Изготовление деталей методом намотки

Изделия из композиционных материалов, форма которых определяется вращением произвольных образующих, могут быть изготовлены намоткой на оправку соответствующей формы нитей, ленты или ткани, пропитанных связующим.
На рис. 1 приведена одна из возможных схем намоточного станка.

Рис. 1. Схема намоточного станка:

1 – шпули; 2 – направляющие ролики; 3 – ванночка со связующим; 4 – отжимные валики; 5 – нагревательная камера; 6 – укладчик; 7 – оправка; 8 – наматываемый полуфабрикат; 9 - направляющая

Станок состоит из привода, вращающего оправку 7 и перемещающего укладчик 6. Укладчик, несущий кольцо, совершает возвратно-поступательное движение по направляющей 9. Сквозь кольцо проходит нить, жгут со шпулей 1 или лента определенной ширины, пропитанная связующим в ванночке З. Армирующий материал укладывается на оправку под регулируемым натяжением. Скорость намотки зависит от скорости вращения оправки. В свою очередь вращение оправки и перемещение синхронизируются. В зависимости от длины изделия, счетного угла намотки устанавливаются соответствующая частота вращения оправки и продольных ходов укладчика. Более рациональным является программирование связи между движением раскладчика и вращением оправки.
Методом намотки создают наиболее прочные конструкции при минимальной массе, что достигается ориентацией армирующего наполнителя в направлении действия главных нагрузок.

В настоящее время получили распространение следующие разновидности намотки: тканевая, продольно-поперечная, спиральная (геодезическая) (Рис. 2).

Рис. 2. Разновидности методов намотки:

а – продольно-поперечная; б – спиральная (косая); в – поперечно-спиральная

Тканевая намотка характеризуется тем, что на цилиндрическую или коническую оправку в определенной последовательности наматываются слои предварительно пропитанной ткани. Процесс характеризуется высокой производительностью и хорошей герметичностью полученного изделия, сохраняемой плоть до его разрушения при испытании внутренним давлением.

Продольно - поперечная намотка характеризуется ориентацией пропитанных лент, жгутов по образующим (продольная укладка) и в окружном направлении под углом 90^О к оси оправки (поперечная укладка). Прочность конструкции повышается по сравнению с тканевой намоткой и составляет 700…800 МПа и выше.

Спиральная (геодезическая намотка) осуществляется путем укладки армирующего материала, пропитанного связующим, по траекториям геодезических линий. Геодезическая намотка используется для изготовления конических отсеков, сосудов высокого давления сферической, а также цилиндрической формы с закрытыми торцами или полярными отверстиями. В этом случае для получения равномерной оптимальной конструкции производится дополнительная намотка в кольцевом направлении.

Наиболее перспективным направлением является механизированная намотка на станках с программным управлением. В качестве полуфабриката используют пропитанные термореактивным связующим ленты, жгуты, нити, ткани.

Тканевая, продольно-поперечная и геодезическая намотки могут осуществляться предварительно пропитанным армирующим материалом (препрегом), и в этом случае процесс носит название “сухой” намотки. Перед укладкой препреги проходят через горячие валки либо через нагревательную камеру и в разогретом виде укладываются на оправку.

Намотка армирующим материалом, смоченным связующим непосредственно перед укладкой на оправку, носит название “мокрой” намотки.