ФОРМА ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к устройствам, предназначенным для формования и изготовления изделий из композиционных материалов методом вакуумной инфузии, и может быть использована в железнодорожной, авиационной, аэрокосмической, автомобильной и других отраслях промышленности.
В настоящее время известно и широко используется большое количество способов изготовления деталей из композиционных материалов методом вакуумной пропитки (инфузии) [О.М. Джоган, О.П. Костенко: Методы изготовления деталей из композиционных материалов пропиткой в оснастке. Часть 2. Методы вакуумной пропитки]. При этом, наряду с общим описанием, имеется большое количество запатентованных решений для осуществления данного метода.
Так, известны способы вакуумирования изделий в пластиковом мешке [RU 2579380 С2, B29C 45/02, 10.04.2016], [RU 168899 U1, 27.02.2017]. Основными недостатками данных конструкций оснастки являются наличие большого количества комплектующих одноразового использования в технологической оснастке, что сказывается на стоимости изготовления, а также наличие жертвенного слоя ткани, что, кроме повышения себестоимости, влияет на качество поверхности готового изделия со стороны ее (жертвенной ткани) расположения. Кроме того, все эти элементы требуют утилизации, что приводит к большим затратам времени и материальных ресурсов.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является форма для формования изделий из полимерных материалов, содержащем контактную форму (матрицу) из листового материала с периферией и внутренней поверхностью, определяющими форму внешней поверхности изделия, подлежащего формованию, периферийный цельный фланец пресс-формы на периферии контактной пресс-формы, так что периферия пресс-формы продолжается в непрерывной относительно плоской конфигурации, непроницаемую гибкую силиконовую форму (силиконовый мешок), определяющую форму внутренней поверхности изделия, подлежащего формованию, и содержащая средства для введения жидкого полимера через пакет в сухое армирование формованного изделия, зажимной узел для обеспечения уплотнения силиконового мешка по периферии с фланцем формы представляющий собой жесткую плоскую оболочку с внутренним и внешним уплотнениями, которые контактируют с фланцем формы, чтобы создать вакуумную камеру по периферии формируемого изделия, самоуплотняющийся микропористый канал, сообщающийся по текучей среде с периферийной вакуумной камерой и преформой формируемого изделия с целью вакуумирования полости формы, определяемой ее контактной поверхностью и внутренней поверхностью силиконового мешка (US, А, № 5665301, 1997).
Недостатками известного решения являются:
- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей, а также дополнительных полостей в теле эластичной оболочки;
- ограничение номенклатуры изготавливаемых изделий, определяемое возможностью изготовления только изделий, имеющих прямолинейную поверхность (плоскость) по линии разъема матрицы и силиконового мешка, что существенно сокращает номенклатуру выпускаемых изделий либо требует дополнительной дорогостоящей механической обработки, что существенно сказывается на себестоимости;
- наличие армирующего слоя в силиконовом мешке существенно влияет на его пластичность, что сокращает номенклатуру изготавливаемых изделий пределами его упругой деформации.
Вместе с тем, использование композиционных материалов является привлекательным при изготовлении большой гаммы изделий и, в частности, для изготовления составных частей не несущих корпусов (кожухов) редукторов. Однако, такие устройства, как правило, имеют ряд фасонных и сопрягаемых поверхностей для соединения деталей, сопряжения с валами, установки уплотнительных элементов (сальников и т.п.), к размерам и допускам формы и расположения которых предъявляются достаточно жесткие требования, а их профиль далек от плоского. При этом, склейка изделия из нескольких частей и последующая механическая обработка сопрягаемых поверхностей изделия делают изготовление из композиционных материалов менее привлекательными из-за высокой себестоимости.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, направлен на упрощение конструкции оснастки и расширение номенклатуры выпускаемой продукции.
Указанный технический результат достигается тем, что в форме для формования изделий из полимерных материалов, содержащей жесткий формообразующий шаблон с отбортовкой по периметру и гибкую эластичную оболочку, устанавливаемую с зазором относительно шаблона с образованием герметичной камеры, выполненную с возможностью подачи жидкого полимерного материала во внутреннюю полость камеры, эластичная оболочка снабжена штуцером для откачивания воздуха из камеры, она выполнена с возможностью непосредственного контакта ее краевой торцевой части с отбортовкой шаблона.
Эластичная оболочка выполнена сплошной.
На фиг. 1 представлен разрез заявленной полезной модели с массивным шаблоном; на фиг. 2 - то же с массивным составным шаблоном.
Работа устройства осуществляется следующим образом на жесткий формообразующий шаблон 1 с отбортовкой 2 по его периметру выкладывается армирующая преформа 3 из композиционного материала, в качестве которой могут быть использованы стеклоткань, углеродное волокно, стекломаты и т.п.
Формообразующий шаблон 1 может быть выполнен массивным, т.е. не имеющим каких-либо полостей, как составным, части которого связаны между собой посредством разъемного соединения, так и монолитным (цельным).
Полученная конструкция перекрывается оболочкой 4, изготовленной из упругого-деформируемого в широком диапазоне деформаций материала, например, силикона, таким образом, что ее торцевая краевая часть контактирует с поверхностью отбортовки 2 шаблона 1 создавая камеру 5 вакуумирования с размещенной в ней преформой 3. Оболочка 4 имеет один или несколько штуцеров 6 для создания вакуума в камере 5 вакуумирования.
Оболочка 4 выполнена сплошной, т.е. не имеет каких-либо полостей или камер в своем теле.
Используемое жидкое полимерное связующее подается в камеру вакуумирования 5 либо непосредственно, посредством вливания необходимого объема при монтаже преформы, либо из отдельной емкости (не показана) под действием разницы давления в вакуумируемой камере 5 и наружной среды, для чего оболочка 4 может быть оснащена как минимум одним каналом 7 подвода связующего. Необходимое количество и расположение каналов подвода связующего 7 и штуцеров 6 определяется для каждого изделия индивидуально в зависимости от особенностей геометрии изготавливаемого изделия. В любом случае, в процессе вакуумирования в преформе 3 происходит полное замещение воздуха полимерным связующим. При этом не требуется дополнительно герметизировать сопряжение оболочки 4 и шаблона 1 по всему периметру контакта, так как плотность контакта обеспечивается вакуумом в камере 5 вакуумирования и непрерывным контактом по плоскостям соприкосновения краевой торцевой части оболочки 4 и отбортовки 2 шаблона 1.
Данная конструкция не требует наличия дополнительных расширителей, так как толщина изготавливаемого изделия, помимо формы полости вакуумирования, определяется толщиной преформы.
Процесс полимеризации в зависимости от используемого связующего может осуществляться как при комнатной температуре, так и в сушильном шкафу (печи).
В случае необходимости изготовления формы сложной конфигурации с несколькими сопряженными поверхностями используют составной шаблон 1, отдельные элементы которого связаны между собой быстроразъемными соединениями, например, типа «ласточкиного хвоста» или резьбового соединения 8. Извлечение частей шаблона 1 в этом случае осуществляется последовательно, начиная от центральной или же той части, которая не имеет сопряжений со смежными, расположенными в закрытых полостях изготовленного кожуха. Данные элементы шаблона 1 извлекаются из кожуха после их смещения в горизонтальной плоскости.
Вне зависимости от геометрии изделия со снятием оболочки 4 проблем не возникает в силу упругих свойств ее материала.
Готовое изделие не требует механической обработки сопрягаемых поверхностей.