RU1029522C

RU1029522C - Mandrel for manufacturing composition material articles

Info

Publication number: RU1029522C
Authority: RU
Inventors: О.А. Баранов; И.С. Карпейкин; В.Е. Моисеев; И.С. Гречишкин; В.П. Пушков; Ю.Л. Иванов; Л.А. Проворная; Е.Г. Морозкин; С.И. Котовщиков
Original assignee: Научно-исследовательский институт авиационной технологии и организации производства
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1995-01-09

Description

Изобретение относится к оборудованию для изготовления изделий методом механизированной намотки лентой, предварительно пропитанной полимерным связующим и может быть использовано в различных отраслях промышленности. The invention relates to equipment for the manufacture of products by mechanized winding with a tape pre-impregnated with a polymer binder and can be used in various industries.

При спиральной намотке изделий под углом α к продольной оси оправки необходимы технологические законцовки для укладки ленты по геодезическим линиям и обеспечения реверса ленты. Геометрические размеры технологических законцовок зависят от геометрии формообразующего участка оправки и от угла намотки и в свою очередь оказывают влияние на процесс намотки, а следовательно, и на качество изготовляемого изделия. With spiral winding of products at an angle α to the longitudinal axis of the mandrel, technological endings are necessary for laying the tape along geodesic lines and ensuring the reverse of the tape. The geometric dimensions of the technological endings depend on the geometry of the forming section of the mandrel and on the winding angle and, in turn, affect the winding process, and therefore the quality of the manufactured product.

Известны оправки для намотки изделий, состоящие из формообразующего участка и технологических законцовок. Known mandrels for winding products, consisting of a forming section and technological endings.

Технологические законцовки таких оправок представляют собой сложную поверхность. Отсутствие формул для расчета размеров законцовок и влияния их на технологический процесс намотки удлиняет время и создает трудность изготовления таких оправок, так как для каждого конкретного изделия размеры и форма технологических законцовок подбираются экспериментальным путем. Кроме того такие оправки предназначены только для изготовления изделий, имеющих форму вращения. The technological endings of such mandrels are a complex surface. The lack of formulas for calculating the size of the endings and their influence on the winding process lengthens the time and makes it difficult to manufacture such mandrels, since for each particular product the dimensions and shape of the technological endings are selected experimentally. In addition, such mandrels are intended only for the manufacture of products having the form of rotation.

Наиболее близкой к данному изобретению является оправка, содержащая формообразующий участок, соответствующий конфигурации изготовляемого изделия, полусферические законцовки и цапфы. Closest to this invention is a mandrel containing a forming portion corresponding to the configuration of the manufactured product, hemispherical tips and trunnions.

На такой оправке изготавливаются изделия цилиндрической, конической и других форм поверхностей, представляющих собой тела вращения. Изготовитель изделия, не являющиеся телами вращения, типа прямоугольника, трапеции на такой оправке не представляется возможным, так как форма технологических законцовок не соответствует форме изготавливаемого изделия и при намотке на них будет происходить оползание ленты и на формообразующем участке оправки при этом изделие будет разнотолщинным. On such a mandrel, cylindrical, conical, and other shapes of surfaces that are bodies of revolution are manufactured. The manufacturer of the product, which is not bodies of revolution, such as a rectangle, a trapezoid on such a mandrel is not possible, since the shape of the technological endings does not correspond to the shape of the manufactured product and when winding on them, the tape will slip and the product will be of different thickness on the forming section of the mandrel.

Цель изобретения - обеспечение изготовления изделий равномерной толщины сложного профиля, не являющегося телом вращения. The purpose of the invention is the provision of the manufacture of products of uniform thickness of a complex profile, which is not a body of revolution.

Цель достигается тем, что оправка, содержащая формообразующий участок, соответствующий конфигурации изготавливаемого изделия, полусферические законцовки и цапфы согласно изобретению снабжена переходными участками, расположенными между полусферическими законцовками и формообразующим участком, основания которых соответственно равны сечениям примыкающих к ним законцовки и формообразующего участка, и все сечения, перпендикулярные продольной оси оправки, выполнены с одинаковыми периметрами, равными периметру формообразующего участка. The goal is achieved in that the mandrel containing the forming section corresponding to the configuration of the manufactured product, the hemispherical endings and trunnions according to the invention is equipped with transition sections located between the hemispherical endings and the forming section, the bases of which are respectively equal to the sections of the adjacent ends and the forming section, and all sections perpendicular to the longitudinal axis of the mandrel, made with the same perimeters equal to the perimeter of the forming section a.

На фиг. 1 изображена предлагаемая оправка, вид сверху; на фиг. 2 - то же, вид спереди; на фиг. 3 - сечение А-А переходного участка оправки, примыкающего к технологическим законцовкам; на фиг. 4 - сечение Б-Б переходного участка, примыкающего к основному участку оправки; на фиг. 5 - оправка, вид в изометрии. In FIG. 1 shows the proposed mandrel, top view; in FIG. 2 - the same front view; in FIG. 3 - section AA of the transitional section of the mandrel adjacent to the technological endings; in FIG. 4 - section BB of the transition section adjacent to the main portion of the mandrel; in FIG. 5 - mandrel, isometric view.

Предлагаемая оправка для изготовления изделий из композиционных материалов (см. фиг. 1) состоит из формообразующего участка 1, соответствующего конфигурации изготавливаемого изделия, переходных участков 2, полусферических законцовок 3 и цапф 4. The proposed mandrel for the manufacture of products from composite materials (see Fig. 1) consists of a forming section 1, the corresponding configuration of the manufactured product, transition sections 2, hemispherical tips 3 and trunnions 4.

Экспериментально установлено, что при длине переходных участков меньше 0,35 S происходит оползание ленты с оправки при намотке. При длине переходных участков более 0,75 S лента плотно прилегает к поверхности оправки без оползания, но значительно увеличивается длина переходной зоны, и, следовательно, увеличивается расход композиционного материала. It was experimentally established that when the length of the transition sections is less than 0.35 S, the tape creeps from the mandrel during winding. With the length of the transition sections of more than 0.75 S, the tape fits snugly to the surface of the mandrel without slipping, but the length of the transition zone increases significantly, and, consequently, the consumption of composite material increases.

Были изготовлены оправки, формообразующий участок которых представлял собой тело прямоугольного профиля с размерами сторон 20 х 80 мм. Диаметр основания полусферических законцовок рассчитывают из условия равенства периметров и равен D =

=

= 64мм , где Р - периметр основания формообразующего участка оправки, примыкающего к переходному участку.Mandrels were made, the forming section of which was a rectangular-shaped body with side dimensions of 20 x 80 mm. The base diameter of hemispherical tips is calculated from the condition of equal perimeters and is equal to D =

=

= 64mm, where P is the perimeter of the base of the forming section of the mandrel adjacent to the transition section.

Длину переходного участка выбирают экспериментально и она равна L= (0,35-0,75)S; S=Pctg α, где L - длина переходного участка;
S - шаг намотки;
α - угол намотки.The length of the transition section is chosen experimentally and it is equal to L = (0.35-0.75) S; S = Pctg α, where L is the length of the transition section;
S is the winding pitch;
α is the angle of winding.

Длина и периметр переходных участков рассчитывают, исходя из параметров намотки и типа изготавливаемого изделия. Форма этого участка сложная (см. фиг. 5). The length and perimeter of the transition sections are calculated based on the winding parameters and the type of product being manufactured. The shape of this section is complex (see Fig. 5).

Намотку осуществляют следующим образом. Winding is as follows.

Устанавливают оправку на станок с ЧПУ, закрепляют ленту на цапфе 4 и включают станок. При вращении оправки и возвратно-поступательном движении каретки станка, на котором установлена катушка с лентой, на оправку наматывается лента под углом ± 45^о к продольной ее оси. Введение в программу углового смещения, зависящего от ширины ленты, обеспечивает последовательную укладку витков ленты друг к другу до полного закрытия поверхности оправки. После намотки необходимого количества слоев, оправку снимают со станка, производят отверждение связующего и съем изделия с оправки.Install the mandrel on the CNC machine, fix the tape on the pin 4 and turn on the machine. Upon rotation of the mandrel and the reciprocating movement of the carriage of the machine on which a reel with tape, the tape is wound onto the mandrel at an angle of ± ⁴⁵ ° to the longitudinal axis thereof. The introduction of an angular displacement into the program, depending on the width of the tape, provides a consistent laying of the turns of the tape to each other until the surface of the mandrel is completely closed. After winding the required number of layers, the mandrel is removed from the machine, the binder is cured and the product is removed from the mandrel.

Введение переходных участков обеспечивает плавный переход от формообразующего участка оправки, имеющего в сечении, перпендикулярном оси оправки, сложный профиль к полусферическим законцовкам, имеющим в сечении, перпендикулярном оси оправки, окружность. Равенство периметров всех сечений переходного участка позволяет осуществить намотку ленты как на формообразующем, так и на переходных участках оправки по геодезическим линиям без оползания ленты при намотке и реверсе ее, с постоянными зазорами или нахлестами, что в свою очередь обеспечивает получение в изделии стенок равной толщины. The introduction of transition sections provides a smooth transition from the forming section of the mandrel, having a cross section perpendicular to the axis of the mandrel, a complex profile to hemispherical tips, having a cross section perpendicular to the axis of the mandrel, a circle. The equality of the perimeters of all sections of the transition section allows the tape to be wound both on the forming and transition sections of the mandrel along geodesic lines without slipping the tape when winding and reversing it, with constant gaps or overlaps, which in turn ensures that walls of equal thickness are obtained in the product.

Поскольку угол намотки на переходном и формообразующем участках оправки устойчив, переходный участок может являться нагруженной частью изделия, например комлевой заделкой конструкционно нагруженного изделия, что позволяет повысить коэффициент использования материала. Since the winding angle at the transitional and forming sections of the mandrel is stable, the transitional section can be a loaded part of the product, for example, a butt seal of a structurally loaded product, which allows to increase the utilization of the material.

Claims

Mandrel for the manufacture of products from composite materials by the method of winding, containing a forming section corresponding to the configuration of the manufactured product, hemispherical endings and trunnions, characterized in that, in order to ensure the manufacture of products of uniform thickness of a complex profile, which is not a body of revolution, it is equipped with transition sections located between hemispherical endings and the forming section, the bases of which are respectively equal to the sections of the endings adjacent to them and ormoobrazuyuschego portion, and all cross sections perpendicular to the longitudinal axis, formed with the same perimeter equal to the perimeter of the mold portion.