Устройство для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий

Изобретение может быть использовано при изготовлении многослойных изделий сложной формы и объема из полимерных композиционных материалов, преимущественно в отраслях высокой технологии, например в авиационной, двигателестроительной промышленности. Две полуформы устройства имеют рабочие поверхности сложного, преимущественно аэродинамически профилированного внутреннего объема, имитирующие внешнюю форму готового изделия. На рабочих поверхностях полуформ выполнены уступы под вкладываемый слой. Каждый из уступов расположен в предназначенном ему месте и имеет геометрическую форму и высоту, идентичную форме и высоте вкладываемого в него слоя, содержащего по меньшей мере один предварительно раскроенный монослой. На рабочих поверхностях полуформ выполнены риски под армирующие направляющие материала монослоев и сквозные отверстия для прошива сквозь них выложенной многослойной заготовки. Техническим результатом является прецизионно точное расположение слоев в многослойной заготовке для изготовления слоистого изделия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к слоистым материалам, а более конкретно касается устройства для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий. Устройство может быть использовано при изготовлении многослойных изделий сложной формы и объема из полимерных композиционных материалов преимущественно в отраслях высокой технологии, например в авиационной, двигателестроительной промышленности.

Широко известно использование пресс-форм при изготовлении изделий из полимерных материалов.

Известно устройство для получения слоистого материала для изготовления панели фюзеляжа воздушного судна (патент РФ №2358876). Устройство представляет собой пресс-форму. Слоистый материал состоит из пакета чередующихся слоев металла и связующих слоев пластика. В пресс-форму укладывают стопой первый ряд слоев один поверх другого, затем укладывают стопой поверх первого ряда слоев, по меньшей мере, второй ряд слоев с образованием пакета слоев. При этом, по меньшей мере, на одном краю пакета, по меньшей мере, один из рядов смещают обратной ступенькой относительно первого ряда слоев.

Изобретение направлено на обеспечение гладкого соединения слоистых материалов.

Известна форма для изготовления воздухозаборника летательного аппарата из слоистых полимерных композиционных материалов (патент РФ №2351471). При этом на эталонном воздухозаборнике и пластине методом контактного формования изготавливают две полуформы с рабочими поверхностями, обращенными к аэродинамическим поверхностям эталонного воздухозаборника. Затем после полимеризации, съема и подготовки формы на ее рабочих поверхностях формируют воздухозаборник. При этом пластину устанавливают в плоскости симметрии эталонного воздухозаборника и на ее плоскостях и на аэродинамических поверхностях эталонного воздухозаборника формируют две полуформы.

При этом образовавшуюся впадину с прилегающими участками заполняют композицией, оформляя зону смыкания полуформ поверхностями, усредненными по геометрическим параметрам, прилегающим к данной зоне рабочими поверхностями левой и правой полуформ.

При изготовлении слоистых изделий из композиционных материалов используют заготовки в виде раскроенных монослоев расчетной формы из сухой ткани или ленты из стеклянных, органических, углеродных, борных, керамических волокон или препрега (ткань, лента, пропитанные полимерным связующим), которые выкладывают в матрицу пресс-формы с рабочими поверхностями имитирующую форму готового изделия ручным или машинным способом в предусмотренное проектом место расположения. В любом из этих способов, особенно при ручной выкладке, возможны небольшие отклонения от предусмотренного проектом места расположения слоя. Так как число слоев большое (от нескольких десятков до нескольких сотен), то даже малые ошибки при выкладке монослоя(ев) могут привести к недопустимому отклонению окончательной формы или механических свойств изделий. В конечном счете одно изделие будет отличаться от другого, что недопустимо в отраслях высокой технологии, например в авиационной, двигателестроительной промышленности.

В основу изобретения положена задача создания устройства для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий, обеспечивающего изготовление многослойных изделий, с геометрическими параметрами сложного, преимущественно аэродинамически профилированного внутреннего объема, с идентичными свойствами всех изготовленных изделий, в том числе при их промышленном производстве.

Техническим результатом является прецизионно точное расположение слоев в многослойной заготовке для изготовления слоистого изделия.

Поставленная задача решается тем, что устройство для получения многослойной заготовки для изготовления слоистых изделий, содержащее две полуформы с рабочими поверхностями с геометрическими параметрами сложного, преимущественно аэродинамически профилированного внутреннего объема, имитирующими или моделирующими внешнюю форму готового изделия, и служащие для получения многослойной заготовки путем последовательной выкладки в них монослоев, каждый из которых раскроен по собственной расчетной форме и выполнен из заготовки для композиционного материала, такого как сухая ткань или ленты из стеклянных, органических, углеродных, борных, керамических волокон или препрега, по меньшей мере один из которых содержит армирующую составляющую, на рабочих поверхностях полуформ выполнены уступы под вкладываемый слой, причем каждый из уступов расположен в предназначенном ему месте и имеет геометрическую форму и высоту, идентичную форме и высоте вкладываемого в него слоя, содержащего по меньшей мере один раскроенный монослой, риски под армирующие направляющие материала монослоев и сквозные отверстия для прошива сквозь них выложенной многослойной заготовки.

Целесообразно, чтобы уступы под вкладываемый слой были выполнены фрезерованием.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием и чертежами, на которых на фиг.1 представлена конструкция устройства согласно изобретению, на фиг.2 - сечение по А фиг.1.

На фиг.1 показано устройство, согласно изобретению, для получения многослойной заготовки для изготовления одной из рабочих лопаток вентилятора авиационного двигателя.

Устройство содержит две полуформы (1 и 2 на фиг.1) с рабочими поверхностями с геометрическими параметрами сложного, преимущественно аэродинамически профилированного внутреннего объема, имитирующими или моделирующими внешнюю форму готового изделия.

Рабочие поверхности служат для получения многослойной заготовки путем последовательной выкладки в них монослоев.

Каждый многослой раскроен по собственной расчетной форме и выполнен из заготовки для композиционного материала, такого как сухая ткань или ленты из стеклянных, органических, углеродных, борных, керамических волокон или препрега. Композиционный материал может иметь армирующую составляющую.

Геометрическая форма изделия может быть сложной и разнотолщинной. Это приводит к тому, что отдельные слои ткани, ленты, препрега будут иметь различные очертания. Поэтому в конструкторской документации на слоистое изделие из композиционного материала прилагается схема расположения монослоев (раскрой материала изделия) и направления армирующих элементов в нем.

Согласно изобретению на рабочих поверхностях полуформ (1-2) выполнены уступы (фиг.2) под вкладываемый слой, начиная от уступа (3) под внутренний слой и заканчивая уступом (4) под наружный слой (4). Высота уступа равна толщине вкладываемого в него монослоя. В некоторых случаях высота уступа может быть равной высоте нескольких монослоев или высоте монослоя другой ткани или ленты, предусмотренной в конструкции лопатки.

Целесообразно, чтобы уступы под вкладываемый слой были выполнены фрезерованием.

Каждый из уступов расположен в предназначенном ему месте и имеет геометрическую форму и высоту, идентичную форме и высоте вкладываемого в него слоя.

На ограничивающей слой поверхности устройства наносятся риски (5), по которым должны быть направлены основа ленты или ткани, предусмотренные в конструкции лопатки (направление армирующего элемента).

Кроме того, каждая полуформа устройства имеет одинаково расположенные сквозные отверстия (6). Эти отверстия предназначены для того, чтобы предоставить, при необходимости, возможность прошить выложенные монослои ткани или ленты. Такая необходимость возникает чаще всего для изделий с большим числом (более 100) монослоев или для высоконагруженных изделий, для которых необходимо повысить характеристики межслоевой прочности. По крайней мере, прошивка является одной из технологических операций, обеспечивающих высокую точность выложенного материала в заготовке.

Устройство используют следующим образом.

Предварительно раскроенные с помощью шаблонов слои ленты или ткани укладываются последовательно на отдельные составные части устройства.

Монослои, собранные на первой составной части устройства, снимаются и устанавливаются в матрицу пресс-формы. Монослои, собранные на второй составной части (2) устройства, снимаются с устройства и устанавливаются сверху установленного в матрице пакета слоев, и закрываются пуансоном пресс-формы.

Дальнейшие операции для изготовления изделия с подготовленной описанным способом заготовки проводятся на основе типовых технологических инструкций.

Предлагаемое изделие фиксирует положение каждого слоя и обеспечивает идентичность выкладки слоев во всех изделиях, в том числе при их промышленном производстве.

1. Устройство для получения многослойной композиционной заготовки, по меньшей мере один из слоев которой содержит армирующие составляющие, для изготовления слоистых изделий, содержащее две полуформы, каждая из которых имеет профилированную рабочую поверхность, форма которой идентична внешней форме одной части готовой многослойной заготовки, образованную уступами для выкладки и фиксации на них слоев многослойной заготовки, при этом уступы на рабочих поверхностях имеют форму и высоту, идентичную форме и толщине выкладываемого слоя, а на рабочей поверхности полуформ выполнены риски для расположения в них армирующих составляющих слоев и сквозные отверстия для прошива сквозь них выложенной многослойной заготовки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что уступы выполнены фрезерованием.