RU2086411C1

RU2086411C1 - Apparatus for manufacture of sheets from composite material

Info

Publication number: RU2086411C1
Application number: RU92015009A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Белолипецкий
Original assignee: Евгений Александрович Белолипецкий
Priority date: 1992-12-29
Filing date: 1992-12-29
Publication date: 1997-08-10

Abstract

FIELD: production of composite sheet material. SUBSTANCE: apparatus has supporting plate 1 with vertical channels 17 and cavities 4 below channels. Tubular punches 6 for making openings in sheet 13 are positioned in channels 17 for axial movement. Punches 6 are provided with cutting edge on upper ends. Plate 1 has collector 12 for connection to vacuum line or compressed air source. Collector 12 is communicated with channels 17 and cavities 4. Each punch 6 has piston 5 positioned in cavity 4, whose side wall is provided with helical channel for engagement with step of piston 5. Upon molding of material 13 by diaphragm 15 openings are cut by punches 6. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к изготовлению композиционных материалов. The invention relates to the manufacture of composite materials.

Известно устройство для изготовления листов из композиционного материала, содержащее насос, верхнюю и нижнюю плиты и диафрагму [1]
При изготовлении листов в вышеуказанном устройстве не учитываются свойства композиционных материалов, отрицательно влияющие на качество, а именно плохая теплопроводность, образование пустот между слоями вследствие затрудненного выхода газов при полимеризации, особенно на участках, удаленных от кромок листов, большое количество микротрещин в смоляных пленках между слоями вследствие усадки при полимеризации связующего, сдвиги отдельных слоев материала, что ведет к неравномерному распределению материала по толщине, и как следствие, возникновение трещин в слое связующего, расслоение материала и возникновение напряжений между слоями вследствие неравномерности нагрева и охлаждения, что ведет в дальнейшем к короблению и растрескиванию изделий. Результатом этого является низкое качество изготавливаемых листов из композиционных материалов, а значит и низкая прочность и недолговечность изделий из них.A device for manufacturing sheets of composite material containing a pump, upper and lower plates and a diaphragm [1]
In the manufacture of sheets in the above device, the properties of composite materials that negatively affect the quality are not taken into account, namely poor thermal conductivity, the formation of voids between the layers due to the difficult exit of gases during polymerization, especially in areas remote from the edges of the sheets, a large number of microcracks in resin films between the layers due to shrinkage during the polymerization of the binder, shifts of individual layers of the material, which leads to an uneven distribution of the material over the thickness, and as a result, the occurrence of cracks in the binder layer, the delamination of the material and the occurrence of stresses between the layers due to uneven heating and cooling, which further leads to warping and cracking of products. The result of this is the low quality of the sheets made of composite materials, and hence the low strength and fragility of products from them.

Ближайшим к описываемому устройству является известное устройство для изготовления листов из композиционного материала, содержащее нижнюю опорную плиту, подвижную верхнюю плиту и смонтированные на опорной плите инструменты для образования отверстий в листе [2]
Известное устройство обеспечивает возможность изготовления листов с отверстиями. Однако выполнение отверстий производится с помощью штырей, которые формуют отверстия одновременно с формованием листа путем раздвигания слоев материала.Closest to the described device is a known device for the manufacture of sheets of composite material containing a lower base plate, a movable upper plate and mounted on a base plate tools for forming holes in the sheet [2]
The known device provides the ability to manufacture sheets with holes. However, the holes are made using pins that form holes at the same time as forming the sheet by spreading the layers of material.

Недостатком известного устройства является деформация слоев материала во время образования отверстий, приводящая к концентрации напряжений. A disadvantage of the known device is the deformation of the layers of material during the formation of holes, leading to stress concentration.

Техническим результатом изобретения является предотвращение деформации слоев материала во время образования отверстий. The technical result of the invention is to prevent deformation of the layers of material during the formation of holes.

Для достижения указанного технологического результата в устройстве для изготовления листов из композиционного материала, содержащем нижнюю опорную плиту, подвижную верхнюю плиту и смонтированные на опорной плите инструменты для образования отверстий в листе, опорная плита выполнена с вертикальными каналами, открытыми на ее рабочую поверхность, а инструменты для образования отверстий установлены в вертикальных каналах опорной плиты с возможностью аксиального перемещения относительно нее и выполнены в виде трубчатых пробойников, имеющих на верхних торцах режущие кромки. To achieve the specified technological result in a device for manufacturing sheets of composite material containing a lower base plate, a movable upper plate and tools mounted on the base plate for forming holes in the sheet, the base plate is made with vertical channels open on its working surface, and tools for holes are installed in the vertical channels of the base plate with the possibility of axial movement relative to it and are made in the form of tubular punches, guides on the upper ends of the cutting edges.

Опорная плита выполнена с коллектором для подсоединения к вакуумной линии или источнику сжатого воздуха, сообщенным с ее вертикальными каналами, а пробойники у верхних концов имеют сквозные отверстия в боковых стенках. The base plate is made with a collector for connection to a vacuum line or a source of compressed air communicated with its vertical channels, and the punches at the upper ends have through holes in the side walls.

Каждый пробойник снабжен поршнем, имеющим выступ на боковой поверхности, а в опорной плите под каждым вертикальным каналом выполнена полость для размещения поршня, сообщенная в надпоршневой зоне с коллектором и имеющая на боковой поверхности винтовую канавку для взаимодействия с выступом поршня. Each punch is equipped with a piston having a protrusion on the side surface, and in the base plate under each vertical channel there is a cavity for accommodating the piston, communicated in the supra-piston zone with the collector and having a helical groove on the side surface for interaction with the piston protrusion.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство в исходном положении; на фиг. 2 трубчатый пробойник; на фиг. 3 предлагаемое устройство в рабочем положении в процессе полимеризации; на фиг. 4 то же, после окончания полимеризации; на фиг. 5 вид по стрелке А на фиг. 2. In FIG. 1 shows the proposed device in its original position; in FIG. 2 tubular punch; in FIG. 3, the proposed device in working position during the polymerization; in FIG. 4 the same, after the end of polymerization; in FIG. 5 is a view along arrow A in FIG. 2.

Устройство для изготовления листов из композиционного материала содержит нижнюю опорную плиту 1, подвижную верхнюю плиту 14 и смонтированные на опорной плите 1 инструменты для образования отверстий в листе. A device for manufacturing sheets of composite material contains a lower base plate 1, a movable upper plate 14, and tools mounted on the base plate 1 to form holes in the sheet.

Опорная плита 1 выполнена с вертикальными каналами 17, открытыми на ее рабочую поверхность. The base plate 1 is made with vertical channels 17 open to its working surface.

Инструменты для образования отверстий в листе установлены в вертикальных каналах 17 опорной плиты и выполнены в виде трубчатых пробойников 6. Пробойники 6 на верхних торцах имеют режущие кромки. Каждый пробойник снабжен поршнем 5. Поршни 5 имеют на боковой поверхности выступы 18. В опорной плите 1 под каждым вертикальным каналом 17 выполнена полость 4 для размещения поршня 5. Опорная плита 1 выполнена с коллектором 2 для подсоединения к вакуумной линии или источнику сжатого воздуха. Воздух из коллектора 2 выходит в атмосферу через канал 3. Коллектор 2 с помощью канала 11 сообщен с вертикальными каналами 17. Полости 4 в надпоршневой зоне сообщены с помощью каналов 19 с каналом 11, имеющим кран 12. Полости 4 на боковой поверхности имеют винтовые канавки 10 для взаимодействия с выступами 18 поршней 5. Пробойники 6 у верхних концов имеют сквозные отверстия 9 в боковых стенках. Tools for forming holes in the sheet are installed in the vertical channels 17 of the base plate and are made in the form of tubular punches 6. Punches 6 at the upper ends have cutting edges. Each punch is equipped with a piston 5. Pistons 5 have protrusions 18 on the lateral surface. A cavity 4 is made in the base plate 1 under each vertical channel 17 to accommodate the piston 5. The base plate 1 is made with a manifold 2 for connection to a vacuum line or compressed air source. The air from the collector 2 enters the atmosphere through the channel 3. The collector 2 is connected with the vertical channels 17 via the channel 11. The cavities 4 in the supra-piston zone are communicated by channels 19 with the channel 11 having a valve 12. The cavities 4 on the side surface have helical grooves 10 for interaction with the protrusions 18 of the pistons 5. Punches 6 at the upper ends have through holes 9 in the side walls.

Внутри каждого пробойника 6 установлен выталкиватель 7, жестко соединенный с заглушкой 8, являющейся дном полости 4. An ejector 7 is mounted inside each punch 6 and is rigidly connected to the plug 8, which is the bottom of the cavity 4.

Устройство имеет диафрагму 15 с уплотнением 16 для обеспечения герметичности пространства под диафрагмой 15. The device has a diaphragm 15 with a seal 16 to ensure the tightness of the space under the diaphragm 15.

Устройство для изготовления листов из композиционного материала работает следующим образом. A device for the manufacture of sheets of composite material works as follows.

В исходном положении перед началом формования поршни 5 пробойников 6 находятся в крайнем нижнем положении. Пробойники, смазанные внутри и снаружи антиадгезионной смазкой, находятся заподлицо с плитой формы 1. После отсоса воздуха из-под диафрагмы и опрессовки ею композиционного материала слоистого пластика 13 открывается кран 12 и начинается отсос воздуха по каналу 11 из камер 4. При возникновении разрежения в камерах 4 поршни 5 перемещаются поступательно вверх, одновременно вращаясь вокруг своих осей. Поступательно-вращательное движение поршней 5 позволяет перемещаться пробойниками 6 вверх и одновременно вращаться вокруг своих осей. При этом режущие кромки пробойников 6 прорезают отверстия в слоистом пластике 13 и пробойник входит в пластик, прорезая все его слои вплоть до верхнего слоя включительно (см. фиг. 3) без деформации слоев. Кран 12 постоянно открыт, поддерживая необходимое разрежение в камерах 4. Ход пробойников 6 регулируется по толщине полимеризуемого пластика. Антиадгезионная смазка на пробойник 6 не позволяет последним заполимеризоваться в пластик. Отверждение пластика происходит при нагреве. При этом из частей пластика, расположенных ближе к середине листа, происходит вывод летучих побочных продуктов реакции и воздуха, находящегося между слоями пластика. Воздух удаляется через отверстия 9 в пробойниках 6. Пробойники, нагреваясь от плиты, передают тепло внутренним слоям пластика, способствуя равномерному их прогреву. Когда термоотверждение заканчивается, устройство и все, что в нем находится, охлаждается. При этом через пробойники происходит отвод тепла из внутренних слоев пластика, чем достигается одинаковое охлаждение как внешних, так и внутренних слоев. In the initial position, before starting molding, the pistons 5 of the punches 6 are in the lowest position. Punches, lubricated inside and out with release agent, are flush with the plate of form 1. After the air is sucked out from under the diaphragm and pressed with laminate composite material 13, the valve 12 opens and the air suction starts through channel 11 from the chambers 4. If vacuum occurs in the chambers 4 pistons 5 move progressively upward, while simultaneously rotating around their axes. The translational-rotational movement of the pistons 5 allows you to move the punch 6 up and simultaneously rotate around its axes. In this case, the cutting edges of the punches 6 cut holes in the layered plastic 13 and the piercer enters the plastic, cutting all its layers up to and including the upper layer (see Fig. 3) without deformation of the layers. The crane 12 is constantly open, maintaining the necessary vacuum in the chambers 4. The course of the punches 6 is regulated by the thickness of the polymerised plastic. Release grease on the punch 6 does not allow the latter to polymerize into plastic. Curing of plastic occurs when heated. In this case, from the parts of the plastic located closer to the middle of the sheet, the volatile by-products of the reaction and the air located between the plastic layers are removed. Air is removed through holes 9 in the punches 6. The punches, being heated from the plate, transfer heat to the inner layers of the plastic, contributing to their uniform heating. When thermal cure is completed, the device and everything in it is cooled. At the same time, heat is removed from the inner layers of the plastic through the punch, thereby achieving the same cooling of both the outer and inner layers.

После охлаждения под диафрагму 15 подается сжатый воздух и одновременно через кран 12 воздух подается в камеры 4, поршни 5 начинают возвращаться в исходное положение. При этом пробойники 6, вращаясь, утапливаются в плиту 1 (см. фиг. 4). After cooling, compressed air is supplied under the diaphragm 15 and at the same time through the valve 12 air is supplied to the chambers 4, the pistons 5 begin to return to their original position. In this case, the punches 6, rotating, are recessed into the plate 1 (see Fig. 4).

Полимеризованный лист пластика 13 вынимается из автоклава, из внутренней полости пробойников с помощью выталкивателей 7 удаляются кусочки пластика, оставшиеся в них после прорезки отверстий в листе пластика перед началом полимеризации. Это производится вручную, сжатым воздухом или механически с помощью выталкивателя, установленного внутри пробойника, который при опускании вниз пробойника выталкивает из него кусочки пластика. The polymerized plastic sheet 13 is removed from the autoclave, pieces of plastic remaining in them after cutting holes in the plastic sheet before polymerization are removed from the internal cavity of the punch using ejectors 7. This is done manually, with compressed air, or mechanically using a pusher mounted inside the punch, which when lowering the punch pushes pieces of plastic out of it.

По окончании полимеризации в листе остаются сквозные отверстия от пробойников. Эти отверстия соединяются между собой проточками, раззенковываются с обеих сторон и прошиваются волокном, одноименным с композиционным материалом и пропитанным связующим. После полимеризации волокна образуется каркас, который служит для упрочнения композиционного материала. At the end of the polymerization, through holes from the punches remain in the sheet. These holes are interconnected by grooves, countersinked on both sides and stitched with fiber of the same name with composite material and impregnated with a binder. After polymerization of the fiber, a framework forms, which serves to harden the composite material.

Claims

1. A device for manufacturing sheets of composite material containing a lower base plate, a movable upper plate and tools mounted on the base plate to form holes in the sheet, characterized in that the base plate is made with vertical channels open to its working surface, and tools for hole formations are installed in the vertical channels of the base plate with the possibility of axial movement relative to it and are made in the form of tubular punches having cutting edges at the upper ends pits.

2. The device according to claim 1, characterized in that the base plate is made with a collector for connection to a vacuum line or a source of compressed air in communication with its vertical channels, and the punches at the upper ends have through holes in the side walls.

3. The device according to p. 1, characterized in that each punch is equipped with a piston having a protrusion on the side surface, and in the base plate under each vertical channel there is a cavity for accommodating the piston, communicated in the supra-piston zone with the manifold and having a helical groove on the side surface to interact with the piston protrusion.