Способ изготовления конических изделий из композиционных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ТЕНИ . к;.ТОРСКОМ ИДЕТЕЛ ЬСТВ ает ехаов лий его ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗ(71) Самарский филиал Научно-исследовательского института технологии и организации производства двигателей(72) А.М.Кшнякин, В,И.Панин и С.Н.Кушнир (56) Цыплаков О.Г, Основы формования стеклопластиковых оболочек. - Л.: Машиностроение, 1968, с,85-93.Авторское свидетельство СССР М 550290, кл. В 29 С 53/66, 1977,(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к технологии переработки композиционных материалов методом намотки и может быть использовано в машиностроении при изготовлении конических оболочковых изделий.Известен способ изготовления конических оболочек намоткой армирующей нити на вращающуюся оправку. Однако этот способ обеспечивает максимальную прочность в тангенциальном направлении только приизготовлении оболочек с углом конуса при вершине не более 30-40, При углах более 40 происходит потеря равновесия нити и ее соскальзывание с поверхности оправки.Известен также способ изготовления конических иэделий иэ композиционных материалов путем его намотки на оправку от меньшего ее основания с коническим базовым упором к большему и закреплением на нем первого витка.Недостатком этого способа является невозможность предупреждения брака намот,Ы 1776570 А(57) Использование: изобретение относится к технологии изготовления слоистых конических изделий методом намотки. Сущность изобретения: намотку конического иэделия ведут ступенчато от конического упора меньшего диаметра, оправки в плоскостях, параллельных его образующей, причем подачу в прямом направлении выполняют на два витка больше, чем в обратном. После окончания намотки производится пропитка оболочки полимерным связующим или расплавом металла. 4 ил. ки в случае обрыва армирующей нити, особенно имеющей повышенный модуль упругости, например, борного волокна. В этом случае происходит распускание и частичное разматывание витков всего внешнего намотанного слоя, а все нижележащие слои последовательно уменьшают плотность навивки, неисправляемую последующей навивкой.Кроме того, этот способ предполаг использование трудоемкой операции м нической обработки пропитанной связующим готовой детали, что ведет к нарушению структуры ее армирования, повышает трудоемкость изготовления и снижает коэффициент использования материала.Целью изобретения является повышение качества изделия и снижение трудоемкости его получения.Указанная цель достигается тем, чт способе изготовления конических иэде из композиционных материалов путем5 10 15 20 25 30 45 намотки на оправку от меньшего ее основания с коническим базовым упором к большему и закреплением на нем первого витка согласно изобретению намотку композиционного материала осуществляют в плоскостях параллельных образующей конического упора с чередованием прямой и обратной подачи на заданную толщину слоя намотки, причем подачу в сторону большего основания оправки выполняют на два витка больше, а угол наклона образующей конусного упора выбирают дополнительным до 60 к углу наклона образующей конической оправки.На фиг. 1 показана схема намотки по данному способу; на фиг. 2 - устойчивое положение витков, сила натяжения образующей базового торцового конуса; на фиг. 3 - намотки изделия с небольшим углом наклона образующей конуса р= 200; на фиг, 4 - намотки детали с углом р = 90.Способ осуществляется следующим образом.Первый виток 1 армирующего материала(нить, волокно, жгут) закрепляют на меньшем диаметре конической оправки 2 и вплотную к нему наматывают второй и последующие витки на коническую поверхность базового кольцевого упора 3, Намотку ведут подачей влево до тех пор, пока не будет уложено и витков, Величину и опредед ляют по формуле и - ,где дв заданная толщина всего. слоя намотки, а - угол наклона образующей конуса базового торцевого упора 3, р - угол наклона образующей конуса конической оправки 2. После намотки и витков подачу переключают вправо и ведут ее с шагом с,определяемым по формуле 1 = б сов й, где о - диаметр наматываемого армирующего материала, а - угол наклона образующей конуса базового упора. После намотки (и+2) витков подачу переключают в обратном направлении и процесс повторяют описанным способом После окончания намотки армирующей материал закрепляют на большем диаметре оправки и производится пропитка оболочки полимерным связующим либо расплавом металлаДанный способ изготовления конических изделий предполагают вести намотку в плоскостях, параллельных образующей упора 3 оправки 2.В способе любой слой из витков левой подачи ровно на два витка короче любого слоя из витков правой подачи. На схеме фиг. 2 сплошной штриховкой обозначены сечения витков монослоя левой подачи, половинной штриховкой обозначены сечения витков монослоя левой подачи, половинной штриховкой обозначены сечения витков правой подачи, начинающие и заканчивающие монослой правой подачи (сечения которого не заштрихованы) и являющиеся переходными витками из предыдущего в последующий слой намотки. Виток, сечение которого на 1/4 зачернено, является базовым, с него начинаются намотки подачей влево и в него упираются все слева расположенные витки. Намотка второго и всех последующих слоев осуществляется само- укладкой набегающей ветви наматываемого волокна в винтовую канавку между соседними витками расположенного внизу моно- слоя. Это обстоятельство повышает устойчивость процесса намотки и снижает требования к стабилизации усилия натяжения в набегающей ветви,Намотка витков правой подачей является лимитирующей операцией навивки, условия выполнения которой определяют как наименьший, так и наибольший угол а наклона образующей конической оправки, Предельно малый угол наклона образующей оправки показан на схеме фиг,3, В этом случае угол а наклона образующей торцевого конического элемента оказывается максимальным, а монослой, в винтовые межвитковые канавки которого осуществляют навивку, имеет наибольшую крутизну, превышение которой может вызвать самопроизвольное сползание витков при правой подаче, Предельный угол айзакс наклона образующей торцевого конического элемента определяют конфигурацией силового треугольника =Р+Й, в котором Р - усилие радиального обжатия витком оправки, действующее по нормали к ее оси; Й - усилие реакции опорного витка на навиваемый, действующее по линии, соединяющей их центры; Р - сила трения в контакте витков, удерживающая навиваемый виток от соскальзывания. Угол О между векторами Р и Й является углом трения навиваемого материала, для которого известен коэффициент трения, численно равный 1 дО по которому можно рассчитывать величину угла амкс .Предельно большой угол р наклона образующей конической оправки, при котором угол а минимальный (фиг.4). Источником неустойчивости намотки в этом случае служит воэможность расхождения витков монослоя, в межвитковую винтовую канавку которого осуществляют навивку. Предупредить расхождение витков может наибольшая конусность торцевого элемента, вызывающая увеличение затяжки опорных витков при их боковом смещении из-за некоторого приращения их радиуса ЛВ, Это позволяет повысить качество изделия, обеспечить стабильность свойств материала за счет получения равномерной структу ры по всему сечению детали, снизить трудоемкость изготовления за счет исключения операции окончательной механической обработки.10П р и м е р. Была изготовлена оболочка из композиционного материала магний-бор диаметром 250 мм с углом конусности при вершине 50 и толщиной стенки 2 мм, Намотка борного волокна диаметром 140 мм 15 на коническую оправку производилась на намоточном станке СРМ - 0,5 с подачей 0,11 мм/об.Волокно закрепляли на жесткой базе меньшего диаметра оправки и наматывали 20 16 слоев. При этом по достижении требуемой толщины оболочки производилось переключение подачи, В каждом слое, наматываемом подачей в сторону справки наматывали на два витка больше, чем в 25 предыдущем. Затем оболочка вместе с оправкой помещалась в автоклав и производилась ее пропитка расплавом магния.Использование способа позволяет повысить качество оболочки за счет обеспечения равномерной структуры армирования и исключить необходимость механической обработки готового иэделия.формула изобретения Способ изготовления конических иэделий иэ композиционных материалов путем его намотки на оправку от меньшего ее основания с коническим базовым упором к большему и закреплением на нем первого витка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества изделия и снижения трудоемкости его получения, намотку композиционного материала осуществляют в плоскостях, параллельных образующей конического упора, с чередованием прямой и обратной подачи на заданную толщину слоя намотки, причем подачу в сторону большего основания оправки выполняют на два витка больше, а угол наклона образующей конус- ного упора выбирают дополнительным до 60 к углу наклона образующей конической оправки.1776570ЙЬГСоставитель М. Осиповактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректоинаэ 4095 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10