Оправка для изготовления оболочек из композиционного материала методом намотки

Полезная модель относится к производству изделий (труб или оболочек) из композиционных материалов (например, угле- или стеклопластиков и др.) методом намотки и может быть использована в строительстве, а также химической и машиностроительной промышленности.
Известна оправка, являющаяся наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту и примененная в устройстве для изготовления изделий методом намотки. Эта оправка, содержит продольные элементы каркаса, расположенные по контуру оболочки и образующие поверхность оправки, которые закреплены на валу с помощью раздвижных элементов с возможностью перемещения их относительно вала в радиальном направлении (патент РФ 2 213 661 на изобретение «Разборная оправка для изготовления деталей цилиндрической формы» / Баранов А.В., Кузьмин А.Г., Ермаков А.Б., заявлено 21.06.2002, опубликовано: 10.10.2003, Бюлл. № 28). Выдвижные элементы позволяют уменьшать диаметр оправки для распрессовки и съема изделия.
Однако такая оправка позволяет изготавливать только цилиндрические изделия одного диаметра.
Заявляемый объект решает техническую задачу расширения технологических возможностей устройства за счет достижения возможности изготовления на одной оправке цилиндрических, конических и овальных изделий разного диаметра.
Технический результат достигается тем, что в оправке для изготовления оболочек из композиционного материала методом намотки, содержащей продольные элементы каркаса, расположенные по контуру оболочки и закрепленные на валу с помощью раздвижных элементов с возможностью перемещения их относительно вала в радиальном направлении, согласно полезной модели, снаружи к каждому продольному элементу каркаса закреплены продольные гибкие в радиальном направлении не связанные между собой пластинки, уложенные по контуру оправки последовательно с нахлёстом друг на друга в тангенциальном направлении.
Гибкие пластинки образуют округлую поверхность оправки вследствие огибания продольных элементов каркаса, что возможно благодаря их гибкости в радиальном направлении.
Огибание продольных элементов каркаса гибкими пластинками может происходить, как за счет давления предварительно намотанной разделительной пленки и укладываемой поверх нее ленты армирующего наполнителя, производимого на оправке изделия из композиционного материала, так и за счет давления предварительно установленного растяжимого чехла из эластичного антиадгезионного материала, например силикона. При этом чехол устанавливается на минимально возможный диаметр оправки, чтобы при увеличении ее диаметра он всегда был растянут. Такой чехол дополнительно сглаживает неровности на поверхности оправки, образующиеся из-за нахлеста гибких пластинок друг на друга. Из-за растяжимости чехла он способен изменять диаметр вместе с оправкой и обеспечивать отсутствие сцепления между оправкой и наматываемым изделием без необходимости наматывания разделительной пленки. Пластинки могут быть изначально выполнены изогнутыми по дуге в окружном направлении, с радиусом кривизны равным минимально возможному радиусу оправки, что облегчает огибание продольных элементов при малых радиусах оправки.
Для увеличения диаметра оправки раздвижными элементами продольные элементы каркаса вместе с закрепленными к ним пластинками перемещаются радиально по направлению от вала, при этом пластинки, огибающие продольные элементы, раздвигаются, уменьшая длину нахлеста в тангенциальном направлении. Для получения конической поверхности с одного края оправки раздвижные элементы перемещают в радиальном направлении концы продольных элементов больше, чем с другого. Для получения овальной или другой поверхности по контуру раздвижные элементы раздвигают неравномерно в радиальном направлении, для этого у них предусмотрены независимые раздвигающие приводы, которые могут быть гидравлическими, пневматическими или механическими.
Для обеспечения возможности неодинакового перемещения в радиальном направлении раздвижных элементов, находящихся на противоположных краях оправки, например для придания оправке конической формы, крепление раздвижных элементов к центральному валу может быть выполнено через скользящие вдоль него втулки. В таком случае при перемещении в радиальном направлении концов продольных элементов больше с одного края, чем с другого возможность образования конической формы оправки обеспечивается за счет скольжения втулок и изменения расстояния между ними. Также для формирования конической поверхности при неодинаковом перемещении в радиальном направлении раздвижных элементов, находящихся на противоположных краях оправки, продольные элементы каркаса вместе с установленными на них пластинками могут быть выполнены телескопическими.
На фиг. 1 показан продольный разрез оправки с приданной ей цилиндрической формой поперечного сечения, на фиг. 2 - то же с конической формой, на фиг. 3 - поперечный разрез оправки уменьшенного диаметра, на фиг. 4 - то же увеличенного диаметра, на фиг. 5 - деталь одного из возможных вариантов установки раздвижного элемента с механическим приводом на валу оправки, на фиг. 6 - разрез А-А по фиг. 5.
Оправка содержит центральный вал 1, на котором установлены втулки 2, которые закреплены на валу 1 винтовым стопором 3. На втулке 2 выполнены радиально расположенные цилиндрические гнезда 4 и кольцевые пазы 5. В гнездах 4 радиально установлены раздвижные элементы 6, на концах которых, обращенных к валу 1, имеется резьба 7. На резьбу 7 в пазе 5 установлена гайка 8, имеющая привод для вращения (на фигурах не показан). От проворачивания раздвижные элементы 6 удерживает вставленная перпендикулярно им в паз 15 шпонка 9, пропущенная через отверстие 10 на втулке 2. К внешним концам раздвижных элементов посредством шарниров 11 прикреплены концы продольных элементов 12 каркаса, расположенных по образующей наружного контура оправки. К продольным элементам каркаса закреплены уложенные по контуру оправки последовательно внахлест продольные гибкие пластинки 13, не связанные между собой. Поверх пластинок 13 может быть намотана разделительная пленка либо установлен растяжимый чехол 14 из эластичного антиадгезионного материала, например силикона.
Работа устройства осуществляется следующим образом. С помощью привода гаек 8 (на фигурах не показан) перемещают в радиальном направлении раздвижные элементы 6 и закрепленные к ним через шарнир 11 концы продольных элементов каркаса 12 с закрепленными к ним пластинками 13 до придания наружной поверхности оправки нужной формы, которая может быть круговым цилиндром разных диаметров, цилиндром с овальным поперечным сечением (для этого по контуру выдвижные элементы 12 перемещают неравномерно), или усеченным конусом (для этого раздвижные элементы 6 с одного края оправки перемещают больше, чем с другого, а с ними и концы продольных элементов 12, при этом стопор 3 на втулке 2 с одного торца оправки временно отпускают). При наличии растяжимого чехла 14 из эластичного антиадгезионного материала, например силикона, он не препятствует изменению контура оправки, сглаживает ее поверхность и прижимает пластинки 13 друг к другу. Вместо чехла 14 быть намотана разделительная пленка. В некоторых случаях можно обойтись без чехла 14 и без обертывания оправки разделительной пленкой. После намотки и отверждения изделия гайками 8 выдвижные элементы 6, а вместе с ними продольные элементы каркаса 12 и пластинки 13 перемещают внутрь, распрессовывая изделие, которое затем снимают с оправки. Затем цикл намотки повторяется, при необходимости с перенастройкой контура оправки.
По сравнению с прототипом заявляемая оправка имеет расширенные технологические возможности, позволяя изготавливать без введения дополнительных элементов цилиндрические, овальные и конические оболочки разного диаметра из композиционного материала.
Пример 1
Предлагаемая полезная модель может быть применена для намотки стеклопластиковой цилиндрической трубы с внутренним диаметром 300 мм. Для этого сначала все раздвижные элементы 6 с обоих краев оправки раздвигаются таким образом, что наружная поверхность растяжимого эластичного чехла 14 имеет цилиндрическую форму и диаметр 300 мм. После намотки и отверждения цилиндрической трубы раздвижные элементы 6 сдвигаются в радиальном направлении по направлению к центральному валу 1 на расстояние 5…10 мм, смещая на такое же расстояние концы продольных элементов каркаса 12, скрепленные с ними гибкие пластинки 13, растянутый эластичный чехол из антиадгезионного материала 14 сжимается, т.к. при намотке он находился в растянутом состоянии. Изготовленная цилиндрическая стеклопластиковая труба свободно снимается с оправки.
Пример 2
Предлагаемая полезная модель может быть применена для намотки стеклопластиковой конической трубы с внутренним диаметром меньшего основания 300 мм, с внутренним диаметром большего основания 400 мм. Для этого раздвижные элементы 6 с одного края оправки раздвигаются таким образом, что наружная поверхность растяжимого эластичного чехла 14 имеет в этом месте форму круга с диаметром 300 мм, а раздвижные элементы 6 на противоположном краю оправки раздвигаются таким образом, что наружная поверхность растяжимого эластичного чехла 14 имеет в этом месте форму круга с диаметром 400 мм. После намотки и отверждения конической трубы раздвижные элементы 6 сдвигаются в радиальном направлении по направлению к центральному валу 1 на расстояние 5…10 мм, смещая на такое же расстояние концы продольных элементов каркаса 12, скрепленные с ними гибкие пластинки 13, растянутый эластичный чехол из антиадгезионного материала 14 сжимается, т.к. при намотке он находился в растянутом состоянии. Изготовленная коническая стеклопластиковая труба свободно снимается с оправки.
Источники информации
1. Патент РФ 2 213 661 на изобретение «Разборная оправка для изготовления деталей цилиндрической формы» / Баранов А.В., Кузьмин А.Г., Ермаков А.Б., заявлено 21.06.2002, опубликовано: 10.10.2003, Бюл. № 28