RU193386U1 - Надувная камера пуансона для прессования изделий из композитных материалов методом воздушного формования - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к приспособлениям типа пуансона, использующихся для формования изделий из композиционных материалов с целью получения конструкций в авиационной и космической технике.Техническим результатом является возможность изготавливать изделия, имеющие сложную геометрическую форму, отсутствует потребность в процессе прямого прессования и применение металлического пуансона, что упрощает технологию и снижает энергоемкость оборудования. Также с помощью полезной модели можно изготавливать композитные изделия сложной формы из тканевых материалов, таких как стеклоткань, техническая ткань, нетканые полимеры.Указанный технический результат достигается за счет того, что надувная камера пуансона для прессования изделий из композитных материалов методом воздушного формования, выполненная из резины, отличающаяся тем, что имеет форму емкости, края которой у основания загнуты по периметру на одном уровне, образуя замкнутый плоский выступ со ступенчатым переходом, в котором нижняя ступень расположена ближе к краю, а на краю нижней ступени по периметру выполнен загиб, направленный в сторону углубления емкости.

Description

Полезная модель относится к приспособлениям типа пуансона, использующихся для формования изделий из композиционных материалов с целью получения конструкций в авиационной и космической технике.

В патенте RU 2372195 от 21.03.2008 описан способ формования изделий сложной конфигурации, при котором в матрице (пресс-форме) производят набор изделия из полимерных композиционных материалов, затем внутреннюю полость детали заполняют компаундом, полимеризуют компаунд и производят отверждение детали.

Данный способ требует предварительного изготовления пуансона перед формованием изделия и введения дополнительной операции полимеризации компаунда, что увеличивает трудоемкость и производственный цикл изготовления.

Известен комбинированный способ формования, описанный в учебном пособии «Полимерные композиционные материалы: структура, свойства и технология. Учеб. пособ. - 4-е испр. и доп. изд. / Под ред. А.А. Берлина. - М.: ЦОП «Профессия»; 2014 - 522-523 с.». Способ сочетает термокомпрессионное и автоклавное формование, при котором в форму с препрегом помещают вкладыши из резины, выполняющие роль уплотняющих элементов, герметично упаковывают и проводят режим формования в автоклаве. В результате уплотнение материала при отверждении происходит за счет внешнего давления и термического расширения резины.

Аналогичные способы известны из патентов US 4889668, 26.12.1989., US 2558823, 03.07.1951.

Недостатками данных способов формования является большая трудоемкость и длительный цикл изготовления, обусловленные необходимостью предварительного использования дополнительных приспособлений для формования вкладышей, а также необходимость использования энергоемкого оборудования (автоклава) для обеспечения давления формования.

Наиболее близким решением является способ формования изделий из композиционного материала (патент RU 2603798, опубликовано: 27.11.2016.), включающий выкладку пропитанного связующим волокнистого материала в углубление технологической оснастки и использование уплотняющих элементов из терморасширяющейся резины для создания давления формования, упаковку, нагревание, подачу давления, охлаждение отвержденного изделия и извлечение его из оснастки, отличается тем, что объем углубления технологической оснастки выполнен равным или больше объема неуплотненного пропитанного связующим волокнистого материала, формирующего изделие, уплотняющий элемент выполнен из невулканизированной терморасширяющейся резины в виде полосы, перекрывающей углубление технологической оснастки, а давление на резиновый элемент передается через жесткую цулагу, перекрывающую полосу из невулканизированной резины, которая в процессе нагрева и подачи давления через цулагу частично заполняет углубление технологической оснастки, уплотняя пропитанный связующим волокнистый материал и создавая давление формования при его отверждении.

В прототипе исключено предварительное изготовление вкладышей и дополнительных приспособлений для их формования.

Технической проблемой прототипа и других известных решений является потребность в использовании прямого прессовании при применении металлического пуансона, что не позволяет изготавливать изделия из композитных материалов, имеющих сложную геометрическую форму. Кроме того, известные способы не позволяют изготавливать изделия из тканевых материалов, таких как стеклоткань, техническая ткань, нетканые полимеры.

Задачей полезной модели является устранение указанных технических проблем известных решений.

Техническим результатом является возможность изготавливать изделия имеющую сложную геометрическую форму, отсутствует потребность в процессе прямого прессования и применении металлического пуансона, что упрощает технологию и снижает энергоемкость оборудования. Также с помощью полезной модели можно изготавливать композитные изделия сложной формы из тканевых материалов, таких как стеклоткань, техническая ткань, нетканые полимеры.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлена надувная камера пуансона для прессования изделий из композитных материалов методом воздушного формования, выполненная из резины, отличающаяся тем, что имеет форму емкости, края которой у основания загнуты по периметру на одном уровне, образуя замкнутый плоский выступ со ступенчатым переходом, в котором нижняя ступень расположена ближе к краю, а на краю нижней ступени по периметру выполнен загиб, направленный в сторону углубления емкости.

Предпочтительно, надувная камера в зоне у основания имеет более толстые стенки, чем в зоне у дна емкости.

Предпочтительно, надувная камера выполнена из жидкой двухкомпонентной резины с относительным удлинением не менее 250%.

Предпочтительно, надувная камера выполнена состоящей из двух симметричных частей из жидкой двухкомпонентной резины, соединенных друг с другом методом отверждения.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показана схема системы прессования изделий с использованием надувной камеры (вид в разрезе и часть схемы крупным планом).

На Фиг. 2 показан принцип погружения уплотняющего элемента надувной камеры в зону технологической оснастки (матрицы) (вид в разрезе).

На Фиг. 3 показана установка системы прессования изделий (вид в объеме с поднятой крышкой и открытым каналом подачи вакуума).

На Фиг. 4 показан вид самой надувной камеры уплотняющего элемента отдельно в разных ракурсах: А - вид в объеме снизу-сзади, Б - вид в объеме, В - вид сбоку сверху-спереди, Г - вид в объеме снизу-спереди.

На чертежах: 1 - технологическая оснастка (матрица), 2 - заготовка, 3 - фланец, 4 - надувная камера (уплотняющий элемент), 5 - крышка, 6 - патрубок подачи газа, 7 - патрубок подачи вакуума, 8 - выступ фланца, 9 - выступ уплотняющего элемента, 10 - ступенчатый переход, 11 - шарнирное соединение, 12 - зона соединительного шва симметричных частей уплотняющего элемента.

Осуществление полезной модели

Принцип использования полезной модели для прессования изделий из композитных материалов, заключается в том, что имеется технологическая оснастка (матрица) 1. В качестве пуансона в ней использована надувная камера (уплотняющий элемент) 4.

Края надувной камеры 4 выполнены с возможностью плотной фиксацией крышкой 5. Надувная камера (уплотняющий элемент) 4 из резины является надувным пуансоном для прессования изделий из композитных материалов методом воздушного формования. Данная надувная камера 4 (см. Фиг. 4) имеет форму емкости, края которой у основания загнуты по периметру на одном уровне, образуя замкнутый плоский выступ 9 со ступенчатым переходом 10, в котором нижняя ступень расположена ближе к краю, а на краю нижней ступени по периметру выполнен загиб, направленный в сторону углубления емкости (см. Фиг. 1).

Надувная камера 4 в зоне у основания имеет более толстые стенки, чем в зоне у дна емкости, что позволяет сначала обеспечивать надув камеры с зоны дна.

Сама надувная камера уплотняющего элемента 4 может быть выполнена из жидкой двухкомпонентной резины с относительным удлинением не менее 250%. В качестве материала для изготовления уплотняющего элемента (надувной камеры) могут использоваться, например, жидкие двухкомпонентные резины с относительным удлинением не менее 250%, например: Silastic RTV-4234-T4; резина силиконовая для форм Lasil S-2 и Lasil 1703 (силиконовая резина высокой прочности, средней твердости) (см.: http://lassoplast.ru/catalog/silikonovye-reziny/).

Создание надувной камеры 4 из резины может быть реализовано путем отверждения и соединения двух симметричных частей из жидкой двухкомпонентной резины в зоне соединительного шва 12. При изготовлении резины смешивают компоненты А и Б в соответствии с рекомендациями производителя жидкой резины. Дегазируют смесь до полного вывода пузырьков воздуха находящихся в смеси. Заливают смесь в специальную заливочную форму. Заливочная форма определяется в зависимости от прессуемого изделия и оставляют ее там до полного отверждения. Необходимое время до полного отверждения рекомендовано производителем жидкой резины.

После отверждения извлекают готовую надувную камеру 4 из специальной формы.

Установка надувной камеры 4 на формовочное оборудование и ее использование заключается в следующем.

Сначала устанавливают и закрепляют на станок металлическую технологическую оснастку (матрицу) 1. Формообразующая поверхность матрицы 1 должна соответствовать форме конечного изделия.

На технологической оснастке (матрице) 1 устанавливают фланец 3 для фиксации уплотняющего элемента надувной камеры 4 замковым пазом вверх, и выравнивают по боковым стенкам матрицы так, чтобы боковые стенки фланца совпали с боковыми стенками матрицы (см. Фиг. 2).

После чего, при наличии замковых элементов (выступов 8 и 9) размещают надувную камеру (уплотняющий элемент) 4 в центр фланца 3 (см. Фиг. 1) так, чтобы замковый паз надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 совпал с замковым пазом фланца.

Затем опускают крышку 5 станка в положение «закрыто» и фиксируют фланец 3 к крышке станка с помощью винтов.

Принцип прессования изделий из композитных материалов основан на использовании надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 (см. Фиг. 1) из резины для создания давления формования. В процессе прессования уплотняющим элементом 4 покрывают углубление технологической оснастки (матрицы) 1, создавая давление на резиновый элемент, которым в процессе подачи давления частично заполняют углубление технологической оснастки (матрицы) 1, уплотняя материал заготовки 2 и создавая давление формования при его отверждении.

Поскольку в качестве пуансона используют саму надувную камеру (уплотняющий элемент) 4, края которого фиксируют крышкой 5, то внутри крышки 5, предпочтительно, устанавливают патрубок 6 для подачи сжатого газа, которым надувают камеру (уплотняющий элемент) 4, которым, в свою очередь, прессуют материал заготовки 2 заданной формы.

В крышке 5 может быть размещен дополнительный патрубок 7 для подачи вакуума, который выполняют с возможностью перекрытия канала.

Принцип работы с использованием дополнительного патрубка 7 основан на том, что перед началом формования изделия в надувную камеру (уплотняющий элемент) 4 подают вакуум для его сжатия, а дополнительный канал 7 подачи вакуума открывают. Затем, в углубление технологической оснастки (матрицы) 1 укладывают прессуемый материал заготовки 2, после чего крышку 5 плотно прижимают к краям технологической оснастки (матрицы) 1.

Затем, отключают подачу вакуума и включают подачу сжатого газа через основной канал 6.

По завершении цикла прессования сжатый газ из надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 отводят и снова подают вакуум, открывая дополнительный канал 7 подачи вакуума, а спрессованное изделие извлекают из матрицы.

При необходимости обработки определенных материалов в процессе прессования осуществляют обогрев технологической оснастки (матрицы) 1 до 200°C. Обогрев технологической оснастки (матрицы) 1 до 200°C может быть осуществлен, например, нагревом самой технологической оснастки (матрицы) 1 и/или подачей горячего газа в надувную камеру (уплотняющий элемент) 4, к примеру, через основной канал 6.

В качестве газа, если не требуется нагрев технологической оснастки (матрицы) 1 изнутри, может быть использован, например, воздух, который по завершении цикла прессования из уплотняющего элемента отводят в атмосферу.

Если требуется нагрев изнутри технологической оснастки (матрицы) 1, то через основной канал 6 может быть подан любой другой негорючий газ, который легко технологически получить и нагреть, например, CO₂.

Края технологической оснастки (матрицы) 1 для лучшей фиксации и исключения сдвижения в пределах ее надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 могут быть дополнительно оснащены фланцем 3, имеющим выступ 8 со ступенчатым переходом, где выступ расположен ближе к центру и меньше по высоте, чем сам фланец 3. Нижняя ступень выступа 8 расположена ближе к краю. При этом надувную камеру (уплотняющий элемент) 4 у краев, фиксируемых крышкой 5, выполняют под форму выступа 8 и ступенчатого перехода фланца. Для чего у самой надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 образуют выступ 9 со ступенчатым переходом 10 (см. Фиг. 1, Фиг. 2).

Выступы 8 и 9 со ступенчатым переходом образуют замковое соединение друг с другом.

Крышка 5 может (см. Фиг. 3) быть выполнена с шарнирными креплениями 11 к технологической оснастке (матрицы) 1 для удобства, чтобы не снимать ее каждый раз вручную, а просто поднимать вверх для укладки/извлечения материала заготовки 2.

Процесс формования с использованием заявленной полезной модели заключается в следующем.

Перед началом формования изделия в надувную камеру (уплотняющий элемент) 4 через дополнительный канал 7 подается вакуум для того, чтобы она сжалась. Крышка станка должна быть в положении «открыто» (см. Фиг. 3).

Иной вариант сжатия может быть осуществлен, например, путем отсасывания воздуха, также через дополнительный канал 7 или через основной канал 6 в крышке 5, который может иметь инвертное нагнетание воздуха в обоих направлениях.

В матрицу 1 укладывается прессуемый материал заготовки 2, затем крышка 5 станка переводится в положение «закрыто» при этом сжатая надувная камера (уплотняющий элемент) 4 оказывается в центре матрицы 1 с прессуемым материалом заготовки 2.

Далее отключается подача вакуума (или отсос воздуха) и включается подача сжатого газа через основной канал 6. При этом надувная камера (уплотняющий элемент) 4 начинает постепенно надуваться от купольной части к основанию, распределяя давление по всей поверхности прессуемого изделия, что позволяет избежать сползание материалов на начальной стадии прессования (в момент раздувания надувной камеры). Скорость раздувания надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 регулируется на оборудовании. При прессовании некоторых материалов требуется обогрев матрицы до 200°C. Обогрев может быть осуществлен либо через внешний нагрев технологической оснастки (матрицы) 6, либо изнутри подачей горячего газа в надувную камеру (уплотняющий элемент) 4.

Давление газовой среды фиксируют манометром через основной канал в крышке 5. Тонкая регулировка давления возможна путем нагревания воздуха или газа, причем ослабление давления возможно путем охлаждения надувной камеры, например, путем закачки туда небольшого количества жидкого азота.

По завершении цикла прессования сжатый газ отводится в баллон, а если используется воздух, то он из надувной камеры (уплотняющего элемента) 4 сбрасывается в атмосферу и туда снова подается вакуум (либо начинают отсос воздуха). При этом крышка 5 станка переводится в положение «открыто» и спрессованное изделие извлекается из матрицы. Описанный процесс прессования позволяет изготавливать изделия, имеющие сложную геометрическую форму, что не позволяет сделать процесс прямого прессования при применении металлического пуансона.

Также вышеописанный процесс с использованием заявленной системы позволяет изготавливать изделия из тканевых материалов, таких как стеклоткань, техническая ткань, нетканые полимеры, поскольку в отличие от известных способов прессования, при применении металлического пуансона изделия из тканевых материалов, таких как стеклоткань, техническая ткань, нетканые полимеры формуются с грубыми неровностями (буграми) из-за того, что давление на формуемое изделие осуществляется неравномерно в режиме реального времени. В заявленном решении такие неровности не возникают благодаря тому, что давление на формуемое изделие осуществляется равномерно в режиме реального времени.

Claims (4)

1. Надувная камера пуансона для прессования изделий из композитных материалов методом воздушного формования, выполненная из резины, отличающаяся тем, что имеет форму емкости, края которой у основания загнуты по периметру на одном уровне, образуя замкнутый плоский выступ со ступенчатым переходом, в котором нижняя ступень расположена ближе к краю, а на краю нижней ступени по периметру выполнен загиб, направленный в сторону углубления емкости.

2. Надувная камера по п. 1, отличающаяся тем, что в зоне у основания имеет более толстые стенки, чем в зоне у дна емкости.

3. Надувная камера по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена из жидкой двухкомпонентной резины с относительным удлинением не менее 250%.

4. Надувная камера по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена состоящей из двух симметричных частей из жидкой двухкомпонентной резины, соединенных друг с другом методом отверждения.

Images