СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЖУХА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ ЛОКОМОТИВА Российский патент 2024 года по МПК B29C70/44 B29C70/46 

Изобретение относится к изготовлению многослойных изделий, а именно к изготовлению полимерного кожуха для зубчатой передачи локомотива.

Кожух для зубчатой передачи локомотива содержит две разъемные части по краям которых выполнены соединительные фланцы, толщина которых имеют большую толщину, чем стенки кожуха.

Из уровня техники известны следующие технические решения.

Известен способ изготовления слоистых изделий из полимерных композиционных материалов (RU №2116887, В29С 43/20 от 04.07.1996 г., опубл. 10.08.1998 г.).

Способ включает следующие операции: выкладку слоя и группы слоев препрега на укладочном столе, перенос выложенного слоя или группы слоев на формовочную оснастку, укладку дренажной системы, упаковку выложенного пакета слоев препрега в гермочехол, вакуумирование и нагрев до заданного значения температуры. При этом между группами слоев препрега укладывают не менее одного слоя волокнистого наполнителя, не пропитанного смолой, с припуском относительно пакета слоев препрега, а припуск с помощью дренажной системы сообщается с вакуумной системой.

Недостатком данного способа является сложная технология изготовления, связанная с применением дренажной системы, вакуумной системы, высоких температур. Полученные данным способом изделия не обладают достаточной механической прочностью, т.к. слои волокнистого наполнителя не пропитываются связующим раствором.

Известен способ формования деталей из полимерных композиционных материалов с использованием двойного вакуумного пакета (патент RU 2579380, заявка 2014121660/05, 2014.05.28).

Способ формования деталей из полимерных композиционных материалов по патенту RU 2579380 включает укладку преформы на оснастке с герметизацией внутреннего вакуумного пакета, герметичное крепление внешнего вакуумного пакета, создают и поддерживают вакуум в обоих пакетах, пропитывают и формуют детали. Под внутренним пакетом устанавливают вакуум на максимальном уровне (не ниже -0.98 бар), для качественной пропитки и более равномерного распределения связующего. Под внешним пакетом устанавливают уровень вакуума в диапазоне от -0.5 бар до -0.90 бар. В процессе пропитки температуру технологической оснастки плавно увеличивают, обеспечивая постоянную вязкость связующего, стабилизируя тем самым скорость пропитки. Затем поднимают уровень вакуума под внешним пакетом до -0.98 бар. Процесс гелеобразования связующего проводят при температуре более низкой, чем температура полного отверждения, что снижает величину объемной и температурной усадки связующего. Уровень вакуума под внешним пакетом в процессе пропитки устанавливают на требуемом уровне из условия реализации заданного объемного содержания связующего в ПКМ после формования, получая разное объемное содержание связующего и разную толщину детали при одинаковой структуре преформы. 6 ил.

Основным недостатком описанного способа является сложность процесса, способ требует наличия дорогостоящей оснастки, одноразового двойного вакуумного пакета, что увеличивает стоимость производства. Таким образом, в условиях мелко-серийного производства или необходимости произвести изделие малой геометрической формы, указанный способ нецелесообразен по экономическим причинам.

Известен способ изготовления стеклопластикового кожуха, например, для зубчатой коробки локомотива и кожух, изготовленный данным способом (патент RU 2317198, МПК B29C 43/20, B61C 9/00, заявка 2006122603/11, 2006.06.23), выбранный заявителем в качестве ближайшего аналога (прототипа).

Указанный способ изготовления стеклопластикового кожуха, например, для зубчатой передачи локомотива, включает выкладку слоев стеклоткани в формообразующую оснастку, укладку между слоями не менее одного слоя волокнистого наполнителя. На формообразующую оснастку, состоящую из двух разъемных частей, наносят разделительный слой воском, затем накладывают несколько слоев стеклоткани, каждый из которых пропитывают связующим раствором. Дальнейшая операция заключается в прокатке валиком и наложением нескольких слоев эмульсионно связанного стекломата, чередуя их с ровинговой стеклотканью. Сушка производится при комнатной температуре. На соединительные фланцы обеих частей кожуха и вокруг отверстия для крепления бобышек накладывают дополнительные слои стеклоткани и стекломата.

Недостатками данного способа являются:

1. Пропитка стеклоткани (стекломата, рогожи) происходит методом нанесения клеевой матрицы (связующие вещества на основе эпоксидных или полиэфирных смол) на заранее расскроенный материал (стеклоткань, рогожа), на столе для пропитки армирующих элементов детали. Излишки связующих материалов удаляются при помощи шпателя, после чего происходит укладка первого и последующих слоев ткани на формообразующую оснастку, с последующей прикаткой фторопластовыми роликами различных деаметров и геометрических форм. В процессе перемещения раскроенных и пропитанных связующим компонентом армирующих элементов детали, между уложенным и укладываемым слоями стеклоткани образуются воздушные "карманы", удаление которых происходит методом прикатки материала фторопластовыми роликами. Данный процесс не совершенен, т.к. прикатка слоев стеклоткани происходит вручную в нормальной среде (температура, давление), а следовательно сила давления фторопластового ролика на поверхность изготовляемой детали не равномерна, что в свою очередь влечет за собой вероятность не полного удаления воздушных "карманов" между слоями стеклоткани, вследствие чего образуются непроклеи, выявление которых методом визуального и акустического контроля вероятно примерно в 80% случаев. В случае обнаружения указанных выше дефектов, применяются меры по их устранению на основе соответствующей технологической документации или производственных инструкций, что приводит к непрогнозируемому увеличению производственного цикла, а также ухудшению прочностных характеристик в местах ремонта и не выявленных непроклеев.

2. В процессе прикатывания слоев стеклоткани (стекломата, рогожи) при помощи фторопластовых роликов, пятно контакта между роликом и стеклотканью не равномерно, следовательно расстояние между направленными волокнами стеклоткани не однородно по всей площади изготавливаемой детали, что влечет за собой значимое ухудшение прочностных характеристик (сдвиг, разрыв) в местах скопления избыточного количества связующего материала (эпоксидные, полиэфирные смолы) и армирующих, направленных волокон стеклотканей.

3. При выполнении работ по пропитке раскроенных элементов стеклоткани (стекломата, рогожи), необходимо строгое соблюдение пропорций между смолами и отвердителями при замешивании связующей основы, что в данном методе формования не стремится к сто процентному показателю, из-за ошибок (неточностей) связанных с так называемым "человеческим фактором", что, в свою очередь, хоть и не является весьма значительными (в случае неточностей) и ритмично повторяющимися ошибками технологического процесса изготовления детали, но в случае наложения данного дефекта, на дефекты, указанные в пунктах 1 и 2, может явиться причиной поломки детали при её эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа изготовления кожуха зубчатой передачи, который позволит снизить затраты на производство.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в основу способа положен метод вакуумной инфузии, а пропитка заранее уложенных слоёв стекломатов и армирующих элементов, уложенных в соответствии с технологией, на подготовленную поверхность формообразующей оснастки, происходит путем введения подготовленного компаунда (связующего на основе полиэфирных смол) под многоразовый силиконовый пуансон толщиной от 9 мм до 10 мм, за счет разряжения среды между оснасткой и силиконовым пуансоном, при этом величина разряжения составляет от 0,6 до 1 кгс/см².

Предложенное решение позволяет реализовать все поставленные задачи изобретения, а именно позволяет:

- достичь высокого стеклонаполнения, коэффициент которого составляет 50-70% (в зависимости от количества армирующих слоёв в пакете стеклоткани), за счет чего изготавливаемая деталь обладает высокими прочностными характеристиками. Высокий коэффициент стеклонаполнения достигается за счет однородности пропитки стекломатериалов;

- достичь наиболее оптимального соотношения волокно-связующие, что позволяет им иметь меньший вес при повышении прочности.

- получить изделие с более гладкой поверхностью на лицевой и оборотной стороне, за счет высокого давления на лицевую поверхность детали, а также давление на не лицевую поверхность детали, силиконовым пуансоном, который при изготовлении на детали-имитаторе, максимально приближен к точности лицевой поверхности. За счет малой эластичности и толщины силиконового пуансона (8-11 мм), он (пуансон) является своего рода цулагой (пресс для изготовления гнутых изделий);

- удешевить производство кожуха зубчатой передачи за счет долговечность многоразового силиконового пуансона, расчетный эксплуатационный срок которого составляет не менее 500 циклов до появления первых течей герметичности, с возможностью продления количества эксплуатационных циклов до не менее 50 при условии мелкого ремонта и простоты его установки в оснастку (по сравнению с вакуумными пленками), позволяет сократить временные затраты (в части технологии изготовления серийных деталей).

Данная технология изготовления деталей, является разновидностью вакуумной инфузии, где пропитка за ранее уложенных слоёв стекломатов и армирующих элементов, уложенных в соответствии с технологией, на подготовленную поверхность формообразующей оснастки, происходит путем введения подготовленного компаунда (связующего на основе полиэфирных смол) под многоразовый силиконовый пуансон, за счет разряжения среды между оснасткой и силиконовым пуансоном. Величина разряжения составляет от 0,6 до 1 кгс/см².

Способ в соответствие с изобретением осуществляют следующим образом:

Технологический процесс начинается с изготовления оснастки известным методом, путем поэтапного нанесения матричных гелей, стекломатов и армирующих элементов оснастки на изготовленную, в соответствии с копируемой деталью, мастер модель.

Далее необходимо изготовить многоразовый силиконовый пуансон (герметизирующий мешок):

На оснастке изготавливается стеклопластиковая деталь-имитатор, методом контактного формования. Деталь-имитатор не имеет в своём составе армирующих элементов, а состоит только из стекломатов (которые в своём составе имеют только рубленные стеклонити), что позволяет изготовить деталь-имитатор необходимой толщины и геометрии, за счет эластичности стекломатов во всех направлениях. После полной полимеризации деталь-имитатор подвергается слесарной обработке, при помощи наждачной бумаги, для сглаживания неровностей и наплывов полимеризованного компаунда (связующего) на стороне детали противоположной лицевой, что позволит изготовить многоразовый силиконовый пуансон (вакуумный мешок) с качественной поверхностью прилегающей к изготавливаемой детали.

В оснастку для изготовления композитного кожуха зубчатой передачи укладывается подготовленная деталь-имитатор, на поверхность которой укладываются силиконовые трубки (данные силиконовые трубки удаляются из полностью полимеризованного силиконового пуансона, образуя тем самым смолопроводящие каналы), оптимально расположены на поверхности детали и фиксируются при помощи липкой ленты, а также устанавливаются силиконовые присоски на оснастку, вне её рабочей поверхности (дискретно, по контуру оснастки, что в дальнейшем обеспечит фиксацию силиконового пуансона к оснастке, при изготовлении детали). Последним этапом при расположении закладных элементов силиконового пуансона является ориентация на детали-имитаторе специальных пластиковых заготовок для формообразования штуцеров, которые необходимы для подачи компаунда (связующего) и обеспечение достаточного разряжения под силиконовым пуансоном.

После установки всех закладных частей силиконового пуансона на деталь-имитатор, происходит напыление (при помощи пневматического оборудования) первого слоя силикона (компоненты которого были смешаны в соответствии с инструкциями производителя), затем на нанесённый слой жидкого силикона укладывается слой армирующей ткани (вуаль). Данная технологическая операция повторяется пять раз. Последней операцией является нанесение на армирующую ткань завершающего слоя жидкого силикона. После полной полимеризации силиконового пуансона, происходит его демонтаж из оснастки (с установленной в ней деталью-имитатором), извлечение закладных трубок (которые формообразовали смолопроводящие каналы). Силиконовый пуансон (вакуумный мешок) готов к эксплуатации (толщина пуансона 9-10 мм.).

Далее приступает непосредственно к изготовлению композитного кожуха зубчатой передачи:

Наносим антиадгезионный разделительный слой на рабочую поверхность оснастки. После некоторого времени (в зависимости от рекомендаций производителя антиадгезионных составов) на поверхность, при помощи пневматического оборудования наносится гелькоут (гелеобразный состав на основе полиэфирных смол, для создания защитного покрытия композитных деталей, который так же препятствует порообразованию на лицевой поверхности детали) в соответствии с инструкцией производителя (в части пропорций компонентов и в соответствии с технологическим процессом цеха изготовителя деталей).

Следующая технологическая операция состоит в укладывании (заранее раскроенных по шаблону) слоёв стекломатов, рогожи и армирующих элементов кожуха на формообразующую поверхность оснастки, в соответствии с технологией цеха изготовителя. Каждый последующий слой, фиксируется при помощи специального аэрозольного клеевого состава в геометрически сложных местах прилегания стеклоткани друг к другу, во избежание смещения слоёв во время монтажа силиконового пуансона для вакуумной опресовки деталей

Установка силиконового пуансона происходит непосредственно в оснастку с уложенными в неё слоями стеклоткани, затем края пуансона фиксируются присосками по контуру оснастки (при необходимости позиционирование гибкого силиконового пуансона корректируется вручную, для обеспечения корректного прилегания).

К закладным штуцерам пуансона присоединяются силиконовые трубки, (подача связующего и подключение к вакуумной системе). Трубка подачи связующего глушится быстро разжимной струбциной, а вакуумная трубка подсоединяется к системе, обеспечивающей разряжение воздуха между деталью и пуансоном. По достижению достаточного разряжения по показателям манометра (0,6 — 1 кгс/см²), происходит перекрытие вакуумной системы. При отсутствии падения давления в течении 15 минут, изделие считается подготовленным для введения компаунда.

В специальной таре происходит взвешивание компаунда (полиэфирная смола, ускоритель, отвердитель) в соответствии с инструкциями производителя, а весовые части в соответствии с характеристиками абсорбции пакета слоёв стекломатериалов. Далее происходит смешивание всех компонентов компаунда с последующим перемещением перемешенной массы в герметичную камеру для дегазации на 3 мин. (данная операция необходима для удаления пузырьков воздуха из компаунда, которые образуются при смешивании компонентов связующего).

В емкость с необходимым количеством компаунда (связующего) помещается трубка подачи связующего и разжимается струбцина перекрывающая трубку для создания нужного разряжения воздуха под мешком. В результате создания разности давления (атмосферным, в ёмкости с компаундом и разряженным под силиконовым пуансоном) происходит движение связующего по силиконовой трубке к штуцеру силиконового пуансона, затем по смолопроводящим каналам происходит равномерное распределение связующего по всему пакету слоев стеклоткани.

Индикаторами равномерной пропитки пакета стеклоткани служат несколько факторов:

- Полный расход расчетного объёма компаунда;

- Отсутствие не пропитанных (более светлых) участков пакета стеклотканей (данный визуальный метод контроля возможен благодаря прозрачному силиконовому пуансону);

- Выход связующего из силиконовой вакуумной трубки, примерно на 20-40 мм. выше штуцера.

После окончания процесса инфузии, (введение связующего в разряженную среду между оснасткой и силиконовым пуансоном) осуществляется перекрытие трубки вакуума и трубки подачи компаунда при помощи быстро разъёмных струбцин. После полной полимеризации (время зависит от температурных режимов) производится демонтаж трубок, силиконового пуансона, снятие детали с оснастки, после чего деталь отправляется на слесарный участок для удаления облоя и процесс изготовления считается завершенным.

Изобретение относится к изготовлению кожуха зубчатой передачи локомотива. Техническим результатом является уменьшение количества используемого силикона. Технический результат достигается способом изготовления кожуха зубчатой передачи методом вакуумной инфузии, который включает укладку слоев стекломатов и армирующих элементов на подготовленную поверхность формообразующей оснастки. При этом пропитка заранее уложенных слоёв стекломатов и армирующих элементов, уложенных на подготовленную поверхность формообразующей оснастки, происходит путем введения подготовленного компаунда под многоразовый силиконовый пуансон толщиной от 9 до 10 мм.

Способ изготовления кожуха зубчатой передачи методом вакуумной инфузии, включающий укладку слоев стекломатов и армирующих элементов на подготовленную поверхность формообразующей оснастки, отличающийся тем, что пропитка заранее уложенных слоёв стекломатов и армирующих элементов, уложенных на подготовленную поверхность формообразующей оснастки, происходит путем введения подготовленного компаунда под многоразовый силиконовый пуансон толщиной от 9 до 10 мм.