УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТВЕРЖДЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
COMPOSITE MATERIAL CURING DEVICE

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно оболочек вращения для силовых конструкций, например, раструбов сопловых блоков ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).
При изготовлении изделий из композиционных материалов формируют пакет исходного материала, пропитывают полученный пакет связующим и помещают его в устройство для отверждения.
Известно устройство для отверждения композиционных материалов, содержащее корпус и крышку, размещенные внутри корпуса формообразующую оправку и охватывающую ее эластичную диафрагму (см., например, И.М.Буланов, В.В.Воробей. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1998 г. - стр.146-148).
Известно также устройство для отверждения композиционных материалов, содержащее корпус с фланцем и крышку с ответным фланцем, размещенные внутри корпуса формообразующую оправку и охватывающую формообразующую оправку эластичную диафрагму (патент РФ №2252141 - прототип).
Формообразующая оправка с композиционным материалом и эластичной диафрагмой размещаются на загрузочном столе, помещаемом внутрь корпуса устройства.
Известное устройство позволяет изготавливать из композиционных материалов сложные детали больших размеров вакуум-автоклавным формованием.
Однако известное устройство имеет большие габариты, сложную конструкцию, для его изготовления требуются значительные затраты.
При изготовлении особо ответственных деталей РДТТ, отверждение проводят при высоких давлении и температуре, в качестве рабочей среды применяют жидкость, например, глицерин, при этом особые требования предъявляются к целостности и надежной герметичности эластичной диафрагмы, для выполнения которых необходимо осуществление надежного вакуумирования эластичной диафрагмы.
Поддержание требуемых величин давления и температуры в большом объеме корпуса затруднительно. Необходимо большое количество рабочей жидкости, объем корпуса используется нерационально.
Для вакуумирования внутренней полости эластичной диафрагмы в известном устройстве применяется сложная система, при этом для подсоединения к вакуумной линии нужно вплавлять или вклеивать внутрь диафрагмы штуцеры, что повышает трудоемкость подготовки к отверждению.
Технической задачей данного изобретения является создание простой, компактной конструкции устройства для отверждения композиционных материалов, не требующей значительных затрат на его изготовление, при обеспечении высокого качества процесса отверждения.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для отверждения композиционных материалов, содержащем корпус с фланцем, крышку с ответным фланцем и размещенные внутри корпуса формообразующую оправку с кольцевым основанием и охватывающую формообразующую оправку эластичную диафрагму с кольцевым буртом, фланцы корпуса и крышки скреплены через герметично установленную между ними кольцевую вставку, в которой образованы посадочные места под эластичную диафрагму и под формообразующую оправку, при этом в одном из них, выполненном со стороны корпуса, закреплен бурт эластичной диафрагмы, а в другом, выполненном со стороны крышки, установлено основание формообразующей оправки.
Кроме того, устройство снабжено рядом кольцевых вставок, различающихся величиной внутреннего диаметра.
Введение в конструкцию устройства кольцевой вставки, герметично установленной между фланцами корпуса и крышки, позволяет надежно и просто закрепить бурт эластичной диафрагмы и основание формообразующей оправки в посадочных местах, выполненных в кольцевой вставке, при обеспечении компактности устройства.
Наличие кольцевой вставки обеспечивает достаточно высокую технологичность при монтаже и демонтаже эластичной диафрагмы и формообразующей оправки.
Закрепление эластичной диафрагмы и формообразующей оправки в кольцевой вставке исключает необходимость в изготовлении корпуса с массивным фланцем для выполнения посадочных мест под эластичную диафрагму и под формообразующую оправку.
Скрепление фланцев корпуса и крышки через герметично установленную между ними кольцевую вставку, в которой образованы посадочные места под эластичную диафрагму и под формообразующую оправку, позволяет отделить полость, заполняемую рабочей средой, от полости внутри оправки, которая может вакуумироваться для удаления летучих веществ из композиционного материала в процессе отверждения, что повышает качество изготовления деталей, при этом упрощается система вакуумирования.
При этом объем полости между эластичной диафрагмой и стенкой корпуса устройства, заполняемой рабочей средой для создания давления на композиционный материал при отверждении, может быть значительно уменьшен, что также важно.
Выполнение в кольцевой вставке посадочного места под бурт эластичной диафрагмы со стороны фланца корпуса, а посадочного места под основание формообразующей оправки со стороны фланца крышки позволяет проводить проверку эластичной диафрагмы на герметичность до размещения в ней формообразующей оправки.
Применение ряда кольцевых вставок, различающихся величиной внутреннего диаметра, позволяет изготавливать детали различного типоразмера в одной и той же конструкции устройства за счет возможности установки основания оправки того или иного диаметра в посадочное место соответствующей сменной кольцевой вставки.
На чертеже показана конструктивная схема устройства.
Устройство для отверждения композиционных материалов содержит корпус 1 с фланцем 2 и крышку 3 с фланцем 4.
Внутри корпуса 1 размещены полая формообразующая оправка 5 с кольцевым основанием 6 и эластичная диафрагма 7. Эластичная диафрагма 7 выполнена в виде оболочки вращения, охватывающей формообразующую оправку 5, и снабжена кольцевым буртом 8.
На наружной поверхности корпуса 1 выполнен патрубок со штуцером 9 для подачи рабочего тела внутрь корпуса 1.
Между фланцем 2 корпуса 1 и фланцем 4 крышки 3 герметично установлена кольцевая вставка 10. Герметизация осуществляется уплотнительными элементами, установленными в канавках, которые проточены в кольцевой вставке 10.
В кольцевой вставке 10 со стороны корпуса 1 выполнено посадочное место А под кольцевой бурт 8 эластичной диафрагмы 7, при этом для надежного закрепления эластичной диафрагмы в посадочном месте А могут быть выполнены скругленные выступы или установлены иглы, на которые одевается бурт эластичной диафрагмы 7.
Кроме того, в кольцевой вставке 10 со стороны крышки 3 выполнено посадочное место Б под кольцевое основание 6 формообразующей оправки 5.
Фланец 2 корпуса 1, кольцевая вставка 10 и фланец 4 крышки 3 герметично скреплены между собой при помощи бандажного кольца 11.
При подготовке устройства к работе устанавливают кольцевой бурт 8 эластичной диафрагмы 7 в посадочное место А в кольцевой вставке 10 и закрепляют.
Герметично устанавливают кольцевую вставку 10 с закрепленной эластичной диафрагмой 7 на фланец 2 корпуса 1.
Наносят композиционный материал на подготовленную поверхность формообразующей оправки 5.
Устанавливают формообразующую оправку 5 с нанесенным композиционным материалом в посадочное место Б в кольцевой вставке 10, при этом основание 6 формообразующей оправки 5 располагается заподлицо с поверхностью кольцевой вставки 10, а эластичная диафрагма 7 будет охватывать полую формообразующую оправку 5.
Устанавливают крышку 3 устройства и скрепляют фланец 2, кольцевую вставку 10 и фланец 4 бандажным кольцом 11.
Закачивают при помощи насоса в корпус 1 устройства через штуцер 9 рабочую среду (глицерин), имеющую необходимую температуру.
Затем повышают давление рабочей среды до требуемого значения.
После чего производят отверждение композиционного материала, нанесенного на формообразующую оправку 5, под воздействием давления, передаваемого поверхности пакета композиционного материала через эластичную диафрагму 7, и температуры.
Предлагаемое устройство компактно, просто в эксплуатации и не требует значительных затрат на его изготовление.
Применение изобретения позволило изготовить ряд особо ответственных изделий из композиционных материалов, в том числе и крупногабаритных высококачественных раструбов сопловых блоков ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ).