RU2708418C1 - Method for production of multilayer shell of rotation with external ring frame - Google Patents
Method for production of multilayer shell of rotation with external ring frame Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708418C1 RU2708418C1 RU2019119536A RU2019119536A RU2708418C1 RU 2708418 C1 RU2708418 C1 RU 2708418C1 RU 2019119536 A RU2019119536 A RU 2019119536A RU 2019119536 A RU2019119536 A RU 2019119536A RU 2708418 C1 RU2708418 C1 RU 2708418C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- batch
- blanks
- shell
- workpieces
- ring frame
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии изготовления изделий из композиционных материалов, а именно, оболочек вращения с наружным кольцевым шпангоутом для силовых конструкций.The invention relates to a technology for manufacturing products from composite materials, namely, shells of revolution with an outer ring frame for power structures.
При изготовлении оболочек из композиционных материалов осуществляют кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим ленты материала на оправку, конфигурация наружной поверхности которой соответствует конфигурации внутренней поверхности оболочки.In the manufacture of shells from composite materials, an annular winding of a material ribbon pre-impregnated with a binder is carried out on a mandrel, the configuration of the outer surface of which corresponds to the configuration of the inner surface of the shell.
Известен способ изготовления оболочек, включающий кольцевую намотку предварительно пропитанной связующим ленты материала на оправку (см. И.М. Буланов, В.В. Воробей. Технология ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998 г. - стр. 446-448).A known method of manufacturing shells, including ring winding pre-impregnated with a binder of tape material on the mandrel (see I.M. Bulanov, V.V. Vorobey. Technology of rocket and aerospace structures from composite materials. - M.: Publishing House of MGTU named after N.E. Bauman, 1998 - pp. 446-448).
Известный способ позволяет изготавливать высокопрочные оболочки с коническими и цилиндрическими поверхностями, обеспечивающие надежную работу силовых конструкций.The known method allows the manufacture of high-strength shells with conical and cylindrical surfaces, ensuring reliable operation of power structures.
Однако кольцевая намотка композиционного материала на оправку с последующей механической обработкой, при применении этого способа для изготовления оболочек с наружным кольцевым шпангоутом, требует большого расхода материала в зонах до наружного кольцевого шпангоута и после него, особенно при выполнении оболочек со значительным по высоте и ширине шпангоутом.However, the ring winding of the composite material on the mandrel, followed by machining, when using this method for the manufacture of shells with an outer ring frame, requires a large consumption of material in the zones before and after the outer ring frame, especially when making shells with a significant height and width of the frame.
Также требуется значительный объем механической обработки материала оболочки после намотки для формирования наружного кольцевого шпангоута.It also requires a significant amount of machining of the sheath material after winding to form the outer ring frame.
Намотка ленты в локальной зоне для формирования наружного кольцевого шпангоута на оболочку, изготовленную намоткой ленты материала на оправку, не позволяет получить достаточную прочность соединения шпангоута с многослойной оболочкой, что недопустимо для силовых конструкций.Winding the tape in the local zone to form the outer ring frame on the shell made by winding the material tape on the mandrel does not allow to obtain sufficient bond strength of the frame with the multilayer shell, which is unacceptable for power structures.
Отдельное изготовление кольцевого шпангоута с последующим склеиванием его с ранее изготовленной многослойной оболочкой также не позволяет получить достаточную прочность соединения шпангоута с оболочкой.Separate production of an annular frame with its subsequent gluing with a previously manufactured multilayer shell also does not allow to obtain sufficient strength of the connection of the frame with the shell.
Из опыта изготовления многослойных оболочек из композиционных материалов следует, что наиболее прочные оболочки с утолщением на наружной поверхности можно изготавливать с применением в зоне утолщения выкладки заготовок, выкроенных из пропитанной связующим углеродной ткани.From the experience of manufacturing multilayer shells from composite materials it follows that the most durable shells with a thickening on the outer surface can be made using blanks cut from a binder-impregnated carbon fabric in the thickening zone.
Выкладку заготовок в зоне утолщения производят на наружную поверхность предварительно изготовленной из углепластика внутренней части оболочки.The laying of the blanks in the thickening zone is performed on the outer surface of the inner part of the shell previously made of carbon fiber.
Известен способ изготовления многослойной оболочки вращения, включающий выкраивание заготовок из пропитанной связующим углеродной ткани и выкладку заготовок на наружную поверхность предварительно изготовленной из углепластика внутренней части оболочки (см. патент РФ №2571794), являющийся наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению.A known method of manufacturing a multilayer shell of revolution, including cutting blanks from a binder-impregnated carbon fabric and laying blanks on the outer surface of the inner part of the shell previously made from carbon fiber (see RF patent No. 2571794), which is the closest analogue to the invention.
По данному способу выкладку заготовок из углеродной ткани осуществляют непосредственно в зоне утолщения, что повышает прочность материала в этой зоне, при этом уменьшается расход исходного материала и объем механической обработки.According to this method, the laying out of carbon fabric blanks is carried out directly in the thickening zone, which increases the strength of the material in this zone, while the consumption of the starting material and the amount of machining are reduced.
Однако при изготовлении многослойных оболочек вращения с наружным кольцевым шпангоутом, подвергающимся в процессе эксплуатации силовой конструкции значительным по величине нагрузкам, прочность шпангоута и прочность скрепления шпангоута с оболочкой в ряде случаев может быть недостаточной для исключения возможности разрушения конструкции.However, in the manufacture of multilayer shells of revolution with an outer ring frame, subjected to significant loads during operation of the power structure, the strength of the frame and the strength of the fastening of the frame with the shell may in some cases be insufficient to exclude the possibility of structural failure.
Выяснено, что недостаточно высокие прочность материала шпангоута и прочность материала в зоне соединения шпангоута с оболочкой обусловлены, в том числе, недостаточно большой поверхностью скрепления заготовок, формирующих шпангоут, с материалом внутренней части оболочки.It was found that the insufficiently high strength of the frame material and the strength of the material in the zone of connection of the frame with the casing are caused, among other things, by the insufficiently large bonding surface of the blanks forming the frame with the material of the inner part of the casing.
Технической проблемой данного изобретения является усовершенствование технологического процесса изготовления многослойной оболочки вращения с наружным кольцевым шпангоутом с целью повышения качества изготовления, уменьшения материалоемкости и объема механической обработки.The technical problem of this invention is the improvement of the manufacturing process of a multilayer shell of revolution with an outer ring frame in order to improve manufacturing quality, reduce material consumption and the volume of machining.
Технический результат заключается в получении монолитной структуры материала многослойной оболочки и повышения ее прочности в зоне наружного кольцевого шпангоута.The technical result is to obtain a monolithic structure of the material of the multilayer shell and increase its strength in the area of the outer ring frame.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления многослойной оболочки вращения с наружным кольцевым шпангоутом, включающем выкраивание заготовок из пропитанной связующим углеродной ткани, длина которых равна длине образующей оболочки, и выкладку заготовок на наружную поверхность предварительно изготовленной из углепластика внутренней части оболочки, выкраивают партию заготовок, контур которых представляет собой трапецию, и партию заготовок, контур которых представляет собой половину трапеции с боковой поверхностью, сопряженной с кольцевым языком, ширина которого равна ширине кольцевого шпангоута, опоясывают оболочку у торцов разметочными лентами, при выкладке сначала выкладывают заготовки первой партии в кольцевом направлении встык, с перекрытием стыков последующими заготовками этой партии, после чего выкладывают заготовки второй партии, смещая края заготовок относительно друг друга в кольцевом направлении, при этом совмещают края заготовок с соответствующими делениями на разметочных лентах.The technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing a multilayer shell of revolution with an outer ring frame, including cutting blanks from a binder impregnated with carbon fabric, the length of which is equal to the length of the forming shell, and laying the blanks on the outer surface of the inner part of the shell made of carbon fiber, cut a batch of blanks , the contour of which is a trapezoid, and a batch of workpieces, the contour of which is half a trapezoid from the side surface bridging, conjugated with an annular tongue, the width of which is equal to the width of the annular frame, encircle the shell at the ends with marking tapes, when laying, first lay the blanks of the first batch in the ring direction butt, overlapping the joints with subsequent blanks of this batch, then lay the blanks of the second batch, shifting the edges blanks relative to each other in the annular direction, while combining the edges of the blanks with the corresponding divisions on the marking tapes.
При выкраивании направление заготовок первой партии могут располагать перпендикулярно направлению основы углеродной ткани, а направление заготовок второй партии могут располагать по направлению основы углеродной ткани.When cutting, the direction of the blanks of the first batch can be perpendicular to the direction of the base of the carbon fabric, and the direction of the blanks of the second batch can be placed in the direction of the base of the carbon fabric.
Кроме того, на выложенные заготовки первой партии могут устанавливать резиновую пластину, располагая ее вдоль образующей оболочки, при этом выкладку первых заготовок второй партии производят, размещая их кольцевые языки на поверхности резиновой пластины, причем перед выкладкой последних пяти или десяти заготовок второй партии резиновую пластину снимают.In addition, a rubber plate can be installed on the laid-out blanks of the first batch, placing it along the generatrix of the shell, while the laying of the first blanks of the second batch is made by placing their annular tongues on the surface of the rubber plate, and before laying the last five or ten blanks of the second batch, the rubber plate is removed .
Применение партии заготовок, контур которых представляет собой трапецию, выкладываемых на наружную поверхность предварительно изготовленной из углепластика внутренней части оболочки, позволяет создать прочно скрепленную с внутренней частью оболочки подложку для выкладки заготовок второй партии, что необходимо для получения прочной монолитной структуры материала многослойной оболочки.The use of a batch of workpieces, the contour of which is a trapezoid, laid on the outer surface of the inner part of the shell previously made of carbon fiber, allows you to create a substrate that is firmly bonded to the inner part of the shell for laying the blanks of the second batch, which is necessary to obtain a strong monolithic structure of the material of the multilayer shell.
Применение партии заготовок, контур которых представляет собой половину трапеции с боковой поверхностью, сопряженной с кольцевым языком, ширина которого равна ширине кольцевого шпангоута, позволяет придать оболочке требуемую форму и обеспечить оптимальную структуру материала в зоне формирования кольцевого шпангоута.The use of a batch of blanks, the contour of which is half the trapezoid with a lateral surface conjugated with an annular tongue, the width of which is equal to the width of the annular frame, allows you to give the shell the desired shape and ensure the optimal structure of the material in the formation zone of the annular frame.
Опоясывание оболочки у торцов разметочными лентами, в соответствии с делениями которых смещают края заготовок относительно друг друга в кольцевом направлении, позволяет упорядочить процесс выкладки заготовок, соблюдая при этом шаг выкладки, что необходимо для улучшения структуры материала оболочки и обеспечения равномерной толщины оболочки.The encircling of the shell at the ends with marking tapes, in accordance with the divisions of which move the edges of the workpieces relative to each other in the annular direction, makes it possible to streamline the process of laying out the workpieces, while observing the laying step, which is necessary to improve the structure of the shell material and ensure uniform shell thickness.
Расположение при выкраивании направления заготовок первой партии перпендикулярно направлению основы углеродной ткани, а направления заготовок второй партии по направлению основы углеродной ткани, позволяет обеспечить равнопрочную структуру материала оболочки, как в кольцевом, так и в продольном направлении.The arrangement when cutting the direction of the blanks of the first batch is perpendicular to the direction of the base of the carbon fabric, and the direction of the blanks of the second batch in the direction of the base of the carbon fabric allows for an equal strength structure of the sheath material, both in the annular and longitudinal directions.
Установка на выложенные заготовки первой партии резиновой пластины, расположенной вдоль образующей оболочки, позволяет при выкладке первых заготовок второй партии облегчить процесс выкладки этих заготовок за счет предварительного размещения их кольцевых языков на поверхности резиновой пластины.The installation on the laid blanks of the first batch of the rubber plate located along the generatrix of the shell allows the laying of the first blanks of the second batch to facilitate the laying out of these blanks by first placing their ring tongues on the surface of the rubber plate.
Предложенная конструктивно-технологическая схема изготовления многослойных оболочек из композиционного материала обеспечивает совмещение в единой оболочке вращения обечайки и кольцевого шпангоута с получением монолитной конструкции.The proposed constructive-technological scheme for the manufacture of multilayer shells from composite material provides a combination of shell rotation and a ring frame in a single shell to obtain a monolithic structure.
При этом уменьшается масса оболочки благодаря отсутствию механических соединений, практически исключаются механическая обработка и отходы композиционного материала, поскольку шпангоут и обечайка формируются одновременно с формированием конструкции оболочки.At the same time, the mass of the casing is reduced due to the absence of mechanical connections, the mechanical processing and waste of the composite material are practically excluded, since the frame and the shell are formed simultaneously with the formation of the casing structure.
В результате экспериментов, при проведении которых использовались известные операции и вводились новые операции, разработана совокупность расположенных в строго определенной последовательности технологических операций, позволяющая получить требуемое качество изготовления многослойных оболочек вращения с наружным кольцевым шпангоутом.As a result of experiments, during which well-known operations were used and new operations were introduced, a set of technological operations located in a strictly defined sequence was developed, which made it possible to obtain the required manufacturing quality of multilayer shells of revolution with an outer ring frame.
Структура материала оболочек, изготовленных по данному способу, является оптимальной с точки зрения обеспечения требуемой прочности и монолитности.The material structure of the shells made by this method is optimal from the point of view of ensuring the required strength and solidity.
Сущность способа поясняется рисунками.The essence of the method is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показана схема выкраивания и конфигурация заготовок первой партии.In FIG. 1 shows a pattern of cutting and configuration of the blanks of the first batch.
На фиг. 2 показана схема выкраивания и конфигурация заготовок второй партии.In FIG. 2 shows a pattern of cutting and configuration of the workpieces of the second batch.
На фиг. 3 показана схема выкладки заготовок первой партии.In FIG. 3 shows the layout of the blanks of the first batch.
На фиг. 4 показана схема установки резинового клина.In FIG. 4 shows the installation diagram of a rubber wedge.
На фиг. 5 показана схема выкладки заготовок второй партии.In FIG. 5 shows the layout of the blanks of the second batch.
На фиг. 6 показана многослойная оболочка с наружным кольцевым шпангоутом в составе силовой конструкции.In FIG. 6 shows a multilayer shell with an outer ring frame as part of the power structure.
Изготовление многослойных оболочек вращения с наружным кольцевым шпангоутом осуществляется следующим образом.The manufacture of multilayer shells of rotation with an outer ring frame is as follows.
Из углеродной ткани, пропитанной эпоксидным связующим, выкраивают по соответствующим шаблонам две партии заготовок, соответственно 1 и 2, длина которых равна длине образующей изготавливаемой многослойной оболочки вращения.From a carbon fabric impregnated with an epoxy binder, two batches of blanks, respectively 1 and 2, are cut according to the appropriate templates, the length of which is equal to the length of the generatrix of the multilayer shell of revolution produced.
Контур заготовок 1 первой партии представляет собой трапецию, при этом направление заготовок 1 (продольную ось) располагают перпендикулярно направлению основы углеродной ткани.The contour of the
Контур заготовок 2 второй партии представляет собой половину трапеции с боковой поверхностью, сопряженной с кольцевым языком 3, ширина которого равна ширине изготавливаемого кольцевого шпангоута, при этом направление заготовок 2 (продольную ось) располагают по направлению основы углеродной ткани.The contour of the
Изготавливают из углепластика внутреннюю часть 4 многослойной оболочки в виде полого усеченного конуса, длина образующей которого равна длине образующей изготавливаемой многослойной оболочки.The
Выкладывают на наружную поверхность внутренней части 4 оболочки четыре 1 заготовки первой партии, в кольцевом направлении встык, и прикатывают, выдерживая зазоры между боковыми сторонами заготовок 1 у малого и большого торцов оболочки, не допуская нахлеста заготовок 1.Spread four 1 blanks of the first batch on the outer surface of the
Выкладку пятой и последующих заготовок 1 производят со смещением их боковых кромок против часовой стрелки, перекрывая стыки первых четырех заготовок 1.The calculation of the fifth and
На выложенные заготовки 1 первой партии устанавливают резиновую пластину 5 и скрепляют шпагатом (на фиг. не показан), располагая резиновую пластину 5 и шпагат вдоль образующей оболочки.On the
Наклеивают на наружную поверхность внутренней части 4 многослойной оболочки бумажные ленты 6 с разметкой шага выкладки заготовок, опоясывая внутреннюю часть 4 многослойной оболочки у малого и большого торцов.
Затем выкладывают первую заготовку 2 второй партии, смещая край заготовки 2 относительно резиновой пластины 5 против часовой стрелки на одно деление разметочных лент 6, при этом кольцевой язык 3 заготовки будет располагаться на поверхности резиновой пластины 5.Then lay the first blank 2 of the second batch, shifting the edge of the blank 2 relative to the
Продолжают выкладку заготовок 2 второй партии, смещая края заготовок 2 относительно друг друга против часовой стрелки, соблюдая при этом шаг по разметочным лентам 6 и прикатывая заготовки к поверхности ранее выложенных заготовок 2.Continue laying out the
Перед выкладкой последних пяти или десяти заготовок 2 второй партии шпагат и резиновую пластину 5 снимают и заполняют образовавшийся зазор между краями заготовок 2, выкладывая оставшиеся заготовки 2, выдерживая при этом шаг выкладки.Before laying out the last five or ten
Снимают с оболочки разметочные ленты 6.Peel
Затем производят отверждение композиционного материала многослойной оболочки, содержащей внутреннюю часть 4 оболочки и наружную часть 7 оболочки со сформированным шпангоутом 8.Then produce curing of the composite material of the multilayer shell containing the
После чего используют многослойную оболочку с наружным кольцевым шпангоутом 8 в составе силовой конструкции.Then use a multilayer shell with an
Использование изобретения позволяет повысить качество изготовления многослойных оболочек вращения с наружным кольцевым шпангоутом, что подтверждено при практическом применении предлагаемого способа.The use of the invention allows to improve the quality of manufacture of multilayer shells of revolution with an outer ring frame, which is confirmed by the practical application of the proposed method.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019119536A RU2708418C1 (en) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | Method for production of multilayer shell of rotation with external ring frame |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019119536A RU2708418C1 (en) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | Method for production of multilayer shell of rotation with external ring frame |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708418C1 true RU2708418C1 (en) | 2019-12-06 |
Family
ID=68836689
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019119536A RU2708418C1 (en) | 2019-06-21 | 2019-06-21 | Method for production of multilayer shell of rotation with external ring frame |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708418C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771885C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-05-13 | Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Method for manufacturing a multilayer rotary shell with outer ring thickenings and protrusions |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1402133A (en) * | 1971-07-12 | 1975-08-06 | Kaempen Industries | Composite structures and methods and apparatus for making same |
RU2174467C2 (en) * | 1999-04-27 | 2001-10-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит" | Shell making method and design of shell |
RU2201345C2 (en) * | 2001-05-29 | 2003-03-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Method of manufacture of shells with internal radial cavities |
RU2571794C1 (en) * | 2014-10-13 | 2015-12-20 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Искра" (ПАО НПО "Искра") | Fabrication of shells with inner radial cavities |
-
2019
- 2019-06-21 RU RU2019119536A patent/RU2708418C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1402133A (en) * | 1971-07-12 | 1975-08-06 | Kaempen Industries | Composite structures and methods and apparatus for making same |
RU2174467C2 (en) * | 1999-04-27 | 2001-10-10 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Композит" | Shell making method and design of shell |
RU2201345C2 (en) * | 2001-05-29 | 2003-03-27 | Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Method of manufacture of shells with internal radial cavities |
RU2571794C1 (en) * | 2014-10-13 | 2015-12-20 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Искра" (ПАО НПО "Искра") | Fabrication of shells with inner radial cavities |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2771885C1 (en) * | 2021-06-22 | 2022-05-13 | Публичное акционерное общество Научно-производственное объединение "Искра" | Method for manufacturing a multilayer rotary shell with outer ring thickenings and protrusions |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4576206A (en) | Pipe insulation sleeve | |
US4401495A (en) | Method of winding composite panels | |
US4463044A (en) | Composite panel of varied thickness | |
US2914833A (en) | Paper tube for forming concrete columns and the like having an overlapped inner ply with a coating material thereon | |
SE8103291L (en) | SET FOR SELECTING THE PLATE TOP AND SELECTION FOR IMPLEMENTATION OF THE SET | |
ES279700A1 (en) | Improvements in, or relative to, the procedure of manufacture of flown carpets of fiber, and their means of realization (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) | |
RU2708418C1 (en) | Method for production of multilayer shell of rotation with external ring frame | |
WO1997000345A3 (en) | Methods and apparatus for making ring-shaped parts out of a composite material, as well as preforms therefor | |
US2836874A (en) | Paper tube concrete form | |
RU2771885C1 (en) | Method for manufacturing a multilayer rotary shell with outer ring thickenings and protrusions | |
JPS60111720A (en) | Manufacture of pipe elbow | |
JPS5782022A (en) | Method for continuously manufacturing compound pipe | |
US1425113A (en) | Process of manufacturing curved forms of plywood or fibrous compositions | |
US2827412A (en) | Multi-ply plastic laminate and method of forming same | |
US1209736A (en) | Press-roll for paper-making machines. | |
US2528155A (en) | Manufacture of socket pipes of asbestos-cement | |
US1291709A (en) | Reinforced paper and method of making the same. | |
US2367844A (en) | Continuous method of manufacturing asbestos-cement pipe | |
RU2722885C1 (en) | Method of producing reinforcing plates of flexible support hinge | |
US20110119885A1 (en) | Restored winding cores and method for manufacturing the same | |
RU2571794C1 (en) | Fabrication of shells with inner radial cavities | |
US2277590A (en) | Method of making mica rings | |
RU2787625C1 (en) | Method for manufacture of molding equipment in form of set of single thin-wall couling plates of polymer composite materials | |
RU2201345C2 (en) | Method of manufacture of shells with internal radial cavities | |
RU2588210C2 (en) | Method and device for making composite products containing flat part |