметром, большим, чем наружный диаметр тела вращения из расчета обеспечения процесса натяжения покрытия на поверхность тела вращения, при этом кольцо, обращенное к свободному торцу тела вращения, имеет возможность протягивания по наружной поверхности тела вращения с обеспечением равномерного усилия натяжения по периметру кольца, элементы крепления и фиксации тела вращения выполнены с рабочей опорной поверхностью, имеющей возможность изменения своего диаметра, для настройки на заданную толщину оболочки.
Рабочая опорная поверхность элементов крепления и фиксации тела вращения образована настраиваемыми на заданную толщину оболочки вкладышами с иглой, закрепленными по резьбе в нишах, выполненных равномерно по периметру элемента крепления и фиксации тела вращения.
Рабочая опорная поверхность элемента крепления и фиксации тела вращения образована сменными иглами, закрепленными равномерно по периметру элемента крепления и фиксации тела вращения и имеющими высоту, соответствующую заданной толщине оболочки.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид установки, на фиг. 2 - вид А фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В фиг. 2, 3; фиг. 5 - разрез В-В фиг. 2, 3.
Установка для нанесения и формования оболочек на наружных поверхностях тел вращения наружного теплозащитного покрытия содержит направляющие 1, на которых установлены платформы 2 и 3, одна из которых неподвижная. На неподвижной платформе 2 смонтирована ось 4 тела вращения 5, снабженная элементами 6 крепления и фиксации разъемного резьбового типа и упорным кольцом 7 для фиксации тела вращения 5. На платформе 3, снабженной механизмом ручного перемещения, например лебёдкой 8, закреплены регулируемые в продольно-поперечном направлении роликовые опоры 9, на которых размещены зажимные кольца 10 и 11 с возможностью центрирования и фиксации в вертикальной плоскости относительно оси 4. Кольца 10 и 11 связаны между собой талрепами 12 и выполнены диаметром, большим, чем наружный диаметр тела вращения 5 из расчета обеспечения процесса натяжения чехла 13 НТЗП на поверхность тела вращения 5. На платформе 2 закреплены механизмы 14, 15 для протягивания колец 10, 11 соответственно с закрепленным на них чехлом 13 по наружной поверхности тела вращения 5 с обеспечением равномерного усилия натяжения по периметру колец 10, 11. Кольца 10 и 11 выполнены с зубцами 16 (фиг. 2, 3) на наружной поверхности, охваченной фиксирующими полукольцами 17 (фиг. 2, 3). Элементы 6 крепления и фиксации тела вращения 5 выполнены в виде колеса, по периметру которого равномерно выполнены ниши 18. В нишах 18 закреплены посредством винта 19 настраиваемые по высоте на заданную толщину будущей оболочки вкладыши 20 с иглой 21 с использованием сменных прокладок 22 (фиг. 4). Вкладыши 20 иглами 21 образуют опорную рабочую поверхность элементов 6 крепления и фиксации тела вращения 5, обеспечивающую соосность формующей оснастки с телом вращения 5 и настройку на заданную толщину будущей оболочки.
Опорная рабочая поверхность элементов 6 крепления и фиксации тела вращения 5 может быть образована сменными иглами 23, непосредственно закрепленными равномерно по его периметру и имеющими высоту, соответствующую заданной толщины будущей оболочки (Фиг. 5).
Устройство работает следующим образом.
Изготавливают бесшовную заготовку чехла 13 в форме рукава, например из материала многослойных кремнеземных тканей (MKT) с размерами внутренней поверхности, соответствующими размерам наружной поверхности тела вращения 5. Длина чехла 13 превышает длину изделия 5 на величину технологического припуска, необходимого для закрепления его в кольцах 10 и 11.
Настраивают рабочую опорную поверхность элементов 6 фиксации и крепления тела вращения 5, используя вкладыши 20 с иглой 21 и набор прокладок 22, на величину толщины будущей оболочки.
Возможен второй вариант настройки опорной поверхности элементов 6 фиксации и крепления тела вращения 5 путем использования сменных игл 23, имеющих высоту, соответствующую заданной толщине оболочки, которые закрепляют, например с помощью резьбового соединения, равномерно по периметру элементов 6 фиксации и крепления и поверхности тела вращения 5 (Фиг. 5).
Торцы чехла 13 по всему периметру закрепляют в зажимных кольцах 10 и 11 посредством зубцов 16, затем фиксируют по наружной поверхности колец 10 и 11 полукольцами 17, например, болтовым соединением.
Зажимные кольца 10 и 11 устанавливают и фиксируют от проворота в вертикальной плоскости на роликовых опорах 9, имеющих возможность продольно-поперечного перемещения.
Кольца 10 и 11 на роликовых опорах 9 перемещают в противоположных направлениях, до полного расправления чехла 13. Далее при помощи талрепов 12, установленных в кольца 10 и 11, окончательно растягивают чехол до придания формы оболочки и фиксируют их в таком положении.
На ось 4 устанавливают тело вращения 5 (изделие), закрепляют элементами 6 крепления и фиксации разъемного резьбового типа и фиксируют от осевых перемещений упорным кольцом 7.
Кольца 10 и 11 с закрепленным на них чехлом 13 в виде оболочки при помощи роликовых опор 9 центрируют относительно оси изделия 5. Кольцо 10, обращенное к свободному торцу изделия 5, подсоединяют по всему его периметру к механизму 14, например винтового типа с ручным приводом.
По направляющим 1 платформу 3 с кольцами 10 и 11 и закрепленным в них чехлом 13 в виде оболочки перемещают, например, лебедкой 8 в направлении платформы 2 с изделием 5, одновременно, для гарантированного обеспечения равномерного усилия натяжения чехла 13 по периметру зажимного кольца 10 с целью исключения перекосов при протягивании его по наружной поверхности тела вращения 5 механизмом 14 протягивают кольцо 10 до полного одевания чехла 13 на поверхность тела вращения 5 и фиксируют к неподвижной платформе 2, например, струбцинами (на чертеже не показаны). Затем механизм 15 крепят на болтовые соединения к упорному кольцу 7 и зажимному кольцу 11 и фиксируют положение зажимного кольца 11. После демонтируют талрепы 12, механизм 14 и устанавливают формующую оснастку, базируя ее по рабочим опорным поверхностям игл 21 вкладышей 20, настроенных (выставленных) на величину толщины будущей оболочки и обеспечивающих соосность формующей поверхности оснастки и тела вращения 5. После чего проводят процесс окончательного формирования оболочки.
За счет формирования наружного профиля оболочки НТЗП формующей оснасткой, установленной на опорные поверхности элементов 6 фиксации и крепления, настроенные посредством игл 21 и вкладышей 20 соосно наружной поверхности тела вращения 5 и в заданную толщину, обеспечивается повышенная точность и качество изготовления оболочек НТЗП - гарантированно обеспечивается равнотолщинность формуемых оболочек и соосность наружной оболочки с телом вращения.
Использование заявленной установки позволит по сравнению с прототипом расширить технологические возможности установки, повысить качество и точность изготовления оболочки.