ОСНАСТКА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ РАМЫ ИЛЛЮМИНАТОРА

Область техники.
Полезная модель относится к области самолетостроения или судостроения, и конкретно к конструкции оснастки, предназначенной для формования рамы (окантовки) иллюминатора, устанавливаемой в корпусе летательного аппарата или судна. Рама иллюминатора необходима для крепления стекла иллюминатора, восстановления жесткости конструкции корпуса летательного аппарата или судна, нарушенной вскрытием отверстия под иллюминатор, обеспечения герметичности корпуса. Рама иллюминатора должна иметь минимально возможную массу и не нарушать обтекаемость корпуса. Для формования рамы используют преформу, т.е. предварительно подготовленную заготовку из армирующего наполнителя (из полимерного композиционного материала), которой придана форма рамы иллюминатора. Помещенную в оснастку преформу пропитывают термореактивными эпоксидными, эпокси-фенольными, полиамидными и другими видами связующих.
Уровень техники.
Известна оснастка для формования рамы иллюминатора, представляющая собой пресс-форму, состоящую из верхней и нижней частей, внутри каждой из которых размещены внутренний и внешний литейные элементы. Предварительно изготовленную из волокна преформу рамы иллюминатора помещают между двумя литейными элементами оснастки - прессформы, после чего прессформу закрывают, и в нее под давлением инжектируют подогретую до необходимой температуры смолу. Затем заготовку рамы отверждают внутри прессформы (см. патент US 7988093). В указанном патенте отсутствует информация об особенностях конструктивного выполнения прессформы, определяющих порядок сборки ее частей в единую оснастку, а также не проработан вопрос герметизации формообразующей полости, в которой происходит формование рамы иллюминатора. В результате не представляется возможным оценить качество изделия, получаемого при использовании оснастки по патенту.
Ближайшим аналогом к заявляемой полезной модели является оснастка для формования окантовки (рамы) иллюминатора, содержащая опорную плиту и центральный и периферийный формообразующие элементы, установленные на опорной плите и один внутри другого с образованием между ними герметизированной полости для размещения преформы рамы иллюминатора. Имеется также верхняя плита, при этом верхняя и нижняя плиты имеют отверстия под нагревательные элементы. Поверхность центрального формообразующего элемента - вкладыша повторяет внутренний контур окантовки по фланцу и высоте; поверхность периферийного формообразующего элемента - секционного вкладыша повторяет наружный контур окантовки по фланцу и высоте. Центральный формообразующий элемент снабжен центрирующими штифтами, взаимодействующими с отверстиями в нижней плите. К полости для размещения преформы подведены каналы, через которые подается полимерное связующее к преформе (см. патент RU 97086 U1). Одним из недостатков известной оснастки является отсутствие точного позиционирования центрального и периферийного формообразующих элементов относительно друг друга, а также отсутствие фиксации секций периферийного формообразующего элемента и возможность его непредсказуемого смещения при сборке оснастки, в связи с чем может быть не обеспечено точное соответствию формы полученной детали форме рамы иллюминатора. Кроме того, упомянутое отсутствие фиксации секций периферийного вкладыша влечет за собой необходимость использования, в качестве заготовки из армирующего наполнителя, преформы в виде единой детали, соответствующей заготовке рамы иллюминатора, формуемой в оснастке, и значительно затрудняет возможность применения составной преформы. Совмещение преформы с остальными деталями оснастки затруднено с одной стороны из-за сложности ее формы, и с другой - из-за нестабильного положения формообразующих элементов. Конструктивное построение оснастки из двух металлических плит утяжеляет оснастку, а размещение нагревателей в верхней и нижней плитах требует увеличения толщины этих плит, что приводит к еще большему увеличению ее веса.
Раскрытие полезной модели
Задачей заявляемой полезной модели является создание оснастки для формования рам иллюминатора различных конфигураций, в которой обеспечено устранение указанных недостатков.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в упрощении конструкции оснастки и в снижении ее веса, в повышении качества рамы иллюминатора, отформованной в предлагаемой оснастке, в упрощении и удешевлении всего процесса изготовления рамы иллюминатора.
Для достижения указанного технического результата предлагается конструкция оснастки для формования рамы иллюминатора из полимерного композиционного материала, содержащей опорную плиту и центральный и периферийный формообразующие элементы, установленные на опорной плите и один внутри другого с образованием между ними герметизированной полости для размещения преформы рамы иллюминатора. Опорная плита и формообразующие элементы выполнены из полимерного композиционного материала. Периферийный формообразующий элемент имеет чашеобразную форму с отбортовкой в основании и состоит из двух герметично скрепленных между собой разъемным соединением монолитных секций, образованных в результате рассечения его по плоскости, проходящей через ось симметрии оснастки. Внутренняя боковая поверхность периферийного формообразующего элемента, на части ее высоты со стороны опорной плиты, и внутренняя поверхность отбортовки являются формообразующими поверхностями для образования наружной контурной поверхности рамы иллюминатора. Центральный формообразующий элемент выполнен в виде единой детали чашеобразной формы, наружная боковая поверхность которой, на части ее высоты со стороны опорной плиты, является формообразующей поверхностью для образования внутренней контурной поверхности рамы иллюминатора. Опорная плита скреплена с формообразующими элементами разъемным соединением и имеет, по меньшей мере, один штуцер, для подачи полимерного связующего к преформе, и литниковый канал, сообщающийся со штуцером и с герметизированной полостью для размещения преформы.
Благодаря конструктивному выполнению частей оснастки и закреплению периферийного и центрального формообразующих элементов на опорной плите создается точное позиционирование формообразующих элементов относительно друг друга и достигается такое качество формования, при котором полученное изделие соответствует по всем геометрическим параметрам взятой за основу раме иллюминатора.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где
На фиг.1 изображена предлагаемая оснастка, вид спереди с частичным разрезом;
На фиг.2 - предлагаемая оснастка, вид сверху;
На фиг.3 - предлагаемая оснастка вид сбоку с частичным разрезом.
Осуществление полезной модели
Оснастка представляет собой симметричную конструкцию и содержит центральный формообразующий элемент 1, периферийный формообразующий элемент 2 и опорную плиту 3. Опорная плита 3 и формообразующие элементы 1 и 2 выполнены из полимерного композиционного материала,
Центральный формообразующий элемент 1 выполнен в виде единой детали чашеобразной формы. Наружная боковая поверхность 4 элемента 1 на той части его высоты, которая находится со стороны опорной плиты 3, является формообразующей поверхностью. Форма этой поверхности определяет конфигурацию внутренней контурной поверхности рамы иллюминатора,
Периферийный формообразующий элемент 2 имеет чашеобразную форму с отбортовкой 5 в основании. Отбортовка 5 элемента 2 имеет формообразующий участок 6 и опорный участок 7. Периферийный элемент 2 охватывает центральный элемент 1 по всему периметру его боковой поверхности. Периферийный элемент 2, центральный элемент 1 и опорная плита 3 выполнены таким образом, что при размещении центрального элемента 1 внутри периферийного элемента 2 и при закреплении их на опорной плите 3, между ними образуется полость 8, имеющая конфигурацию преформы рамы иллюминатора и служащая для размещения этой преформы. Полость 8 состоит из двух сообщающихся участков: кольцевого участка 9, образованного между участком 6 и опорной плитой 3, и вертикального кольцевого участка 10 между наружной боковой поверхностью центрального элемента 1 и внутренней боковой поверхностью периферийного элемента 2. Участок 7 отбортовки 5 периферийного элемента 2 опирается на плиту 3.
Периферийный и центральный формообразующие элементы могут, в перпендикулярном с оси оснастки сечении, иметь овальную (как показано на фиг.2), или круглую форму в зависимости от формы рамы иллюминатора.
Периферийный формообразующий элемент 2 состоит из двух герметично скрепленных между собой разъемным соединением монолитных секций 11 и 12, образованных в результате рассечения его по плоскости, проходящей через ось симметрии оснастки. Внутренняя боковая поверхность элемента 2 на части ее высоты со стороны опорной плиты 3 и внутренняя поверхность участка 6 отбортовки 5 являются формообразующими поверхностями и определяет конфигурацию наружной контурной поверхности рамы иллюминатора. На секциях 11 и 12, в зонах разъема периферийного элемента 2 на секции, снаружи предусмотрены косынки 13. Соседние косынки 13 секций 11, 12 примыкают одна к другой и соединяются между собой болтами 14. Между косынками 13 проложены уплотнительные элементы 15.
Верхние кромочные участки 16 и 17 периферийного и центрального элементов 2 и 1 имеют форму усеченного конуса каждый за счет наклона их под тупым углом к вертикальным цилиндрическим стенкам 18 и 19 элементов 2, 1. При этом наружная поверхность участка 17 центрального элемента 1 прилегает к внутренней поверхности участка 16 периферийного элемента 2. Между прилегающими указанными поверхностями проложен кольцевой уплотнительный элемент 20.
Центральный элемент 1 опирается на опорную плиту 3 своим днищем 21, а периферийный элемент 2 - своим участком 7. Опорная плита 3 соединена с днищем 21 центрального элемента 1 болтами 22 и с участком 7 периферийного элемента 2 болтами 23. Между плитой 3 и днищем 21 центрального элемента проложен кольцевой уплотнительный элемент 24 и плитой 3 и участком 7 - кольцевой уплотнительный элемент 25. В днище 21 центрального элемента 1 и в опорной плите 3 выполнены центральные отверстия 26 и 27 для облегчения доступа к крепежным болтам 22.
Уплотнительные элементы 15, 20, 24 и 25 обеспечивают надежную герметизацию полости 8, в которую помещается преформа.
В опорной плите 3 смонтированы штуцеры 28, через которые подается полимерное связующее к преформе. В плите 3 выполнен кольцевой литниковый канал 29. Канал сообщается со штуцером 28 и полостью 8 и обеспечивает равномерную подачу связующего в полость.
Оснастка используется следующим образом.
Предварительно изготавливают преформу рамы иллюминатора, т.е. предварительно подготовленную заготовку из армирующего наполнителя (из полимерного композиционного материала), которой придана форма рамы иллюминатора.
Преформы натягивают со стороны ее внутренней поверхности на формообразующую наружную поверхность центрального элемента 1 со стороны его днища 21. Центральный элемент вместе с надетой на него преформой устанавливают на опорную плиту 3 и фиксируют его на плите болтами 22. На наружную поверхность преформы устанавливают секции 11 и 12 периферийного формообразующего элемента 2. При этом: формообразующая внутренняя поверхность секций элемента 2 входит по всему контуру в плотный контакт с наружной поверхностью преформы, внутренняя поверхность участка 16 периферийного элемента 2 плотно прилегает к наружной поверхности участка 17 центрального элемента 1, а опорный участок 7 отбортовки 5 элемента 2 опирается на плиту 3. Скрепляют секции 11 и 12 в области косынок 13 болтами 14. Предварительно, при установке периферийного элемента 2 и скреплении секций 11, 12, прокладывают: между участками 16 и 17 - кольцевой уплотнительный элемент 20, между опорным участком 7 и плитой 3 - кольцевой уплотнительный элемент 25 и между участками стыка секций уплотнительные элементы 15.
Подсоединяют штуцер 28 к пропиточной машине. Через штуцер 28 подают термореактивное связующее (эпоксидное, эпокси-фенольное, полиамидное или другой вид связующего), которое, равномерно распределяясь в литниковом канале 29, поступает в преформу. По окончании подачи связующего штуцер 28 закрывают и тем самым заглушают полость оснастки, в которой расположена пропитанная связующим преформа. Помещают оснастку в термопечь, производят нагрев оснастки с заложенной в ней пропитанной связующим преформой до заданной температуры, обеспечивающей достижение требуемой при формовании величины вязкости полимерного связующего. После необходимой технологической выдержки при температуре гелеобразования полимерного связующего, процесс продолжают до полной полимеризации связующего. По окончании формования оснастку удаляют из термопечи. Извлечение из оснастки полученной в результате формования отвержденной рамы иллюминатора производят после охлаждения оснастки до температуры не более 50°C.