ОСНАСТКА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ДЕТАЛИ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения, авиастроения и других отраслей промышленности и касается конструкции оснастки, предназначенной для формования изделий из преформы, т.е. из предварительно подготовленной заготовки из армирующего наполнителя (из полимерного композиционного материала), которой придана форма изделия. В частности, предлагаемая оснастка может быть использована для формования фланцев, применяемых для соединения частей трубопроводов. В качестве армирующих наполнителей используются волокнистые наполнители из химических органических и неорганических волокон (например, стекловолокна, углеродные волокна, базальтовые волокна) в виде их основных выпускных форм: резаные волокна, нити, жгуты, ленты, ткани, плетеные и вязаные структуры, холсты и нетканые материалы. Помещенную в оснастку преформу пропитывают термореактивными эпоксидными, эпокси-фенольными, полиамидными и другими видами связующих.
Уровень техники
Известна оснастка для изготовления профилированных кольцевых изделий из полимерных материалов, содержащее составную нижнюю полуформу и верхнюю полуформу. Нижняя полуформа состоит из плиты с профилированным кольцевым гребнем и двух обойм - внешней и внутренней. Обоймы концентрично установленными на плите с образованием кольцевой загрузочной камеры вокруг профилированного гребня. Верхняя полуформа состоит из внешнего и внутреннего формообразующих колец и имеет литниковый канал для выхода излишнего рабочего агента. Рабочий агент (полимерный материал) заливается в загрузочную камеру до вершины профилированного гребня, после чего устанавливаются детали верхней полуформы, которые воздействуют на рабочий агент, обеспечивая придание материалу формы изготавливаемого изделия. Излишки рабочего агента вытесняются через литниковый канал (см. RU 30310 U1). Оснастка предназначена для изготовления изделий из полимерных материалов литьевым методом.
В последние десятилетия развитие технологий производства изделий из полимерных композиционных материалов идет по пути снижения трудоемкости и энергоемкости производства. В настоящее время предпочтение имеют технологии изготовления изделий методами пропитки полимерным связующим под давлением предварительно подготовленных заготовок армирующего наполнителя (преформ). Если обратиться к оснастке по патенту RU 30310, то она не может быть использована, без конструктивной доработки, для формования изделий из полимерного композиционного материала путем пропитки преформы связующим. Конструкция оснастки применима для формования изделий литьевым методом из высоковязких полимерных материалов. В случае же использовании ее для формования изделий методом пропитки предварительно подготовленной преформы связующим, подаваемым под давлением внутрь оснастки, низковязкое связующее выдавится из замкнутого объема оснастки прежде, чем проникнет внутрь преформы, смачивая все волокна преформы. В результате не будет обеспечено требуемое количество связующего в полимерном композиционном материале изделия.
Известна оснастка, которая состоит из двух полуформ, составляющих в рабочем положении герметизируемую посредством уплотнительных прокладок конструкцию. Преформа помещается в полости внутри оснастки, к которой подведены штуцеры для подачи связующего (см. US 2011192531 A1). Оснастка позволяет производить формование изделий с использованием прогрессивной современной технологии, заключающейся в предварительной подготовке, за пределами оснастки, заготовки по форме изделия из армирующего наполнителя (преформы), в размещении заготовки в герметизируемой полости оснастки, в пропитке ее путем инжекции полимерного связующего под избыточным давлением в герметичную полость и в обеспечении условий, необходимых для отверждения связующего. Однако конструктивное выполнение известной оснастки рассчитано на формование изделий несложной формы и сплошного сечения, что ограничивает технологические возможности формы при этом не обеспечены условия для удобного извлечения изделий из формы.
Задачей заявляемой полезной модели является создание конструкции оснастки для формования деталей различных конфигураций, в том числе со сквозными и глухими отверстиями и полостями, из преформ этих деталей пропиткой преформы полимерным связующим под давлением в замкнутой герметизированной полости.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемой полезной модели, заключается в расширении технологических возможностей оснастки за счет расширения ассортимента получаемых изделий, которые можно получить при помощи предлагаемой оснастки, а также в повышении удобства при загрузке преформы в оснастку и при извлечении из оснастки готового изделия.
Для достижения указанного технического результата предлагается конструкция оснастки для формования детали из полимерного композиционного материала, содержащей корпус, внутри которого образована полость для размещения преформы формуемого изделия, расположенный внутри корпуса центральный формообразующий съемный сердечник, и две плиты, расположенные со стороны соответствующих торцов корпуса. Корпус охватывает сердечник с образованием между ними герметизированной полости для размещения преформы формуемого изделия. Каждая плита прилегает к соответствующему торцу корпуса через уплотнительный элемент и имеет, по меньшей мере, один штуцер и литниковый канал, сообщающийся со штуцером и с указанной полостью. Корпус состоит, по меньшей мере, из двух герметично скрепленных между собой разъемным соединением секций, образованных в результате рассечения его по плоскости, проходящей через ось оснастки или параллельно этой оси. Секции корпуса скреплены между собой болтами.
Предлагаемое техническое решение позволяет формировать внутри оснастки детали различных конфигураций и значительно облегчить при этом загрузку преформы в оснастку и извлечение готового изделия за счет простоты монтажа и демонтажа оснастки.
Краткое описание чертежей.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг. 1 изображена предлагаемая оснастка, вид сбоку;
На фиг. 2 - то же, вид сверху
На фиг. 3 - то же, вид спереди с частичным вырывом;
На фиг. 4 - вид по A-A на фиг 2.
Осуществление полезной модели
Существо полезной модели поясняется на примере использования предлагаемой оснастки для формования фланца из полимерного композиционного материала, предназначенного для соединения труб и состоящего из диска с отверстиями под болты или шпильки и трубчатой части, примыкающей к диску.
Основными частями оснастки являются: корпус 1, верхняя плита 2, нижняя плита 3 и центральный формообразующий сердечник 4. Части оснастки выполняются из жесткого термостойкого материала, преимущественно из металла.
Наружная окружная поверхность 5 сердечника 4 выполнена по форме поверхности полости получаемого в результате формования изделия. Следовательно, при формовании конкретного изделия - фланца наружная поверхность сердечника 4 имеет форму (цилиндра или усеченного конуса), соответствующую форме внутренней поверхности трубчатой части фланца. При этом сердечник 4 установлен по оси 6 оснастки.
Корпус 1 состоит из двух соединенных между собой секций 7 и 8. Плоскость 9, по которой секции соединяются между собой, т.е. плоскость разделения корпуса 1 на секции 7 и 8 совпадает с плоскостью, проходящей через ось оснастки. В случае формования деталей более сложной конфигурации корпус 1 будет разделен двумя и более плоскостями, и число секций будет увеличено в два раза и более для обеспечения беспрепятственного доступа внутрь корпуса при размещении преформы и при извлечении готового изделия. В любом случае количество секций и их конфигурации должны быть такими, чтобы можно было обеспечить беспрепятственный охват преформы корпусом без ее деформации и беспрепятственное извлечение готового изделия, причем секции могут быть как идентичны, так и различны по конфигурации.
На секциях 7, 8 корпуса 1 в зонах разъема корпуса снаружи предусмотрены косынки 10. Соседние косынки 10 секций примыкают одна к другой и соединяются между собой болтами 11.
Корпус 1 охватывает сердечник 4 с образованием между ними полости 12, состоящей из двух частей: части 13 в которой происходит формование дискового участка изделия-фланца, и части 14, в которой происходит формование трубчатого участка изделия-фланца. Внутренняя поверхность 15 корпуса 1 повторяет наружную поверхность изделия-фланца.
Верхняя плита 2 расположена со стороны верхнего торца 16 корпуса 1 и примыкает к торцу 16 корпуса и к верхнему торцу 17 сердечника 4 через уплотнительный элемент 18. Нижняя плита 3 расположена со стороны нижнего торца 19 корпуса 1 и примыкает к торцу 19 корпуса и к нижнему торцу 20 сердечника 4 через уплотнительные элементы 21 и 22. Плиты 2 и 3 соединены с корпусом 1 болтами 23. Сердечник 4 съемно установлен на нижней плите 3 посредством оси 24 и присоединен к нижней плите 3 винтами 25. Такая установка сердечника позволяет закреплять его внутри оснастки при формовании изделий со сквозными или глухими отверстиями или с полостями, или извлекать из оснастки при формовании изделий без отверстий или полостей.
В верхней плите 2 установлен штуцер 26, через который может производиться подача связующего к преформе или удаление излишков связующего, или обеспечивается вакуумирование полости 12. В плите 2 выполнен литниковый канал 27. Канал 27 сообщается со штуцером 26 и полостью 12 и обеспечивает равномерную подачу связующего в полость 12 или удаление излишков связующего, или равномерное вакуумирование полости 12 по всему периметру.
В нижней плите 3 установлен штуцер 28, через который может производиться подача связующего к преформе или удаление излишков связующего, или обеспечивается вакуумирование полости 12. В плите 3 выполнен литниковый канал 29. Канал 29 сообщается со штуцером 28 и полостью 12 и обеспечивает равномерную подачу связующего в полость 12 или удаление излишков связующего, или равномерное вакуумирование по всему периметру.
Установочные болты 30 при размещении оснастки на опорной поверхности обеспечивают возможность доступа к нижней плите 3. Оснастка используется следующим образом.
Предварительно изготавливают преформу по форме фланца из армирующего наполнителя. Устанавливают преформу на сердечник 1. Охватывают преформу снаружи секциями 7 и 8 корпуса 1. Секции скрепляют между собой в единый корпус в зоне косынок 10 болтами 11, проложив между стыками секций уплотнительные элементы 31. Сверху и снизу подводят плиты 2 и 3 и прикрепляют их к корпусу болтами. При подсоединении плит 2 и 3 к корпусу 1 используют уплотнительные элементы 21 и 22. Уплотнительные элементы 31, 21 и 22 обеспечивают надежную герметизацию полости 12, в которой преформа пропитывается связующим. Подсоединяют нижний штуцер 28 к пропиточной машине. Через штуцер 28 подают связующее, которое, равномерно распределяясь в литниковом канале 29, поступает в преформу. При появлении связующего из верхнего штуцера 26, подачу связующего прекращают, штуцер 26 закрывают и тем самым заглушают полость оснастки, в которой расположена пропитанная связующим преформа. Через нижний штуцер 28 создают необходимую величину давления внутри полости оснастки. Отсоединяют оснастку от пропиточной машины. 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 полученного в результате формования отвержденного изделия производят после охлаждения оснастки до температуры не более 50°C. Для извлечения готового изделия отсоединяют верхнюю 2 и нижнюю 3 плиты и разъединяют секции 7 и 8 корпуса.