Способ изготовления усиленного элемента жесткости из композиционного материала
METHOD FOR PRODUCING A REINFORCED STIFFENING ELEMENT OF COMPOSITE MATERIAL

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к технологиям усиления элементов жесткости из композиционных материалов.
Известен составной армирующий элемент для обеспечения высокой устойчивости к оттягиванию композиционного спринтера (патент RU №2569515, опубл. 27.11.2015 г.), содержащий композиционный удлиненный элемент, канал и множество композиционных структур. Композиционный удлиненный элемент имеет сторону, выполненную с возможностью соединения с поверхностью структуры. Канал находится на одной стороне и продолжается вдоль длины композиционного удлиненного элемента. Множество композиционных структур выполнено с возможностью размещения в канале и выполнено с возможностью закрепления участка стороны композиционного элемента на структуре. Композиционная структура (вставка) во множестве композиционных структур содержит слои, имеющие разные ориентации, выбранные для увеличения способности композиционного удлиненного элемента противостоят силам, которые оттягивают композиционный удлиненный элемент от структуры. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических показателей изделия, однако для изготовления элемента (вставки), который заполняет канал, потребуется множество слоев из композиционного материала, при этом каждый из них имеет свои размеры. Такая технология имеет высокую трудоемкость, что скажется на цене изделия.
Известно изобретение "Усиленные элементы жесткости и способ их изготовления" (патент RU №2514747, опубл. 10.05.2014 г.), которое принято за прототип. Изобретение относится к композиционному элементу жесткости, изготовленному с использованием заготовки из слоистой однонаправленной композиционной ленты. Элемент жесткости содержит полость, которую усиливают вставкой. Поверхности заготовок, окружающих полость, содержат слой композиционной ткани, которую соединяют со вставкой посредством клеящего слоя, и таким образом увеличивают прочность элементов жесткости в районе полости и повышают прочность на отрыв элемента жесткости. Недостаток данного способа заключается в том, что вставка выполняется как однонаправленная композиционная лента, или композиционный слоистый материал, или компонент, содержащий ткань и ленту или титановый компонент. Все представленные выше способы изготовления достаточно трудоемкие, т.к. требуют раскроя композиционного материала на полоски, затем последние должны укладываться с особой тщательностью, чтобы обеспечить соответствие поперечных сечений вставки и полости, образованной основанием и цилиндрическими поверхностями, соединяющими стенки и полки у швеллеров, а также полки уголков. Такой способ изготовления вставки приводит к удорожанию изделия.
Целью данного изобретения является создание способа изготовления усиленного элемента жесткости с уменьшенной трудоемкостью, а следовательно, снижение себестоимости изделия.
Поставленная цель достигается тем, что вставка элемента жесткости изготавливается методом намотки на барабан, на наружной поверхности которого выполнен ручей по форме полости, образованной основанием и цилиндрическими поверхностями, соединяющими стенки и полки швеллеров, а также полки уголков. При намотке ручей заполняется нитями, пропитанными связующим, после заполнения ручья кольцо с поперечным сечением вставки разрезается, для чего на барабане имеется щель, выполненная перпендикулярно ручью. Полученная таким образом вставка укладывается в полость элемента жесткости и проводится процесс отверждения по известной технологии. В качестве материала намотки, в зависимости от требования конструкции элемента жесткости, используются жгуты, ленты и их сочетания.
Предлагаемый способ поясняется на чертежах:
фиг. 1 - вид с торца элемента жесткости;
фиг. 2 - вид сбоку элемента жесткости;
фиг. 3 - вид с торца элемента жесткости из уголков;
фиг. 4 - полость элемента жесткости;
фиг. 5 - вставка;
фиг. 6 - барабан и ручей с намотанной вставкой;
фиг. 7 - профиль ручья для намотки вставки;
фиг. 8 - вставка, уложенная в полость элемента жесткости;
фиг. 9 - готовый усиленный элемент жесткости.
Элемент жесткости (фиг. 1, фиг. 2) содержит пару швеллеров 1, образующих двутавр, основание 2, при их сборке образуется полость 3 между основанием 2 и цилиндрическими поверхностями 4, соединяющими стенки 5 и полки 6 швеллеров 1 (фиг. 4), в которую необходимо уложить вставку 7 (фиг. 5, фиг. 8, фиг. 9). Вместо швеллеров при необходимости используются уголки 8, состыкованные полками 9, образуя своими цилиндрическими поверхностями 4 и основанием 2 аналогичную полость 3 (фиг. 3, фиг. 4), в которую также требуется уложить вставку 7 (фиг. 5, фиг. 8, фиг. 9). Для изготовления вставки 7 намоткой нитей, являющихся армирующей основой композиционного материала, используется барабан 10, на котором имеется ручей 11 (фиг. 6, фиг. 7), выполненный по форме полости 3 (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 4), при этом площади Sп поперечных сечений полости 3 и Sp ручья 11 имеют соотношение (1,02…1,1)Sп=Sp. С таким же соотношением поперечных сечений площадей полости 3 и вставки 7 изготавливается последняя, это необходимо для плотного заполнения вставкой 7 полости 3, с исключением пустот в мести их контакта. После заполнения ручья 11 нитями, пропитанными связующим (фиг. 6), вставка 7 разрезается, паз 12 позволяет выполнить такую операцию. Далее извлеченную вставку 7 из ручья 11 (фиг. 5, фиг. 6) укладывают в полость 3 между цилиндрическими поверхностями 4 (фиг. 3, фиг. 8), устанавливают основание 2, через которое передается сила сжатия на вставку 7 (фиг. 9). Собранные детали уплотняют и отверждают для окончательного образования элемента жесткости.
Таким образом, способ позволит снизить трудоемкость изготовления вставки и, как следствие, всего усиленного элемента жесткости.