RU2577354C1

RU2577354C1 - Method for producing a small-sized products with a slight taper of composite materials and device for carrying out

Info

Publication number: RU2577354C1
Application number: RU2014153252/13A
Authority: RU
Inventors: Николай Степанович Норкин; Аркадий Витальевич Пашутов; Алексей Вячеславович Барынин; Александр Алексеевич Кульков; Вячеслав Викторович Мерзляков; Вячеслав Витальевич Шведов; Ольга Анатольевна Тупицына
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-03-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: in the process of manufacturing small articles of composite material layers with an arrangement parallel to the axis of variable width are wound tape and measuring length on the mandrel. Mandrel has a slight taper and a cylindrical band. Tape is wound overlay material layers parallel to the axis. Layers of material layers rolled down on the conical mandrel throughout its working part. Stitching device made in the form of a cylindrical roller wide. Roller is rotatable about an axis parallel to the axis of the mandrel. Move the roller along the mandrel is synchronized with the movement of the edge of the incoming branch tape.

EFFECT: achieved the ease of obtaining a final product with a conical inner surface and an outer, close to the set, taking into account technological allowances.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к изготовлению изделий из композиционных материалов методами намотки с расположением слоев армирующего материала параллельно оси.The invention relates to the field of engineering, in particular to the manufacture of products from composite materials by winding with the location of the layers of reinforcing material parallel to the axis.

Известны способы изготовления изделий намоткой ткани на цилиндрическую оправку и поперечно-продольной намоткой ленты на цилиндрическую оправку с переходом на ее коническую часть (И.Х. Фахрутдинов, А.В. Котельников «Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива» Москва. Машиностроение. 1987, с. 106-108). Но все они касаются намотки ткани или ленты постоянной ширины при вращении оправки и перемещении ленты вдоль оси оправки и связаны с изготовлением относительно больших изделий с использованием многокоординатных станков.Known methods of manufacturing products by winding fabric on a cylindrical mandrel and transverse-longitudinal winding of a tape on a cylindrical mandrel with a transition to its conical part (I.Kh. Fakhrutdinov, A.V. Kotelnikov "Design and construction of solid fuel rocket engines" Moscow. Engineering. 1987 , pp. 106-108). But all of them relate to winding a fabric or tape of constant width during rotation of the mandrel and moving the tape along the axis of the mandrel and are associated with the manufacture of relatively large products using multi-axis machines.

Известны способы изготовления изделий из композиционных материалов намоткой ленты на коническую оправку и намоточный станок для его осуществления по патенту RU №2488541 C1, МПК B65H 18/08 (2006.01). При нем намотка производится на коническую оправку лентой постоянной ширины с повышенной деформативностью при вращении оправки и перемещении ленты вдоль ее оси.Known methods of manufacturing products from composite materials by winding a tape on a conical mandrel and a winding machine for its implementation according to patent RU No. 2488541 C1, IPC B65H 18/08 (2006.01). With it, winding is performed on a conical mandrel with a tape of constant width with increased deformability when the mandrel is rotated and the tape is moved along its axis.

Сущность изобретения заключается в увеличении деформативности ленты и отслеживании и корректировке положения кромки ее.The invention consists in increasing the deformability of the tape and tracking and adjusting the position of its edges.

Известен также способ намотки и намоточный станок для намотки ленты постоянной ширины на коническую оправку по патенту RU №2523840 C1, МПК B65H 54/10 (2006.01).There is also a known method of winding and a winding machine for winding tape of constant width on a conical mandrel according to patent RU No. 2523840 C1, IPC B65H 54/10 (2006.01).

Намотка ленты производится при вращении оправки и перемещении ленты вдоль ее оси при послойной прикатке ленты.Winding the tape is carried out by rotating the mandrel and moving the tape along its axis during layer-by-layer rolling of the tape.

Сущность изобретения касается технического решения прикаточного устройства в виде самоустанавливающегося ролика по поверхности очередного слоя наматываемого материала. Но оно также применимо при послойной намотке на коническую поверхность ленты постоянной ширины при перемещении прикаточного ролика вместе с лентой вдоль оси оправки.The invention relates to the technical solution of the rolling device in the form of a self-aligning roller on the surface of the next layer of wound material. But it is also applicable for layer-by-layer winding on a tapered surface of a tape of constant width when moving the press roller along with the tape along the axis of the mandrel.

Известен также способ изготовления изделий из композиционных материалов по а.с. №861083, МКл³ B29D 23/12, заключающийся в намотке с прикаткой ленты переменной ширины в углубление на формообразующей поверхности, имеющее расширяющийся профиль сечения, и устройство для его осуществления.There is also a known method of manufacturing products from composite materials by as No. 861083, MKl ³ B29D 23/12, which consists in winding with rolling of a tape of variable width into a recess on a forming surface having an expanding section profile, and a device for its implementation.

Данные способ и устройство приняты в качестве прототипа как имеющие идентичность в части выполнения процесса намотки лентой переменной ширины с уплотнением ее прикаткой роликом.These method and device are adopted as a prototype as having an identity in terms of the process of winding with a tape of variable width with its sealing by a rolling roller.

Однако и способ, и устройство больше подходят для оформления отдельных локальных мест на формообразующей поверхности, например внутренних шпангоутов, других кольцевых мест усиления оболочек, а не изделий из композиционных материалов в целом.However, both the method and the device are more suitable for designing individual local places on the forming surface, for example, internal frames, other annular places of reinforcement of the shells, rather than products made of composite materials in general.

Задачей предлагаемого изобретения является создание простого и экономичного способа изготовления малогабаритных изделий с небольшой конусностью из композиционных материалов за счет соответствующего раскроя ленты и простого и компактного устройства для его осуществления в части уплотнения наматываемого материала.The objective of the invention is to provide a simple and economical method of manufacturing small-sized products with a small taper of composite materials due to the appropriate cutting of the tape and a simple and compact device for its implementation in terms of sealing the wound material.

Существенным признаком способа, обеспечивающим достижение этой цели, является выполнение раскроя наматываемой ленты с прямыми параллельными участками набегающей и нисходящей ветвей, соответствующими торцам заготовки изделия, и со скосами в сторону противоположных прямых участков до пересечения с ними, длину которых определяют из расчета толщин торцов заготовки.An essential feature of the method for achieving this goal is the cutting of the winding tape with straight parallel sections of the oncoming and descending branches corresponding to the ends of the workpiece blank, and with bevels in the direction of opposite straight sections to intersect with them, the length of which is determined from the calculation of the thicknesses of the ends of the workpiece.

Существенным признаком устройства, обеспечивающим достижение поставленной цели в части уплотнения наматываемого материала, является выполнение уплотняющего приспособления в виде широкого, на всю длину конической оправки, подпружиненного цилиндрического ролика, установленного на суппорте поперечного перемещения с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси оправки, и синхронного перемещения вдоль ее оси с шагом перемещения кромки ленты совместно с суппортом продольного перемещения.An essential feature of the device that ensures the achievement of the goal in terms of sealing the wound material is the implementation of the sealing device in the form of a wide, full-length conical mandrel, a spring-loaded cylindrical roller mounted on a cross slide support with the possibility of rotation about an axis parallel to the axis of the mandrel, and synchronous movement along its axis with a step of moving the edges of the tape together with a support for longitudinal movement.

Предлагаемый способ изготовления малогабаритных изделий с небольшой конусностью и устройство для его осуществления поясняются рисунками.The proposed method for the manufacture of small-sized products with a small taper and a device for its implementation are illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена схема осуществления предложенного способа (общий вид); на фиг. 2 - схема расположения слоев ленты на поверхности оправки; на фиг. 3 - схема устройства для реализации предложенного способа; на фиг. 4 - схема уплотняющего приспособления (схема прикаточного ролика).In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method (General view); in FIG. 2 is a diagram of an arrangement of tape layers on a surface of a mandrel; in FIG. 3 - diagram of a device for implementing the proposed method; in FIG. 4 is a diagram of a sealing device (scheme of a press roller).

Способ заключается в намотке ленты 1 переменной ширины из композиционных материалов (фиг. 1) на оправку 2 с небольшой конусностью и цилиндрическим, ориентирующим положение ленты, пояском 3.The method consists in winding a tape 1 of variable width from composite materials (Fig. 1) onto a mandrel 2 with a slight taper and a cylindrical belt orientating the position of the tape 3.

Общую длину ленты определяют из расчета получения заготовки детали требуемых размеров с учетом технологических припусков, а раскрой ленты выполняют с прямыми параллельными участками 4 и 5 набегающей 6 и нисходящей 7 ветвей, соответствующими торцам 8 и 9 заготовки 10 изделия (фиг. 1). Кроме того, при раскрое выполняют скосы 11 и 12 каждого прямого участка 4 и 5 в сторону противоположных до пересечения с ними.The total length of the tape is determined from the calculation of obtaining the workpiece of the part of the required size, taking into account technological allowances, and the cutting of the tape is performed with straight parallel sections 4 and 5 of the rolling 6 and descending 7 branches corresponding to the ends 8 and 9 of the workpiece 10 of the product (Fig. 1). In addition, when cutting, the bevels 11 and 12 of each straight section 4 and 5 are performed in the direction opposite to before crossing them.

Длину прямых участков 4 и 5 определяют из расчета толщин соответствующих им торцов 8 и 9 заготовки, а прямой участок 4 набегающей ветви 6 выполняют с удлиненным концом 13 для заправки ленты на цилиндрический поясок 3 оправки 2.The length of the straight sections 4 and 5 is determined from the calculation of the thicknesses of the corresponding ends 8 and 9 of the workpiece, and the straight section 4 of the oncoming branch 6 is performed with an elongated end 13 for refueling the tape on the cylindrical belt 3 of the mandrel 2.

Изготовление заготовки изделия из композиционных материалов по данному способу производится следующим образом.The manufacture of the product blank from composite materials by this method is as follows.

Подготовленная описанным выше образом лента 1 удлиненным концом 13 закрепляется на цилиндрическом пояске 3 оправки 2, после чего к нему подводится прикаточный ролик 14. А в дальнейшем при вращении оправки производится намотка ленты со смещением кромки скоса 11 набегающей ветви 6 вдоль оси оправки в сторону большего диаметра. При этом постепенно наращивается толщина заготовки укладкой параллельных слоев ленты в соответствии с фиг. 2 в диаметральном направлении и ее длина до укладки второго прямого параллельного участка - участка 5 нисходящей ветви 7.The tape 1, prepared as described above, with the elongated end 13 is fixed on the cylindrical belt 3 of the mandrel 2, after which the feed roller 14 is fed to it. And then, when the mandrel is rotated, the tape is wound with the bevel edge 11 of the running branch 6 along the mandrel axis to the larger diameter . In this case, the thickness of the workpiece gradually increases by laying parallel layers of the tape in accordance with FIG. 2 in the diametrical direction and its length before laying the second straight parallel section - section 5 of the descending branch 7.

При дальнейшем ведении процесса намотки будет оформляться толщина второго торца заготовки до использования всей длины ленты также укладкой параллельных слоев, длина которых будет уменьшаться пропорционально ширине нисходящей ветви 6 ленты.With the further winding process, the thickness of the second end of the workpiece will be formed before using the entire length of the tape by laying parallel layers, the length of which will be reduced in proportion to the width of the descending branch 6 of the tape.

В процессе всей намотки прикаточный ролик 14, послойно прижимая ленту к оправке, перемещается вдоль оси оправки из положения I до конца наматываемой заготовки 10 в положение II (фиг. 1, 2), отодвигаясь от оси оправки в соответствии с изменением ее диаметра и толщины заготовки.During the entire winding process, the runner roller 14, pressing the tape against the mandrel in layers, moves along the axis of the mandrel from position I to the end of the winded workpiece 10 to position II (Fig. 1, 2), moving away from the mandrel axis in accordance with a change in its diameter and thickness of the workpiece .

При достижении прямого параллельного участка 5 нисходящей ветви 7 ленты на оправке осевое перемещение прикаточного ролика 14 заканчивается и производится только послойная прикатка радиально наращиваемых слоев ленты.Upon reaching a straight parallel section 5 of the descending branch 7 of the tape on the mandrel, the axial movement of the stock roller 14 ends and only layer-by-layer rolling of the radially expandable layers of the tape is performed.

Схематичная конструкция устройства для реализации предложенного способа представлена на фиг. 3.A schematic design of a device for implementing the proposed method is presented in FIG. 3.

Устройство содержит оправку 2 с небольшой конусностью, установленную в приводной 15 и опорной 16 бабках, бобину 17 с наматываемой лентой 1, нагреватель 18 ленты и уплотняющее приспособление 19.The device comprises a mandrel 2 with a slight taper installed in the drive 15 and the support 16 headstock, a reel 17 with a winding tape 1, a heater 18 of the tape and a sealing device 19.

В нем уплотняющее приспособление 19 выполнено в виде широкого, на всю длину оправки, подпружиненного цилиндрического ролика 14 (фиг. 4), поджимающегося к оправке пружиной 20. Ролик в процессе прикатки имеет возможность свободного вращения относительно оси 21, параллельной оси оправки, и синхронного перемещения вдоль ее оси с шагом перемещения кромки набегающей ветви ленты с использованием суппортов продольного и поперечного перемещений устройства (на фиг. 3, 4 не показаны).In it, the sealing device 19 is made in the form of a wide, for the entire length of the mandrel, spring-loaded cylindrical roller 14 (Fig. 4), which is pressed against the mandrel by a spring 20. During rolling, the roller has the possibility of free rotation about axis 21 parallel to the axis of the mandrel and synchronous movement along its axis with a step of moving the edge of the oncoming branch of the tape using calipers of the longitudinal and transverse movements of the device (not shown in FIGS. 3, 4).

В процессе намотки производится корректировка давления прикатки, создаваемого пружиной, путем отвода прикаточного ролика в направлении от оправки с использованием суппорта поперечного перемещения при увеличении диаметров заготовки.In the process of winding, the pressure of the knurling created by the spring is adjusted by withdrawing the presser roller in the direction from the mandrel using the cross slide with increasing diameter of the workpiece.

Таким образом, предложенный способ изготовления изделий с небольшой конусностью из композиционных материалов и устройство для его реализации позволяют при промышленном их применении довольно просто и экономично производить изделия, полностью соответствующие размерам по внутренней поверхности и приближенными к ним (с технологическими припусками) - по наружной.Thus, the proposed method for manufacturing products with a small taper from composite materials and a device for its implementation allow for their industrial use to quite simply and economically produce products that fully correspond to the dimensions on the inner surface and close to them (with technological allowances) - on the outside.

Данное предлагаемое изобретение принято к реализации: по нему проводится разработка опытного образца устройства.This invention is accepted for implementation: it is the development of a prototype device.

Claims

1. Способ изготовления малогабаритных изделий с небольшой конусностью из композиционных материалов с расположением слоев материала параллельно оси, заключающийся в намотке с послойным уплотнением ленты препрега ткани мерной длины переменной ширины на оправку с небольшой конусностью и с цилиндрическим ориентирующим положение ленты пояском, отличающийся тем, что раскрой наматываемой ленты выполняют с прямыми параллельными участками набегающей и нисходящей ветвей, соответствующими торцам заготовки изделия, и со скосами в сторону противоположных прямых параллельных участков до пересечения с ними, причем длину прямых участков определяют из расчета толщин торцов заготовки, а уплотнение наматываемой ленты ведут широким, на всю длину заготовки на конической оправке, цилиндрическим роликом с осью вращения, параллельной оси оправки, и с перемещением его вдоль этой оси на всю длину заготовки, синхронно с перемещением кромки набегающей ветви ленты, и сохранением его в этом положении до конца намотки.1. A method of manufacturing small-sized products with a small taper of composite materials with the layers of the material parallel to the axis, which consists in winding with layer-by-layer sealing of a fabric prepreg tape of measured length of variable width on a mandrel with a small taper and with a cylindrical belt orientating the position of the tape, characterized in that the cutting winding tape is performed with straight parallel sections of the oncoming and descending branches corresponding to the ends of the workpiece, and with bevels in the direction of opposite straight parallel sections to the intersection with them, and the length of the straight sections is determined from the calculation of the thicknesses of the ends of the workpiece, and the sealing of the winding tape is wide, the entire length of the workpiece on a conical mandrel, a cylindrical roller with an axis of rotation parallel to the axis of the mandrel, and moving it along this axis for the entire length of the workpiece, synchronously with the movement of the edge of the oncoming branch of the tape, and maintaining it in this position until the end of the winding.

2. Устройство для изготовления малогабаритных изделий с небольшой конусностью из композиционных материалов с расположением слоев материала параллельно оси, содержащее оправку с небольшой конусностью, установленную в приводной и опорной бабках, бобину с наматываемой лентой, нагреватель ленты, уплотняющее приспособление и суппорты его продольного и поперечного перемещения, отличающееся тем, что в нем уплотняющее приспособление выполнено в виде широкого, на всю длину конической оправки, подпружиненного цилиндрического ролика, имеющего возможность вращения относительно оси, параллельной оси оправки, и синхронного перемещения вдоль ее оси с шагом перемещения кромки набегающей ветви ленты совместно с суппортом его продольного перемещения. 2. A device for the manufacture of small-sized products with a small taper of composite materials with the arrangement of layers of material parallel to the axis, containing a mandrel with a small taper installed in the drive and headstock, a reel with a winding tape, a tape heater, a sealing device and calipers for its longitudinal and transverse movement , characterized in that the sealing device in it is made in the form of a wide, full-length conical mandrel, a spring-loaded cylindrical roller having the possibility of rotation about an axis parallel to the axis of the mandrel, and synchronous movement along its axis with a step of moving the edge of the incoming branch of the tape together with the support of its longitudinal movement.