Способ получения отверстий в композиционном материале и устройство для его осуществления

Изобретение относятся к технологии перфорирования материалов и предназначено для выполнения высококачественных резьбовых отверстий в композиционных материалах. Способ получения отверстий в композиционном материале, состоящем из слоев предварительно пропитанного связующим армированного волокнами материала, уложенными друг на друга и зафиксированными под действием давления, включает прокалывание материала посредством инструмента для прокалывания и установку закладного элемента в зоне отверстия. Установку закладного элемента осуществляют одновременно с прокалыванием композиционного материала, при этом на внутреннюю поверхность закладного элемента предварительно наносят резьбу. Устройство для получения отверстий в композиционном материале содержит инструмент для прокалывания отверстий, выполненный составным в виде стержня с наконечником из соединяющихся между собой верхней части, нижней части с наконечником и расположенного между ними закладного элемента, выполненного в виде втулки с резьбой на внутренней поверхности и заострениями на внешней поверхности. Расстояние между заострениями соизмеримо величине диаметра армирующих волокон композиционного материала. В результате обеспечивается расширение технологических возможностей и повышение качества формуемого отверстия. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретения относятся к технологии перфорирования материалов, в частности, композиционных материалов и предназначено для выполнения высококачественных резьбовых отверстий в композиционных материалах для дальнейшего их использования в процессах сборки.

Известен способ получения отверстий в композиционном материале путем продавливания прошивки через материал, при котором перед обработкой под материал помещают металлическую сетку и продавливание осуществляют совместно с сеткой, при этом размеры ячейки сетки меньше размеров прошивки [патент РФ №1445978, МПК В29С 37/00 (1988.12)].

Недостатком известного способа является невозможность получения резьбового отверстия.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу по совокупности признаков является способ изготовления отверстия в армированном волокном изделии, состоящем из множества листов предварительно пропитанного армированного волокнами материала, и в последствии укрепленных под действием давления и тепла, характеризующийся этапами локального нагрева области неуплотненного изделия, в которой должно быть отверстие, прокалыванием зоны размягчения при нагревании с использованием прокалывающего инструмента, в результате чего отдельные волокна каждого листа разделяются проходом инструмента, затем последующим извлечением инструмента. Способ предусматривает также установку удерживающего отверстие средства после извлечения инструмента и до уплотнения; после уплотнения изделия извлекают средство для удерживания отверстия, вставляют металлическую втулку в нужном положении [патент ЕР 0089755, МПК B26F 1/24, В23Р 15/02 (1983.02)]. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа, - способ получения отверстий в композиционном материале, состоящем из слоев предварительно пропитанного связующим армированного волокнами материала, уложенных друг на друга и зафиксированных под действием давления, включающий прокалывание материала посредством инструмента для прокалывания и установку закладного элемента в зоне отверстия.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая адгезия между внешней поверхностью гладкой цилиндрической закладной втулки и композиционным материалом после осуществления процесса прокалывания отверстия. Кроме того, нагревание композиционного материала во время процесса формования отверстия, а также осуществление локального воздействия микроволн значительно усложняет процесс формования отверстий и делает его трудоемким и энергозатратным. Известный способ не позволяет получать резьбовые отверстия.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является устройство для получения отверстий в композиционном материале, содержащее пуансон с конической рабочей частью, прижим и матрицу со встроенными индукторами, пуансон жестко закреплен верхним торцом в концентраторе-инструменте, соединенном с ультразвуковой установкой, в прижиме и матрице соосно с направляющими отверстиями выполнены кольцевые выточки, диаметр которых равен двум диаметрам направляющего отверстия, а глубина равна 1/8 толщины заготовки (патент РФ 2183525 от 01.2000 г.). Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой установки, - устройство для получения отверстий в композиционном материале, содержащее инструмент для прокалывания отверстий.

Недостатком известного устройства является то, что оно имеет сложную конструкцию и не позволяет получать резьбовые отверстия.

Задачей, на решение которой направлены заявляемые изобретения, является разработка способа и инструмента для получения резьбовых отверстий в композиционном материале.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретений, - расширение технологических возможностей, упрощение способа и устройства получения отверстий в композиционном материале при одновременном повышении качества формуемого отверстия.

Решение этой задачи является актуальным в связи с увеличением применения композитных материалов в изделиях машиностроения, энергостроения, ракетно-космической техники и других отраслях промышленности и необходимостью создания сложных конструкций, состоящих из отдельных деталей и узлов, требующих для окончательного изготовления сборочных операций с применением, например штифтоболтовых соединений.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе получения отверстий в композиционном материале, состоящем из слоев предварительно пропитанного связующим армированного волокнами материала, уложенных друг на друга и зафиксированных под действием давления, включающем прокалывание материала посредством инструмента для прокалывания и установку закладного элемента в зоне отверстия, согласно изобретению, установку закладного элемента осуществляют одновременно с прокалыванием композиционного материала, при этом на внутреннюю поверхность закладного элемента предварительно наносят резьбу.

Признаки заявляемого способа, отличительные от прототипа, - осуществляют установку закладного элемента одновременно с прокалыванием композиционного материала; предварительно наносят резьбу на внутреннюю поверхность закладного элемента.

Поставленная задача также была решена за счет того, что в известном устройстве для получения отверстий в композиционном материале, содержащем инструмент для прокалывания отверстий, согласно изобретению инструмент для прокалывания отверстий выполнен составным в виде металлического стержня с наконечником из соединяющихся между собой верхней части, нижней части с наконечником и расположенного между ними закладного элемента, при этом закладной элемент выполнен в виде втулки с резьбой на внутренней поверхности и заострениями на внешней поверхности, причем расстояние между заострениями соизмеримо величине диаметра армирующих волокон композиционного материала.

В предпочтительном варианте, наконечник представляет собой поверхность второго порядка.

Признаки заявляемого устройства, отличительные от прототипа, - инструмент для прокалывания отверстий выполнен составным в виде металлического стержня с наконечником из соединяющихся между собой верхней части, нижней части с наконечником и расположенного между ними закладного элемента; закладной элемент выполнен в виде втулки с резьбой на внутренней поверхности и заострениями на внешней поверхности, причем расстояние между заострениями соизмеримо величине диаметра армирующих волокон композиционного материала; наконечник имеет поверхность второго порядка.

Благодаря тому, что инструмент для прокалывания выполнен составным, т.е. сборно-разборным, а установка закладного элемента осуществляется одновременно с процессом прокалывания неотвержденного композиционного материала, а связующее в неотвержденном состоянии представляет собой вязкое пластичное вещество, то за счет воздействия сжимающего давления в вертикальном направлении связующее стремится плотнее наползти на внешнюю поверхность закладного элемента. Данное явление способствует увеличению концентрации связующего вблизи внешней поверхности закладного элемента, одновременно повышая степень сцепления связующего с внешней поверхностью втулки, что в свою очередь означает увеличение адгезии между композиционным материалом и закладным элементом.

Наличие заострений на внешней поверхности закладного элемента, расстояние между которыми соизмеримо величине диаметра армирующих волокон, увеличивает площадь поверхности соприкосновения связующего с закладным элементом, а также препятствует извлечению закладного элемента из композиционного материала. Более того, после полного отверждения композиционного материала заострения на внешней стороне закладного элемента способствуют увеличению устойчивости отверстия к вибронагрузкам.

Наличие резьбового соединения между верхней и нижней части прокалывающего инструмента позволяет осуществлять многоразовое использование устройства для получения отверстий в композиционном материале, и, в конечном итоге, получить высококачественное резьбовое отверстие в композиционном материале, используемом в последующих сборочных операциях.

Благодаря тому, что наконечник представляет собой поверхность второго порядка, процесс прокалывания композиционного материала является менее энергоемким и трудозатратным, т.к. за счет правильно подобранной формы наконечника можно уменьшить вертикальное усилие для осуществления способа получения отверстий в композиционном материале.

На фиг. 1 показана схема осуществления способа, на фиг. 2 представлена схема сборки инструмента для прокалывания отверстий в композиционном материале. Для осуществления способа получения резьбовых отверстий в композиционном материале предварительно осуществляют сборку составного устройства, содержащего инструмент для прокалывания отверстия и закладной элемент.

Способ получения отверстий в композиционном материале и устройство для его осуществления осуществляют следующим образом.

Композиционный материал 1 (фиг. 1), состоящий из слоев предварительно пропитанного связующим армированного волокнами материала, уложенных друг на друга, размещают между двумя металлическими плитами 2, 3 и фиксируют обжимным усилием, создаваемым с помощью этих плит 2, 3. Затем составным устройством для прокалывания, связанным со шпинделем станка (не показан), осуществляют прокалывание отверстия в композиционном материале 1 и одновременно с этим установку закладного элемента в зоне отверстия. На внутреннюю поверхность закладного элемента предварительно наносят резьбу.

Устройство для получения отверстий в композиционном материале (фиг. 1, 2) содержит инструмент для прокалывания отверстий, выполненный составным в виде стержня из соединяющихся между собой посредством резьбы верхней части 4 и нижней части с наконечником 5. На стержне между верхней частью 4 и наконечником 5 расположен закладной элемент, выполненный в виде втулки 6 с резьбой на внутренней поверхности. На внешней поверхности втулки 6 выполнены заострения 7 для увеличения адгезии и площади соприкосновения с композиционным материалом. Расстояние между заострениями 7 соизмеримо величине диаметра армирующих волокон, что позволяет втулке 6 надежно закрепиться за армирующие волокна композиционного материала. Для снижения вертикального усилия при прокалывании композиционного материала наконечник 5 имеет поверхность второго порядка, которая благодаря такому геометрическому типу профиля во время процесса прокалывания раздвигает армирующие волокна, а не перерезает их. На фиг. 1, 2 позицией 8 показана резиновая шайба, позицией 9 - металлическая шайба, позицией 10 - центрирующие пробки.

Сборку устройства осуществляют следующим образом.

На внутренней поверхности втулки 6 предварительно нарезают резьбу.

На наконечник 5 (фиг. 2) сначала надевают резиновую шайбу 8. Затем осуществляют установку втулки 6 на наконечник 5 таким образом, чтобы он одновременно плотно прилегал к резиновой шайбе 8 и был зацентрирован благодаря коническому поясу наконечника 5. Резиновая шайба 8 предназначена для препятствия проникновению композиционного материала в полость отверстия плиты 3. Сверху на установленную втулку 6 помещают металлическую шайбу 9, которая позволяет втулке 6 быть надежно зафиксированной в вертикальном направлении, компенсируя своей высотой толщину плиты 2. Высота шайбы 9 может варьироваться в зависимости от толщины плит 2, 3. Далее производят ввинчивание наконечника 5 резьбовым концом во внутреннее отверстие верхней части 4 устройства, после чего устройство считается полностью собранным и готовым к осуществлению способа получения отверстий в композиционном материале. Собранное устройство соединяют, например, со шпинделем станка (не показан) и осуществляют его вертикальную подачу в зону намеченного отверстия.

После получения отверстия производят демонтаж прокалывающего инструмента следующим образом. Нижнюю часть 5 инструмента откручивают, верхнюю часть 4 отводят вверх, металлические основания 2, 3, шайбы 8 и 9 снимают.

В резьбовое отверстие втулки 6 с обеих сторон вставляют центрирующие пробки 10, изготовленные из тугоплавкого материала для фиксации и центрирования втулки 6 в неотвержденном композиционном материале. После окончательного отверждения композиционного материала 1 центрирующие пробки 10 извлекают.

Таким образом, заявляемые способ и устройство позволяют повысить качество формируемого отверстия, а также надежно установить закладной элемент в виде втулки с внутренней резьбой в композиционном материале, что в свою очередь повышает надежность и прочностные характеристики сформированного отверстия и облегчает дальнейшую сборку изделий.

1. Способ получения отверстий в композиционном материале, состоящем из слоев предварительно пропитанного связующим армированного волокнами материала, уложенными друг на друга и зафиксированными под действием давления, включающий прокалывание материала посредством инструмента для прокалывания и установку закладного элемента в зоне отверстия, отличающийся тем, что установку закладного элемента осуществляют одновременно с прокалыванием композиционного материала, при этом на внутреннюю поверхность закладного элемента предварительно наносят резьбу.

2. Устройство для получения отверстий в композиционном материале, состоящем из слоев предварительно пропитанного связующим армированного волокнами материала, уложеннымидруг на друга и зафиксированными под действием давления, содержащее инструмент для прокалывания отверстий, отличающееся тем, что инструмент для прокалывания отверстий выполнен составным в виде стержня с наконечником из соединяющихся между собой верхней части, нижней части с наконечником и расположенного между ними закладного элемента, при этом закладной элемент выполнен в виде втулки с резьбой на внутренней поверхности и заострениями на внешней поверхности, причем расстояние между заострениями соизмеримо величине диаметра армирующих волокон композиционного материала.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что наконечник имеет поверхность второго порядка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии производства изделий из композиционно-волокнистых материалов с отверстиями и может найти широкое применение в ракетно-космической технике, авиастроении и других отраслях промышленности. Способ изготовления резьбы в отверстиях в изделиях из армированных пластмасс осуществляют путем прокалывания заостренным стержнем неотвержденного материала с раздвиганием арматуры у изделия.
Изобретение относится к способу формования резьбы стеклопластиковых труб. Техническим результатом является повышение износоустойчивости резьбового соединения, надежности и срока службы трубы.

Изобретение относится к способу изготовления фасонной детали (1) с кольцевым поперечным сечением, такой как винт, гайка, муфтовая деталь, заглушка для труб, фитинг или подобного рода детали, причем фасонная деталь (1) имеет основную часть (2), имеющую форму полого цилиндра, во внутреннем канале (3) которой, предназначенном для приема вставки (4) с уплотнением, в осевом направлении (X-X) друг за другом следуют участки (A1, A2, A3, A4, A5, A6, A7, A8, A9, AZ) с различными функциями, а именно для размещения кольцевого уплотнения (5, 6), для непосредственного или опосредованного крепления и/или стопорения вставки (4) и/или для обеспечения опоры и/или для направления вставки (4), и причем основная часть (2) имеет, по меньшей мере, внутреннюю резьбу и/или внешнюю резьбу (10), причем содержащая волокна (F) пластифицированная полимерная масса, по меньшей мере, через одно отверстие для впрыска формовочного инструмента впрыскивается в полость формовочного инструмента, и после затвердевания полимерной массы фасонная деталь (1) вынимается из формовочного инструмента.

Группа изобретений относится к способу и устройству для формирования внешней резьбы на конце стеклопластиковой трубы. Способ заключается в том, что перед посадкой матрицы-гайки, в полости которой расположен пресс-материал, на конец трубы осуществляют ее вакуумирование.

Изобретение относится к контактным линзам и другим изделиям, которые требуют наличия окружающей среды, не содержащей кислород, во время изготовления. .

Изобретение относится к композитным соединительным элементам с внутренней резьбой и может быть использовано в машиностроении, горном деле, химии и других отраслях промышленности для соединения элементов конструкций. .

Изобретение относится к композитным резьбовым соединительным элементам. .

Изобретение относится к машине для нанесения покрытий на полотно и может найти применение при изготовлении гибких основ полотен с покрытием. .

Изобретение относится к изготовлению деталей из армированных волокном термопластов. .

Изобретение относится к области изготовления изделий из комбинационных материалов, а именно, к изготовлению резьбовых изделий из армированного волокнами пластика. .

Изобретение относится к способу и устройству для производства композитного материала. Согласно способу производства композитного материала неактивированный порошкообразный клей наносится по меньшей мере на одну поверхность множества листов углеродного волокна; углеродные волокна наслаиваются, чтобы формировать слоистый материал; по меньшей мере фрагмент порошкообразного клея, который наносится между слоями слоистого материала, удаляется посредством воздушного потока, который протекает от одной поверхности к другой поверхности слоистого материала, чтобы формировать предварительно отформованную заготовку, имеющую первую область, в которой активированный клей пропитывается в слоистый материал, и вторую область, в которой плотность содержания клея меньше плотности содержания в первой области.
Наверх