RU2458791C2 - Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials - Google Patents

Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials Download PDF

Info

Publication number
RU2458791C2
RU2458791C2 RU2010132713/02A RU2010132713A RU2458791C2 RU 2458791 C2 RU2458791 C2 RU 2458791C2 RU 2010132713/02 A RU2010132713/02 A RU 2010132713/02A RU 2010132713 A RU2010132713 A RU 2010132713A RU 2458791 C2 RU2458791 C2 RU 2458791C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mandrel
shell
elastic
layer
hollow
Prior art date
Application number
RU2010132713/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010132713A (en
Inventor
Валерий Борисович Литвинов (RU)
Валерий Борисович Литвинов
Мурат Сейтказиевич Токсанбаев (RU)
Мурат Сейтказиевич Токсанбаев
Андрей Вячеславович Артемьев (RU)
Андрей Вячеславович Артемьев
Алексей Сергеевич Бородулин (RU)
Алексей Сергеевич Бородулин
Илья Владимирович Чуднов (RU)
Илья Владимирович Чуднов
Мария Владимировна Трофимова (RU)
Мария Владимировна Трофимова
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Московский машиностроительный экспериментальный завод - композиционные технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Московский машиностроительный экспериментальный завод - композиционные технологии" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Московский машиностроительный экспериментальный завод - композиционные технологии"
Priority to RU2010132713/02A priority Critical patent/RU2458791C2/en
Publication of RU2010132713A publication Critical patent/RU2010132713A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2458791C2 publication Critical patent/RU2458791C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to hot shaping of articles with fillers produced by coiling, in particular, to production of closed axially-symmetric shells with straight or flat curvilinear generatrix with constant sign of Gaussian curvature, that may be used in making aircraft engine nacelles. Proposed method comprises layer-by-layer coiling of reinforcing band on mandrel by combined spiral-helix coiling whereat band tension is increased in every next layer. Note here that tension of first layer is selected to reduce mandrel elastic envelopment to hollow shel ID. Said method comprises further the mounting of split mould on made workpiece to form the shel by thermal expansion of mandrel elastic envelopment on binder heating and curing. Tooling comprises mandrel consisting of central rigid part and elastic envelopment fitted thereon, and split mould arranged on mandrel to make cavity for composite material.
EFFECT: high-quality shells with gages outer surface.
2 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области придания формы формованием посредством внутреннего давления, создаваемого в материале, а также к термоформованию изделий с наполнителями, полученных путем навивки, в частности к производству замкнутых осесимметричных оболочек с прямолинейной или пологой криволинейной образующей, имеющей постоянный знак гауссовой кривизны по всей своей длине. Изобретение может быть использовано в производстве мотогондол авиационных двигателей и емкостей для хранения жидкости.The invention relates to the field of shaping by molding by means of internal pressure created in the material, as well as to thermoforming of products with fillers obtained by winding, in particular to the production of closed axisymmetric shells with a rectilinear or gentle curvilinear generatrix having a constant sign of Gaussian curvature along its entire length . The invention can be used in the manufacture of engine nacelles for aircraft engines and containers for storing liquids.

Уровень техникиState of the art

Изготовление замкнутых осесимметричных оболочек с прямолинейной или пологой криволинейной образующей, имеющей постоянный знак гауссовой кривизны, осуществляют способом "сухой" или "мокрой" предварительной намотки армирующей ленты на оправку с последующим формованием (прессованием при повышенной температуре) намотанной заготовки в жесткой замкнутой пресс-форме, воспроизводящей внешнюю поверхность оболочки (детали).The manufacture of closed axisymmetric shells with a rectilinear or gentle curvilinear generatrix having a constant sign of Gaussian curvature is carried out by the method of “dry” or “wet” preliminary winding of the reinforcing tape onto the mandrel, followed by molding (pressing at elevated temperature) of the wound workpiece in a rigid closed mold, reproducing the outer surface of the shell (part).

Известен «СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРУБ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ» по заявке РФ на изобретение №94041265, класс C22C 1/09, 1996 год. Согласно заявке способ изготовления труб из композиционного материала (КМ) на основе Me-Al, армированного неметаллическими волокнами, включает сборку заготовки трубы на тонкостенной цилиндрической оболочке, вакуумирование и горячее изостатическое прессование заготовки изнутри к жесткой формообразующей поверхности. При этом полуфабрикат из волокнистого КМ нагревают до 50-60°С, затем формуют на оправке, радиус которой равен среднему радиусу трубы по толщине стенки. Сборку трубы из полуфабриката проводят на подложке из упругого материала путем последовательной его укладки на диафрагму, перемещающуюся вдоль подложки с усилением прижима диафрагмы к подложке 0,04-0,06 кгс/мм длины полуфабриката. Процесс прессования трубы ведут при 550-560°С и давлении инертного газа 300-350 атм. Охлаждение трубы проводят в оснастке, сбрасывая давление по достижении температуры ниже температуры кристаллизации матричного материала. В качестве материала подложки используют резину.The well-known "METHOD FOR PRODUCING PIPES FROM COMPOSITE MATERIALS" according to the application of the Russian Federation for invention No. 94041265, class C22C 1/09, 1996. According to the application, a method for manufacturing pipes from composite material (CM) based on Me-Al reinforced with non-metallic fibers includes assembling a pipe billet on a thin-walled cylindrical shell, evacuating and hot isostatically pressing the billet from the inside to a rigid forming surface. In this case, the semi-finished product from fibrous KM is heated to 50-60 ° C, then formed on a mandrel whose radius is equal to the average radius of the pipe along the wall thickness. The assembly of the pipe from the semi-finished product is carried out on a substrate of elastic material by sequentially laying it on a diaphragm moving along the substrate with an increase in the pressure of the diaphragm to the substrate 0.04-0.06 kgf / mm of the length of the semi-finished product. The process of pressing the pipe is carried out at 550-560 ° C and an inert gas pressure of 300-350 atm. The cooling of the pipe is carried out in a snap, relieving pressure upon reaching a temperature below the crystallization temperature of the matrix material. As the substrate material, rubber is used.

Недостаток такого способа заключается в том, что формование в замкнутой пресс-форме путем создания внутри детали избыточного давления различными известными способами приводит к уменьшению толщины оболочки (опрессовка), предварительно намотанной на жесткую оправку, чему препятствуют внутренние слои армирующего материала в силу своих высоких прочности и жесткости. Внутренние слои воспринимают усилие давления прессования и внешние слои оболочки оказываются не "пропрессованными", появляются пустоты в материале оболочки.The disadvantage of this method is that molding in a closed mold by creating excess pressure inside the part by various known methods leads to a decrease in the shell thickness (crimping) pre-wound on a rigid mandrel, which is prevented by the inner layers of the reinforcing material due to its high strength and stiffness. The inner layers perceive the pressing pressure and the outer layers of the shell are not "pressed", voids appear in the shell material.

Также известен «СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ НЕПРЕРЫВНОЙ НАМОТКИ» по патенту РФ №2089444, класс B64C 3/20, B64F 5/00, B32B 33/00, 1995 год. Согласно патенту способ заключается в непрерывной многоциклической намотке, при постоянном натяжении, композиционного материала на вращающуюся оправку от концевого ее торца до корневого и обратно по комбинированной траектории. Траектория состоит в каждом цикле из четырех спиральных участков, двух прямолинейных переходов по корневому торцу и двух окружных участков, плавно переходящих друг в друга. Начальную точку укладки материала в каждом последующем цикле смещают относительно аналогичной точки предыдущего цикла в направлении корневого торца, а при выполнении переходов одновременно осуществляют вматывание закладных крепежных элементов.Also known is “THE METHOD FOR PRODUCING COMPLEX PROFILE PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIALS BY THE METHOD OF CONTINUOUS WINDING” according to the patent of the Russian Federation No. 2089444, class B64C 3/20, B64F 5/00, B32B 33/00, 1995. According to the patent, the method consists in continuous multi-cyclic winding, with constant tension, of the composite material on a rotating mandrel from its end end to the root and back along a combined path. The trajectory consists in each cycle of four spiral sections, two rectilinear transitions along the root end and two circumferential sections that smoothly transition into each other. The starting point of the material laying in each subsequent cycle is shifted relative to the same point of the previous cycle in the direction of the root end, and when performing transitions, the winding-in fasteners are simultaneously wound.

Недостатком такого способа является то, что в способе не предусмотрен изменяемый уровень натяжения композиционного материала, необходимый фактор для получения качественно проформованного изделия.The disadvantage of this method is that the method does not provide a variable level of tension of the composite material, a necessary factor for obtaining a high-quality molded product.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является «СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА» по патенту РФ №2050283, класс B29D 9/00, 1992 год. Согласно патенту способ включает предварительное изготовление в форме, снабженной формообразующей полостью и ограничительным объемом, оправки из вспенивающегося материала, ее охлаждение и извлечение из формы, последующее формирование пакета КМ на оправке, прессование и извлечение готового изделия.Closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is "METHOD FOR FORMING PRODUCTS FROM COMPOSITE MATERIAL" according to the patent of the Russian Federation No. 2050283, class B29D 9/00, 1992. According to the patent, the method includes the prefabrication of a mandrel from a foaming material in a mold equipped with a forming cavity and a limiting volume, its cooling and removal from the mold, the subsequent formation of a KM package on the mandrel, pressing and removing the finished product.

Изготовление оправки и прессование изделия осуществляют в одной форме из термоактивного материала, размеры формообразующей полости которой изменяются под действием температуры, при этом отверждение изделия производят при температуре более низкой, чем температура вспенивания оправки.The manufacture of the mandrel and the pressing of the product are carried out in one form from a thermoactive material, the dimensions of the forming cavity of which change under the influence of temperature, while the curing of the product is carried out at a temperature lower than the foaming temperature of the mandrel.

Недостаток указанного способа в том, что при формировании пакета КМ натяжение постоянно, что в процессе формования изделия приводит к неравномерной проформовке изделия. Кроме того, в способе используют пенопластовый сердечник, задающий геометрическую форму внутренней поверхности изделия, при этом внешняя поверхность изделия имеет геометрические отклонения, равные разбросу (неточности) реальной толщины пакета КМ. Также в способе изделие получают за два этапа, в то время как в заявке изделие изготавливают за один технологический процесс.The disadvantage of this method is that during the formation of the KM package, the tension is constant, which in the process of forming the product leads to uneven shaping of the product. In addition, the method uses a foam core that sets the geometric shape of the inner surface of the product, while the outer surface of the product has geometric deviations equal to the scatter (inaccuracy) of the actual thickness of the CM package. Also in the method, the product is obtained in two stages, while in the application the product is made in one technological process.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является разработка технологии и оснастки для изготовления замкнутых цельноформованных пустотелых оболочек вращения из ПКМ высокого качества с калиброванной наружной поверхностью.The objective of the present invention is to develop technology and equipment for the manufacture of closed, whole-molded hollow shells of revolution from high quality PCM with a calibrated outer surface.

Поставленная задача решается благодаря тому что, способ изготовления осесимметричных пустотелых оболочек вращения включает послойную намотку на оправку армирующей ленты со связующим по схеме совмещенной спирально-кольцевой намотки с увеличением натяжения ленты с каждым последующим слоем (уровень натяжения первого слоя выбирают из условия обжатия упругой оболочки оправки до внутреннего диаметра пустотелой оболочки), установка разборной пресс-формы на полученной заготовке и формование пустотелой оболочки за счет термического расширения упругой оболочки оправки при нагреве и отверждении связующего.The problem is solved due to the fact that the method of manufacturing axisymmetric hollow shells of revolution includes layer-by-layer winding on the mandrel of the reinforcing tape with a binder according to the combined spiral-ring winding scheme with increasing tape tension with each subsequent layer (the level of tension of the first layer is selected from the condition of compression of the elastic shell of the mandrel to the inner diameter of the hollow shell), the installation of a collapsible mold on the resulting workpiece and the molding of the hollow shell due to thermal expansion eniya elastic shell a mandrel during heating and curing the binder.

Оснастка для изготовления осесимметричных пустотелых оболочек вращения из полимерного композиционного материала содержит оправку, состоящую из центральной жесткой части и размешенной на ней упругой оболочки из терморасширяющегося материала. Упругая оболочка имеет внешний диаметр, превышающий внутренний диаметр пустотелой оболочки, при этом толщину упругой оболочки, выбирают в зависимости от внутреннего диаметра пустотелой оболочки вращения, коэффициента термического расширения материала упругой оболочки оправки и температуры отверждения связующего полимерного композиционного материала. Также оснастка включает жесткую разборную пресс-форму с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру пустотелой оболочки вращения, установленную на оправке с образованием полости для размещения композиционного материала.Equipment for the manufacture of axisymmetric hollow shells of revolution from a polymer composite material contains a mandrel consisting of a central rigid part and an elastic shell placed thereon from a thermally expanding material. The elastic shell has an outer diameter greater than the inner diameter of the hollow shell, and the thickness of the elastic shell is selected depending on the inner diameter of the hollow shell of revolution, the coefficient of thermal expansion of the material of the elastic shell of the mandrel and the curing temperature of the binder polymer composite material. The equipment also includes a rigid collapsible mold with an inner diameter corresponding to the outer diameter of the hollow shell of revolution mounted on the mandrel with the formation of a cavity for accommodating the composite material.

Такое решение задачи позволяет получить замкнутую цельноформованную оболочку высокого качества с калиброванной наружной поверхностью.This solution to the problem allows you to get a closed, fully molded shell of high quality with a calibrated outer surface.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 изображена оправка для изготовления осесимметричных пустотелых оболочек с расположенной на ней заготовкой;Figure 1 shows the mandrel for the manufacture of axisymmetric hollow shells with a workpiece located on it;

на фиг.2 - сечение А-А.figure 2 is a section aa.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Способ в соответствии с изобретением осуществляют следующим образом:The method in accordance with the invention is as follows:

- осуществляют сборку оправки, надевая упругую оболочку из терморасширяющегося материала на жесткую центральную часть оправки, диаметр которой превышает внутренний диаметр оболочки вращения;- carry out the assembly of the mandrel, putting on an elastic shell of thermally expanding material on the rigid Central part of the mandrel, the diameter of which exceeds the inner diameter of the shell of rotation;

- осуществляют установку оправки на намоточный станок типа НК-8;- carry out the installation of the mandrel on the winding machine type NK-8;

- послойно на оправке формируют пакет композиционного материала из пропитанной связующим армирующей ленты по схеме совмещенной спирально-кольцевой намотки с продольным армированием. На фиг.1 слои материала представлены в виде армирующей ленты 1. Лента может быть собрана из ровинговых нитей типа РВМПН-1200 (стекловолокно) или УКН-2500 (углеродное волокно) и пропитана связующим горячего отверждения типа ЭДТ-10П непосредственно в процессе намотки (мокрая намотка) или подаваться на намоточный станок в виде предварительно пропитанного препрега. При этом натяжение ленты производят с увеличением с каждым последующим слоем;- layer by layer on the mandrel form a package of composite material from a reinforcing tape impregnated with a binder according to the scheme of a combined spiral-ring winding with longitudinal reinforcement. In Fig. 1, the layers of material are presented in the form of a reinforcing tape 1. The tape can be assembled from roving threads of the type RVMPN-1200 (fiberglass) or UKN-2500 (carbon fiber) and impregnated with a hot cure binder of the type EDT-10P directly during winding (wet winding) or fed to the winding machine in the form of a pre-impregnated prepreg. In this case, the tension of the tape is produced with an increase with each subsequent layer;

- наматывают лентой слой №1 (6) с поперечным армированием при минимальном натяжении. Условие натяжение выбирают из условия обжатия упругой оболочки оправки до внутреннего диаметра пустотелой оболочки вращения;- wrap tape layer No. 1 (6) with transverse reinforcement with minimal tension. The condition of tension is chosen from the condition of compression of the elastic shell of the mandrel to the inner diameter of the hollow shell of rotation;

- наматывают лентой слой №2 (7) со спиральным армированием с натяжением, превышающим натяжение первого слоя, N2>N1;- wrap tape layer No. 2 (7) with spiral reinforcement with a tension exceeding the tension of the first layer, N 2 > N 1 ;

- выкладывают лентой слой №3 (8) вдоль оси вращения детали без натяжения N3=0;- lay out the tape layer No. 3 (8) along the axis of rotation of the part without tension N 3 = 0;

- наматывают лентой слой №4 (9) со спиральным армированием с натяжением, превышающим натяжение второго слоя, N4>N2;- wrap tape layer No. 4 (9) with spiral reinforcement with a tension exceeding the tension of the second layer, N 4 > N 2 ;

- наматывают лентой слой №5 (10) с поперечным армированием при максимальном натяжении, N5>N4;- wrap with tape a layer No. 5 (10) with transverse reinforcement at maximum tension, N 5 > N 4 ;

- на оправке с расположенной на ней заготовкой 4 детали располагают части жесткой разборной пресс-формы 5;- on a mandrel with a workpiece 4 located on it, parts have parts of a rigid collapsible mold 5;

- смыкают части жесткой пресс-формы 5 по фланцам, образуя гладкую формозадающую поверхность;- close the parts of the rigid mold 5 along the flanges, forming a smooth form-setting surface;

- устанавливают оснастку с расположенной в ней оправкой в печь;- install the equipment with the mandrel located in it in the furnace;

- осуществляют нагрев оснастки и отверждение связующего (режим отверждения для связующего ЭДТ-10П - нагрев до температуры 160+5°С со скоростью 2…3°С/мин, выдержка в течение 3 часов, охлаждение до 50°С со скоростью 2…3°С/мин);- carry out heating of the snap and curing the binder (curing mode for the binder EDT-10P - heating to a temperature of 160 + 5 ° C at a speed of 2 ... 3 ° C / min, holding for 3 hours, cooling to 50 ° C at a speed of 2 ... 3 ° C / min);

- извлекают оснастку из печи;- remove the snap from the furnace;

- охлаждают оснастку до комнатной температуры;- cool the equipment to room temperature;

- осуществляют демонтаж жесткой пресс-формы 5;- carry out the dismantling of the rigid mold 5;

- осуществляют демонтаж жесткой оправки 2;- carry out the dismantling of the rigid mandrel 2;

- снимают упругую оболочку 3 с внутренней полости изготовленной оболочки вращения.- remove the elastic shell 3 from the inner cavity of the manufactured shell of revolution.

Способ осуществляют с помощью оснастки.The method is carried out using snap.

Оснастка состоит из специальной оправки и жесткой разборной пресс-формы 5.The equipment consists of a special mandrel and a rigid collapsible mold 5.

Оправка 2 и установленная на ней жесткая разборная пресс-форма образуют замкнутую полость для размещения композиционного материала.The mandrel 2 and installed on it a rigid collapsible mold form a closed cavity for accommodating composite material.

Оправка состоит из двух элементов: центральной жесткой части оправки 2 (далее жесткой оправки) (фиг.1, 2) с осью вращения 11 и размещенной на ней упругой оболочки оправки 3.The mandrel consists of two elements: the Central rigid part of the mandrel 2 (hereinafter referred to as the rigid mandrel) (Fig.1, 2) with the axis of rotation 11 and the elastic shell of the mandrel 3 placed on it.

Центральная жесткая часть 2 при различных формах образующей может быть выполнена как монолитной (фиг.1), так и разборной.The Central rigid part 2 with various forms of the generatrix can be made as monolithic (figure 1), and collapsible.

Упругая оболочка оправки 3 выполнена из терморасширяющегося материала, например из силиконовой резины типа ИРП 1338 или аналогичной, и имеет свой внешний диаметр в каждом сечении Dупр, превышающий внутренний диаметр пустотелой оболочки вращения (заготовки) dвн. Толщину упругой оболочки 3 выбирают в зависимости от внутреннего диаметра изготавливаемой оболочки вращения dвн типа материала упругой оболочки, коэффициента термического расширения материала упругой оболочки 3 и температуры отверждения связующего композиционного материала оболочки вращения. Упругая оболочка 3, размещенная на жесткой оправке 2, плотно прилегает к ней и удерживается на ней за счет сил трения.The elastic shell of the mandrel 3 is made of a thermally expanding material, for example, silicone rubber of the type IRP 1338 or similar, and has its own outer diameter in each section D elastic , exceeding the inner diameter of the hollow shell of revolution (blank) d ext . The thickness of the elastic membrane 3 is selected depending on the internal diameter of the manufactured shell rotation d ext type elastic casing material, the thermal expansion coefficient of the material of the elastic membrane 3 and the curing temperature of the binder of the composite material shell rotation. The elastic shell 3, placed on a rigid mandrel 2, fits snugly against it and is held on it by friction forces.

Жесткая разборная пресс-форма 5, задающая поверхность наружного теоретического контура пустотелой оболочки вращения, выполнена разборной с целью облегчения извлечения готовой пустотелой оболочки вращения после формования. Жесткая пресс-форма 5 состоит, например, из четырех секций (фиг.2), каждая из которых по всей длине стыка имеет два фланца, обеспечивающих плавное сопряжение по внутренней поверхности пресс-формы 5. Жесткая разборная пресс-форма 5 имеет гладкую (шлифованную или полированную) внутреннюю поверхность с диаметром D в каждом сечении. Диаметр D соответствует внешнему диаметру пустотелой оболочки вращения.A rigid collapsible mold 5, defining the surface of the external theoretical contour of the hollow shell of revolution, is made collapsible in order to facilitate the extraction of the finished hollow shell of revolution after molding. A rigid mold 5 consists, for example, of four sections (Fig. 2), each of which has two flanges along the entire length of the joint, ensuring smooth mating along the inner surface of the mold 5. The rigid collapsible mold 5 has a smooth (polished or polished) inner surface with a diameter D in each section. The diameter D corresponds to the outer diameter of the hollow shell of revolution.

Предлагаемый настоящим изобретением способ осуществляется следующим образом.Proposed by the present invention, the method is as follows.

В первую очередь осуществляют сборку оправки: на жесткую оправку 2 натягивают упругую оболочку 3. Далее оправку располагают на цапфах намоточного станка типа НК-8. Затем на оправку (на внешнюю поверхность упругой оболочки оправки 3) послойно наматывают и укладывают армирующую ленту с различными углами армирования. Намотку армирующей ленты производят с увеличением уровня предварительного натяжения, от предыдущего слоя к последующему, N1<N2<N4<N5. Уровень натяжения первого слоя (внутреннего) 6 выбирают из условия обжатия упругой оболочки 3 Dуnp до внутреннего диаметра dвн оболочки вращения с учетом упругой деформации оболочки 3. При намотке каждого последующего слоя уровень натяжения увеличивают, кроме слоев с углом армирования в 0 град, относительно оси вращения оболочки вращения (натяжение отсутствует), N3=0. Завершающий 10 (внешний) слой армирующей ленты наматывают с максимальным натяжением, из условия получения заданного внешнего диаметра dнap оболочки вращения, в каждом сечении, с учетом упругой деформации оболочки 3 и уменьшения толщины пакета заготовки 4 при натяжении каждого последующего слоя. Процесс формирования пакета ПКМ оболочки вращения можно производить как "сухим" (из предварительно пропитанной связующим армирующей ленты), так и "мокрым" (армирующая лента собирается из отдельных нитей и пропитывается связующим в процессе намотки) способами.First of all, the mandrel is assembled: an elastic shell 3 is pulled onto a rigid mandrel 2. Next, the mandrel is placed on the pins of a winding machine such as NK-8. Then, on the mandrel (on the outer surface of the elastic shell of the mandrel 3), a reinforcing tape with different reinforcement angles is wound and layered in layers. The reinforcing tape is winded with an increase in the level of pre-tension, from the previous layer to the next, N 1 <N 2 <N 4 <N 5 . The level of tension of the first layer (inner) 6 is selected from the condition of compression elastic shell 3 unp D to inner diameter d ext rotation of the casing with the elastic deformation of the shell 3. When winding of each subsequent layer increases the level of tension than the layers with the angle reinforcement in the 0 °, relative to axis of rotation of the shell of rotation (no tension), N 3 = 0. 10 final (outer) layer of the reinforcing tape is wound with the maximum tension of the conditions for obtaining a predetermined outer diameter d nap rotation of the casing, in each section, with the elastic deformation of the shell 3 and reduce the blank thickness of the package 4 at a tension of each subsequent layer. The process of forming a PCM package of a shell of revolution can be carried out both by “dry” (from a reinforcing tape pre-impregnated with a binder) and “wet” (a reinforcing tape is assembled from individual threads and impregnated with a binder during winding) by methods.

Для формирования внешнего контура (т.к.) пустотелой оболочки вращения на оправку с намотанной заготовкой 4 устанавливают, совмещают и замыкают по фланцам при помощи болтовых соединений разборную пресс-форму 5.To form the external contour (since) of the hollow shell of rotation, a collapsible mold 5 is installed, combined and closed on the flanges using bolted joints on a mandrel with a wound blank 4.

После того как пресс-форма 5 установлена на оправке, оснастку снимают с намоточного станка и устанавливают в печи на специальные приспособления, где осуществляют формование детали. Возможен вариант встроенных нагревательных элементов в тело оправки и пресс-формы. В случае встроенных нагревательных элементов отверждение проводят в цехе, не используя печь.After the mold 5 is mounted on the mandrel, the snap is removed from the winding machine and installed in the furnace on special devices where the part is molded. A variant of the built-in heating elements in the body of the mandrel and the mold is possible. In the case of built-in heating elements, curing is carried out in the workshop without using a furnace.

В процессе нагревания в печи происходит отверждение связующего, при этом давление формования создается за счет стесненного термического расширения упругой оправки 3 в замкнутом объеме оснастки и обжатия армирующей лентой 1 завершающего слоя оболочки вращения. Замкнутый объем оснастки образован жесткой частью оправки 2 и внутренней поверхностью пресс-формы 5. В итоге, после формования, получается внешняя поверхность оболочки вращения "калиброванная". При этом внутренние слои заготовки, «обжатые» внешним слоем, имеют «избыточную» длину витка и позволяют качественно "продавить" весь пакет армирующего материала оболочки вращения (длины витков спиралей исключают их дополнительное натяжение при расширении упругой оправки на величину "опрессовки" пакета ПКМ и не препятствуют процессу формования). Готовая оболочка вращения имеет внешний диаметр, равный внутреннему диаметру пресс-формы. После окончания процесса отверждения оснастку извлекают из печи и остужают до комнатной температуры. После того как оснастка остыла, осуществляют демонтаж пресс-формы 5, снимая ее по секторам. Далее демонтируют жесткую оправку, вытягивая ее из упругой оправки, на которой расположена оболочка вращения. После чего из полости готовой оболочки вращения извлекают упругую оправку как "чулок", вытягивая ее в сторону большего диаметра оболочки вращения.In the process of heating in the furnace, the binder cures, and the molding pressure is created due to the constrained thermal expansion of the elastic mandrel 3 in a closed volume of equipment and compression by the reinforcing tape 1 of the final layer of the shell of revolution. The enclosed volume of the tooling is formed by the rigid part of the mandrel 2 and the inner surface of the mold 5. As a result, after molding, the outer surface of the rotation shell is “calibrated”. In this case, the inner layers of the workpiece, “crimped” by the outer layer, have an “excess” turn length and can qualitatively “push through” the entire package of the reinforcing material of the shell of revolution (the lengths of the turns of the spirals exclude their additional tension when expanding the elastic mandrel by the amount of “crimping” the PCM package and do not interfere with the molding process). The finished shell of rotation has an outer diameter equal to the inner diameter of the mold. After the curing process is complete, the equipment is removed from the furnace and cooled to room temperature. After the equipment has cooled, carry out the dismantling of the mold 5, removing it by sectors. Next, a rigid mandrel is dismantled by pulling it from the elastic mandrel on which the rotation sheath is located. After that, from the cavity of the finished shell of rotation, an elastic mandrel is removed as a "stocking", pulling it toward a larger diameter of the shell of rotation.

Благодаря тому, что применяемая в данном способе намотка с переменным натяжением не препятствует равномерному распределению давления по толщине заготовки, обеспечиваются при производстве оболочки вращения стабильность (повторяемость), высокое качество и высокие прочностные характеристики. Применение такого способа и такой оснастки позволят изготавливать цельноформованные крупногабаритные оболочки вращения с калиброванной внешней поверхностью. Кроме того, применение высокопроизводительного способа сухой намотки позволяет снизить трудоемкость изделия и быть конкурентоспособным на рынке.Due to the fact that the winding with variable tension used in this method does not prevent an even distribution of pressure over the thickness of the workpiece, stability (repeatability), high quality and high strength characteristics are ensured during the manufacture of the rotation sheath. The application of this method and such equipment will allow the production of solid-formed large-sized shells of revolution with a calibrated outer surface. In addition, the use of a high-performance dry winding method reduces the complexity of the product and be competitive in the market.

Claims (2)

1. Оснастка для изготовления осесимметричных пустотелых оболочек вращения из полимерного композиционного материала, содержащая оправку, состоящую из центральной жесткой части и размешенной на ней упругой оболочки из терморасширяющегося материала, имеющей внешний диаметр, превышающий внутренний диаметр получаемой оболочки, и толщину, выбираемую в зависимости от внутреннего диаметра пустотелой оболочки, коэффициента термического расширения материала упругой оболочки оправки и температуры отверждения связующего полимерного композиционного материала, и жесткую разборную пресс-форму с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру пустотелой оболочки, установленную на оправке с образованием полости для размещения композиционного материала.1. Equipment for the manufacture of axisymmetric hollow shells of revolution from a polymer composite material, comprising a mandrel consisting of a central rigid part and an elastic shell placed thereon from a thermally expanding material having an external diameter greater than the inner diameter of the resulting shell, and a thickness selected depending on the inner the diameter of the hollow shell, the coefficient of thermal expansion of the material of the elastic shell of the mandrel and the curing temperature of the binder polymer composition ionic material, and a rigid dismountable mold with an inner diameter corresponding to the outer diameter of the hollow shell mounted on a mandrel to form a cavity for placement of the composite material. 2. Способ изготовления осесимметричных пустотелых оболочек вращения из полимерного композиционного материала, включающий послойную намотку на оправку, состоящую из центральной жесткой части и размещенной на ней упругой оболочки с внешним диаметром, превышающим внутренний диаметр пустотелой оболочки, армирующей ленты со связующим, по схеме совмещенной спирально-кольцевой намотки с увеличением натяжения ленты с каждым последующим слоем, при этом уровень натяжения первого слоя выбирают из условия обжатия упругой оболочки оправки до внутреннего диаметра пустотелой оболочки, установление разборной пресс-формы на полученной заготовке, формование пустотелой оболочки за счет термического расширения упругой оболочки оправки при нагреве и отверждении связующего, охлаждение и демонтаж пресс-формы, удаление жесткой части оправки и снятие упругой оболочки. 2. A method of manufacturing axisymmetric hollow shells of revolution from a polymer composite material, including layer-by-layer winding on a mandrel, consisting of a central rigid part and an elastic shell placed on it with an outer diameter exceeding the inner diameter of the hollow shell reinforcing tape with a binder, according to a combined spiral ring winding with increasing tension of the tape with each subsequent layer, while the level of tension of the first layer is selected from the condition of compression of the elastic shell of the mandrel to ext friction diameter of the hollow shell, establishing a dismountable mold to obtain a preform molding hollow shell due to thermal expansion of the elastic shell binder mandrel during heating and curing, cooling and dismantling the mold, removing the rigid part of the mandrel and removing the elastic membrane.
RU2010132713/02A 2010-08-05 2010-08-05 Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials RU2458791C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010132713/02A RU2458791C2 (en) 2010-08-05 2010-08-05 Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010132713/02A RU2458791C2 (en) 2010-08-05 2010-08-05 Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010132713A RU2010132713A (en) 2012-02-10
RU2458791C2 true RU2458791C2 (en) 2012-08-20

Family

ID=45853255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010132713/02A RU2458791C2 (en) 2010-08-05 2010-08-05 Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2458791C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2678547C2 (en) * 2014-07-25 2019-01-29 Зе Боинг Компани Apparatus and method for shape memory alloy mandrel
RU2709122C1 (en) * 2019-08-29 2019-12-16 Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия" Anti-avalanche projectile
RU2743949C1 (en) * 2019-12-16 2021-03-01 Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" Composite molding tools

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2050283C1 (en) * 1992-12-22 1995-12-20 Андрей Вячеславович Артемьев Method of moulding products from composite materials
RU2089444C1 (en) * 1995-08-25 1997-09-10 Восточноукраинский государственный университет Method of manufacture of intricate-profile articles from composite materials by continuous winding method
JP2005016579A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Totaku Industries Inc Synthetic resin-made tube
JP2009103243A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Evuc Kk Synthetic resin connection pipe and its manufacturing method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2050283C1 (en) * 1992-12-22 1995-12-20 Андрей Вячеславович Артемьев Method of moulding products from composite materials
RU2089444C1 (en) * 1995-08-25 1997-09-10 Восточноукраинский государственный университет Method of manufacture of intricate-profile articles from composite materials by continuous winding method
JP2005016579A (en) * 2003-06-24 2005-01-20 Totaku Industries Inc Synthetic resin-made tube
JP2009103243A (en) * 2007-10-24 2009-05-14 Evuc Kk Synthetic resin connection pipe and its manufacturing method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2678547C2 (en) * 2014-07-25 2019-01-29 Зе Боинг Компани Apparatus and method for shape memory alloy mandrel
RU2709122C1 (en) * 2019-08-29 2019-12-16 Федеральное казенное предприятие "Научно-исследовательский институт "Геодезия" (ФКП "НИИ "Геодезия" Anti-avalanche projectile
RU2743949C1 (en) * 2019-12-16 2021-03-01 Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" Composite molding tools

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010132713A (en) 2012-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4292101A (en) Method of fabricating composite members
JP2003033984A (en) Composite structural member and its production method
JPS6292833A (en) Manufacture of bent continuous fiber reinforced resin tube
CN106515045B (en) Composite material joint skirt automatic placement molding method
CN110948903A (en) Mold and molding method for preparing carbon fiber grid bearing cylinder through integrated molding
CN110591356B (en) Wave-transparent composite material half cover and preparation method thereof
RU2458791C2 (en) Method and tooling for production of hollow axially-symmetric shells (shell of revolution) from composite polymer materials
CN112644039A (en) Large-opening composite material shell, forming method and forming tool
CN104260365A (en) Method for manufacturing antenna rib
EP3256332B1 (en) Method to produce a fiber reinforced rim and a device for producing a fiber reinforced rim
CN105690821A (en) Wet winding forming method for fiber-reinforced resin matrix composite sandwich pipe
CN114030204A (en) Non-autoclave molding method for large-size composite material barrel
CN114043745B (en) Fiber winding method and system applied to combined revolving body with concave curved surface
CN112848242B (en) Winding core mold with deformation adapter layer and composite shell forming method
CN108864995B (en) Multi-axial composite material bent pipe and preparation method thereof
KR20140095709A (en) Composite pipe, composite roller, composite pipe manufacturing method and composite roller manufacturing method using the composite pipe
CN107351421A (en) A kind of solid propellant rocket internal insulation and its forming method
CN114193790B (en) Forming method of reinforced shell cabin section of composite material with different resin systems
CN112571822B (en) Memory non-metal core mold structure suitable for winding with medicine and shell forming method
CN215397021U (en) Big open-ended combined material casing and shaping frock
CN114393854A (en) Carbon fiber hollow pipe forming method based on silica gel core mold
CN114905773A (en) Method for producing lightweight mast, lightweight mast and sailing vessel comprising lightweight mast
KR20180064590A (en) Coil spring of complex material and manufacturing method thereof
CN109703055A (en) A kind of forming method of high dimensional accuracy irregularly-shaped hole antiscour heat-insulated pipe
JPS60166439A (en) Manufacture of bend made of fiber reinforced plastic

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120806

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130720

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160806