Разборная оправка для изготовления крупногабаритных оболочек из композиционных материалов с профилированной внутренней полостью
COLLAPSIBLE MANDREL FOR MANUFACTURE OF LARGE-SIZED SHELLS FROM COMPOSITE MATERIALS WITH PROFILED INTERNAL CAVITY

Изобретение относится к разборным оправкам для изготовления изделий с внутренней полостью из полимерных материалов и может быть использовано для изготовления крупногабаритных изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с профилированной внутренней полостью.
Известна оправка разборная для изготовления стеклопластиковых оболочек больших диаметров. Оправка включает в себя установленный на валу корпус, состоящий из составной внутренней трубы и размещенных на ней наружных разбираемых на сектора колец. В промежутках между кольцами вставляют предварительно отформованные ребра жесткости, на трубе корпуса в радиальном направлении закреплены домкраты. (А.с. СССР №290667 МПК В29С 53/60).
Недостатками известной конструкции является сложность конструкции, обусловленная большим количеством мелких сборочных единиц, что усложняет процесс сборки-разборки, не обеспечивает точности размеров и геометрии оправки. Кроме того, наличие большого количества сборочных элементов, выполненных из металла, приводит к утяжелению конструкции оправки.
2
По совокупности существенных признаков и достигаемому результату ближайшей к заявленному изобретению является разборная оправка для изготовления изделий с профилированной внутренней полостью, содержащая центральный монтажный стержень, расположенные по образующей оправки продольные сегменты и контактирующие с ними установочные торцевые фланцы, при этом для изготовления крупногабаритных изделий с профилированной внутренней полостью, например резинотканевых кранцев, продольные сегменты выполнены сборными из цилиндрической и сферической частей и соединены между собой замковыми соединениями (патент РФ на изобретение №575224, МПК В29Н 7/02).
Общими признаками для прототипа и заявленного изобретения являются: носовая и основная части оправки, закрепленные на монтажном стержне установочные торцовые фланцы, контактирующие с ними продольные сборные сегменты, расположенные по образующей основной части оправки и соединенные между собой замковым соединением.
Недостатками известной оправки являются ее большой вес за счет того, что оправка полностью выполнена из металла, кроме того, цилиндрические и сферические сегменты соединены болтовыми соединениями, под которые выполнены приливы, что дополнительно увеличивает вес конструкции оправки. Процесс сборки-разборки оправки сложный. Сложность обусловлена тем, что рабочая поверхность оправки образована сборкой большого количества продольных и поперечных сегментов, соответственно требующих большого количества крепежных элементов. Кроме того, большое количество сборных сегментов приводит к образованию на рабочей поверхности оправки большого количества стыковых швов, которые влияют на точность размеров и геометрии поверхности.
Задачей изобретения является создание более технологичной, простой по конструкции, сборке и разборке оправки для изготовления крупногабаритных оболочек из КМ с профилированной внутренней полостью с обеспечением улучшенных точностных и качественных ее характеристик.
При решении поставленных задач достигаются следующие технические результаты:
- снижение веса конструкции оправки за счет выполнения продольных сегментов из ПКМ;
- сокращение времени на сборку-разборку оправки, т. к. носовая и основная части оправки выполнены в виде цельных жестких состыкованных друг с другом обечаек, а продольные сегменты выполнены из ПКМ и закреплены на обечайке только основной части оправки, что сократило количество сборочных единиц оправки и соответственно количество крепежных элементов. Носовая часть оправки выполнена с посадочным фланцем и направляющим кольцом, выполненным для облегчения процесса монтажа и демонтажа стыкуемых обечаек;
- повышение точности геометрических параметров оправки за счет выполнения носовой части и основной части оправки в виде цельных жестких состыкованных друг с другом обечаек позволяет изготовить их с одним стыковым швом с более точными геометрическими параметрами, а уменьшение количества сборных продольных сегментов, выполненных из ПКМ цельными по всей длине основной части оправки и закрепленных только по периметру обечайки основной части оправки, сократило количество стыковых швов продольных сегментов, образующих рабочую поверхность оправки, исключило наличие крепежных элементов в зонах стыков, все это позволило в итоге получить более точные геометрические параметры рабочей поверхности оправки, сократить количество сборочных единиц оправки, количество крепежных элементов, снизить вес оправки в целом.
Перечисленные технические результаты в совокупности направлены на обеспечение технологичности заявленной конструкции оправки.
Технический результат достигается тем, что в разборной оправке для изготовления крупногабаритных оболочек из композиционных материалов с профилированной внутренней полостью, состоящей из носовой и основной частей и содержащей закрепленные на монтажном стержне установочные торцовые фланцы, контактирующие с фланцами продольные сборные сегменты, расположенные по образующей основной части оправки и соединенные между собой замковым соединением, носовая и основная части оправки выполнены в виде цельных жестких состыкованных друг с другом обечаек, со стороны большего диаметра обечайки носовой части оправки выполнен торцовый фланец с направляющим кольцом, а продольные сегменты выполнены из полимерного композиционного материала и закреплены на обечайке основной части оправки.
Заявляемое техническое решение соответствует критериям новизна и изобретательский уровень, т. к. имеет отличительные от прототипа признаки, характеризуется новой совокупностью существенных признаков с их новыми взаимосвязями и конструктивными особенностями, что позволяет при использовании изобретения решить поставленные задачи и получить новые по сравнению с выявленными аналогами и прототипом вышеуказанные технические результаты.
На основании вышеизложенного следует, что заявляемое техническое решение соответствует критериям изобретения новизна и изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежом и кратким описанием.
На чертеже представлен общий вид разборной оправки.
Разборная оправка 1 для изготовления крупногабаритных оболочек из композиционных материалов с профилированной внутренней полостью содержит монтажные стержни 2 и 3 с установочными торцевыми фланцами 4 и 5 соответственно, на которые установлена оправка 1, состоящая из носовой части 6 и разборной основной части 7. Носовая часть 6 выполнена в виде цельной обечайки 8 с элементами жесткости 9. Для достижения заданных геометрических параметров изготовляемой оболочки, обеспечения извлечения оправки из полости готовой оболочки диаметр носовой части 6 и основной 7 рассчитывают из условия обеспечения жесткости оправки с учетом заданных габаритов оболочки и параметров технологического процесса намотки, а также из условия гарантированного извлечения их из готовой оболочки.
Со стороны большего диаметра обечайки 8 выполнен посадочный фланец 10 с направляющим кольцом 11 и посадочным кольцом 12, предназначенный для соединения и центрирования носовой 6 с основной 7 частями оправки. Основная часть 7 оправки 1 выполнена в виде цельной обечайки 13 с элементами жесткости 14. Обечайки 8 и 13 состыкованы между собой по фланцу 10, направляющему 11 и посадочному 12 кольцам и зафиксированы  крепежными элементами 15. Для облегчения процесса сборки-разборки контактирующие поверхности направляющего кольца 11 и обечайки 13 выполнены с технологическим уклоном. На наружной поверхности обечайки 13 собраны в замок и зафиксированы крепежными элементами 16 продольные сегменты 17, выполненные из ПКМ. Наружные поверхности обечайки 8 и продольных сегментов 17 образуют в совокупности профилированную рабочую поверхность оправки 1.
Для изготовления оболочки с помощью данной оправки ее собирают следующим образом.
На монтажный стержень 2 устанавливают торцовый фланец 4. На торцовый фланец 4 устанавливают носовую часть 6 в виде обечайки 8 с элементами жесткости 9 и фланцем 10 с направляющим кольцом 11 и посадочным кольцом 12. На посадочное кольцо 12 фланца 10 носовой части 6 устанавливают основную часть 7 в виде обечайки 13 с элементами жесткости 14, центрируя ее направляющим кольцом 11 с последующей фиксацией крепежными элементами 15. На наружной поверхности обечайки 13 собирают последовательно в замок с фиксацией крепежными элементами 16 продольные сегменты 17, выполненные из ПКМ. После чего устанавливают торцовый фланец 5 по торцовым и базовым поверхностям основной части 7, фиксируют крепежными элементами (на чертеже не показаны).
Собранная конструкция оправки 1 образует профилированную рабочую поверхность с точными геометрическими параметрами за счет выполнения носовой части 6 и основной части 7 оправки 1 в виде цельных жестких состыкованных друг с другом обечаек 8 и 13, за счет уменьшения количества сборных продольных сегментов 17, выполненных из ПКМ и закрепленных только на обечайке 13 основной части 7 оправки 1, все это позволило сократить количество сборочных единиц оправки и соответственно количество стыков на рабочей поверхности оправки. Уменьшение количества сборочных единиц и выполнение продольных сегментов 17 из ПКМ позволило снизить вес оправки в целом.
После изготовления оболочки осуществляют разборку и извлечение из полости готовой оболочки составных частей оправки в следующей последовательности:
- торцовый фланец 5 вынимают из основной части 7 оправки 1;
- открепляют крепежные элементы 15 и 16 основной части 7 оправки 1;
- извлекают цельную основную часть 7 оправки 1
-  последовательно вынимают сегменты 17, разбирая замковые соединения;
- извлекают цельную носовую часть 6 оправки 1.
С использованием заявленной конструкции оправки методом намотки поочередно стеклоткани и ровинга была изготовлена крупногабаритная оболочка с профилированной внутренней полостью. Результаты контроля параметров готовой оболочки показали соответствие их требованиям конструкторской документации (КД). Отклонения размеров не превышают полей допусков в соответствии с КД. Качество внутренней поверхности оболочки в пределах допуска соответствует КД.
Заявленная конструкция разборной оправки по сравнению с прототипом имеет меньший вес, проста в осуществлении процесса сборки-разборки, имеет более точные геометрические параметры рабочей поверхности, что обеспечивает надежное и качественное изготовление крупногабаритной длинномерной тонкостенной конструкции оболочки с профилированной внутренней полостью, позволяет решить поставленные задачи и получить новые технические результаты.