Устройство и способ ремонта отверстия детали - RU2690466C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области обслуживания и ремонта деталей и, в частности, касается устройства и способа ремонта отверстия детали, в частности, детали из композиционного материала.

Уровень техники

Во многих областях техники, включая изготовление деталей для авиационной промышленности, в изготавливаемых деталях часто просверливают отверстия для установки в них вставок, винтов, осей или крепежных элементов. В зависимости от использования выполняемого отверстия оно может иметь разные характеристики; например, отверстие может быть шлифованным, зенкованным, резьбовым и т.д. В частности, когда отверстие предназначено для установки и удержания в нем крепежного элемента, геометрическая форма отверстия является важным критерием, который обуславливает нормальную работу детали или соединения, к которому принадлежит деталь.

Вместе с тем отверстия, просверливаемые в деталях, могут быть повреждены непосредственно во время сверления или при термических и механических воздействиях на отверстие во время использования детали. В частности, это относится к деталям из композиционного материала, например, к деталям, содержащим тканую заготовку, погруженную в матрицу. Во многих случаях просверленные отверстия могут иметь дефекты типа сколов в композитных слоях, расслаивания или трещин.

В настоящее время операции устранения этих дефектов выполняют вручную. Например, ремонт отверстия может состоять в нанесении смолы при помощи кисти для заделки полостей (сколов, трещин), проявляющихся на периферии отверстия. Однако такой ремонт является трудным в осуществлении с учетом иногда слишком малого диаметра отверстия. Кроме того, он сопровождается риском для оператора (смола является токсичной), его качество очень колеблется, и он не дает возможности убедиться, что нанесенная смола полностью закупорила всю полость.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в устранении по меньшей мере основных из вышеупомянутых недостатков.

В связи с этим объектом изобретения является устройство для ремонта отверстия детали, содержащее емкость для смолы, инжекционный наконечник, соединенный с емкостью, при этом наконечник выполнен с возможностью введения в отверстие, при этом наконечник содержит по меньшей мере одно инжекционное отверстие, обеспечивающее нагнетание смолы по меньшей мере в одну полость, находящуюся вокруг наконечника.

В рамках настоящего изобретения, если только не указано иное, смолой в широком смысле термина называется любая затвердевающая текучая среда, включая однокомпонентные или многокомпонентные смолы с химической или не химической полимеризацией и/или с влиянием внешних параметров, таких как температура или давление (например, термопластические полимеры), клеи и т.д. Смола может затвердевать в горячем или в холодном состоянии, возможно, необратимо под действием температуры в случае термореактивной смолы. Деталь может быть выполнена, в частности, из композиционного материала; в этом случае деталь содержит заготовку (из коротких волокон или из длинных волокон), погруженную в матрицу, в частности, в органическую, термопластическую или керамическую матрицу. Заготовка может быть тканой. В этом случае заготовка может представлять собой наложенные друг на друга двухмерные (2D) слои или может быть заготовкой, выполненной посредством 3D-тканья.

Подлежащее ремонту отверстие может быть гладким отверстием, резьбовым отверстием или отверстием любого типа. Подлежащее ремонту отверстие может иметь по меньшей мере один из следующих дефектов: скол, трещина, расслаивание или любой дефект, выражающийся в присутствии полости (ненадлежащее отсутствие материала), находящейся вблизи отверстия. Полость затрагивает контур отверстия. Например, полость расположена радиально вокруг отверстия. Форма отверстия определяет ось, которая может представлять собой прямую, кривую или ломаную линию. Радиальное направление является направлением, перпендикулярным к оси и пересекающим ось.

Описанное выше устройство ремонта представляет собой надежное решение для простого и воспроизводимого ремонта, безопасного для оператора, который не входит в контакт со смолой.

Если отверстие является сквозным, устройство может содержать входной канал между емкостью и одной стороной инжекционного наконечника и выходной канал, располагаемый с другой стороны инжекционного наконечника для удаления избыточной смолы.

Объектом настоящего изобретения является также способ ремонта отверстия детали, включающий в себя:

- введение в отверстие инжекционного наконечника, соединенного с емкостью и содержащего по меньшей мере одно инжекционное отверстие;

- нагнетание смолы через инжекционное отверстие по меньшей мере в одну полость, расположенную вокруг наконечника;

- затвердевание смолы, при этом наконечник остается вставленным в отверстие;

- извлечение наконечника из отверстия.

Такой способ обеспечивает надежный, простой и воспроизводимый ремонт отверстия.

Во время нагнетания смолы при помощи инжекционного отверстия или инжекционных отверстий смола заполняет все свободное пространство в отверстии вокруг наконечника и, в частности, полость или полости, которые сообщаются с отверстием и которые необходимо заделать. Таким образом, после извлечения наконечника в детали остается отверстие, форма которого по существу соответствует наружной форме наконечника. Под по существу соответствующей формой следует понимать, что операция извлечения наконечника может слегка изменить отверстие и придать ему форму, слегка отличающуюся от наружной формы наконечника.

Таким образом, понятно, что, при придании наконечнику формы, по существу или даже точно соответствующей необходимой форме отверстия, нагнетание смолы позволяет сформировать или отремонтировать стенку отверстия вокруг наконечника таким образом, чтобы после извлечения наконечника отверстие сразу имело требуемую конечную форму и не требовало дополнительной механической обработки. Иначе говоря, наконечник выполняет тройную функцию нагнетания смолы в полость, предупреждения закупоривания отверстия смолой и придания отверстию необходимой формы после извлечения наконечника.

Изобретение можно применять для ремонта как глухих, так и сквозных отверстий.

Наконечник может иметь изменяющуюся наружную форму. В этом случае о том, что наружная форма наконечника по существу соответствует форме отверстия, можно судить во время введения наконечника в отверстие и нагнетания смолы.

В некоторых вариантах осуществления описанного выше устройства ремонта оно дополнительно содержит уплотнительный элемент, выполненный с возможностью герметичного изолирования содержащей отверстие зоны детали, когда наконечник вставляют в отверстие. Уплотнительный элемент обеспечивает герметичность на каждом открытом конце отверстия (с одной стороны для глухого отверстия и с двух сторон для сквозного отверстия) таким образом, чтобы смола, нагнетаемая в изолированную зону через наконечник, не выходила из изолированной зоны. Уплотнительный элемент может выполнять функцию удержания. Уплотнительный элемент может представлять собой бандаж, то есть деталь или набор деталей, выполненных с возможностью сохранения необходимой формы детали во время нагнетания. Изолированная зона, содержащая отверстие, включает в себя по меньшей мере частично также инжекционный наконечник, когда инжекционный наконечник вставлен в отверстие. Уплотнительный элемент может состоять из нескольких подэлементов, в частности из двух подэлементов, расположенных с одной и другой стороны отверстия.

В некоторых вариантах осуществления устройство ремонта дополнительно содержит средства нагрева, выполненные с возможностью нагрева поступающей из емкости смолы. По меньшей мере одна из следующих частей может быть нагревающей или содержать нагреватель: емкость, входной канал, уплотнительный элемент, наконечник. Средства нагрева позволяют контролировать температуру нагнетания смолы, чтобы улучшить ее сцепление с деталью, контролировать собственные свойства смолы и контролировать момент затвердевания.

В некоторых вариантах осуществления устройство ремонта дополнительно содержит вакуумную систему, выполненную с возможностью создания вакуума в изолированной зоне. Создание вакуума в изолированной зоне обеспечивает удаление воздуха из полости и устранение пор между деталью и смолой. Таким образом, зона является герметично изолированной как при создании вакуума, так и при нагнетании смолы.

Дополнительно или альтернативно, устройство может содержать средства повышения давления нагнетаемой смолы. Эти средства повышения давления могут включать в себя компрессор или инжектор смолы или пневматический пистолет, напрямую соединенный с нагревательным наконечником.

Наконечник выполнен с возможностью извлечения из отверстия после затвердевания (возможно, частичного) смолы. Следовательно, наконечник выполнен таким образом, чтобы, несмотря на затвердевание смолы, его извлечение не привело к повреждению детали вокруг наконечника. Например, в некоторых вариантах осуществления инжекционный наконечник может быть покрыт материалом против прилипания, например, тефлоном, например, алюминием с тефлоновым покрытием. Наконечник может быть покрыт указанным материалом снаружи и/или изнутри (в данном «изнутри» и «снаружи» случае следует рассматривать относительно радиального направления). Ниже будут приведены также другие примеры.

Кроме того, как правило, наконечник имеет удлиненную форму в направлении извлечения наконечника. В частности, наконечник может иметь общую цилиндрическую форму.

В некоторых вариантах осуществления наконечник содержит оболочку. Оболочка является накачиваемым элементом. Оболочка может быть выполнена из любого материала, совместимого с материалами детали, со смолой и с условиями ремонта (в частности, с температурой и давлением). Будучи накачиваемой, оболочка может быть заполнена текучей средой (воздухом, водой, маслом и т.д.) для увеличения своего объема. При этом оболочка образует всю или часть наружной стенки наконечника. Таким образом, наружную форму наконечника можно адаптировать к различным и/или сложным геометрическим формам отверстия.

Оболочка выполнена с возможностью создания в ней давления во время нагнетания смолы и до затвердевания смолы; для извлечения наконечника давление в ней сбрасывают. Оболочка может содержать по меньшей мере одно сквозное отверстие, образующее инжекционное отверстие, через которое смолу нагнетают в указанную по меньшей мере одну полость.

В некоторых вариантах осуществления устройство ремонта дополнительно содержит температурный датчик и/или датчик давления. Такой датчик позволяет отслеживать изменение температуры и/или давления и убеждаться, что цикл нагнетания происходит в надлежащих условиях, в частности, на входе изолированной зоны, на выходе изолированной зоны или в изолированной зоне в зависимости от места расположения указанного датчика. Кроме всего прочего, контроль температуры позволяет точно управлять затвердеванием смолы и проверять, чтобы температура полимеризации была оптимальной. Кроме всего прочего, отслеживание давления позволяет контролировать заполнение указанной по меньшей мере одной полости. Датчик может быть встроен в уплотнительный элемент; в этом случае устройство ремонта является компактным и легким в применении.

Например, в случае нагнетания органической смолы с датчиком давления на входе изолированной зоны, когда смола начинает застывать во время термической обработки, вязкость изменяется, пока смола не начнет затвердевать в каналах устройства ремонта. В этот момент смола не может проходить на выходе ремонтного инструмента. Это называется фазой «подкачки», начало которой характеризуется повышением давления, измеряемого на входе наконечника. Эта фаза подкачки позволяет максимально уплотнить смолу в ремонтируемой зоне и ограничить расширение пор в зоне нагнетания во время полимеризации смолы (экзотермическое выделение во время сшивания органических смол).

В некоторых вариантах осуществления наконечник выполнен с возможностью отсоединения от емкости. Иначе говоря, наконечник является съемным. Это облегчает замену наконечника. Кроме того, это позволяет предусмотреть несколько наконечников для устройства ремонта, при этом каждый наконечник соответствует геометрии и внутренним характеристикам отверстия данного типа или калибра.

В некоторых вариантах осуществления наконечник содержит полый корпус, при этом указанное по меньшей мере одно инжекционное отверстие расположено на наружной поверхности полого корпуса. Смолу можно нагнетать внутрь через внутреннее пространство полого корпуса наружу полого корпуса через инжекционное(ые) отверстие(я). Инжекционное отверстие может иметь любую форму, например, локально круглую форму. Альтернативно или дополнительно инжекционное отверстие может быть расположено по длине и окружности наконечника (спиралевидное отверстие). Полый корпус может иметь множество инжекционных отверстий, распределенных на наружной поверхности полого корпуса, то есть расположенных равномерно или неравномерно на всем наконечнике, чтобы можно было производить нагнетание, охватывающее по существу все радиальные направления и/или всю высоту ремонтируемого отверстия.

В некоторых вариантах осуществления общая площадь инжекционных отверстий меньше 40% площади наружной поверхности наконечника и даже полого корпуса, предпочтительно меньше 35%, еще предпочтительнее меньше 30% и еще предпочтительнее меньше 25%. Это процентное соотношение дает возможность оценки момента сил, прикладываемого для извлечения наконечника с разрушением затвердевшей смолы в инжекционных отверстиях.

В некоторых вариантах осуществления общая площадь инжекционных отверстий превышает 5% площади наружной поверхности наконечника и даже полого корпуса.

В описанном выше способе ремонта нагнетание можно производить под давлением, превышающим атмосферное давление. Альтернативно или дополнительно перед и/или во время нагнетания способ может содержать этап создания вакуума в герметично изолированной зоне, содержащей отверстие. Создание вакуума позволяет удалить воздух перед нагнетанием и исключить образование пор во время нагнетания. В некоторых вариантах осуществления этап создания вакуума может продолжаться в течение всего нагнетания.

В некоторых вариантах осуществления нагнетание прекращают, когда давление в изолированной зоне больше не повышается. Во время первой фазы нагнетания давление повышается незначительно, так как нагнетаемая смола занимает полость (дефект) детали и просто вытесняет находившийся там до этого воздух. После заполнения всех полостей смола больше не может скапливаться в детали, следовательно, давление повышается сильнее, затем остается в максимальном значении. В этом случае предпочтительно прекратить нагнетание, чтобы избыточное давление не привело опять к открыванию полостей, в частности, если речь идет о трещинах.

В некоторых вариантах осуществления нагнетание осуществляют при температуре, регулируемой при помощи средств нагрева.

В некоторых вариантах осуществления после извлечения наконечника способ включает в себя анализ столбика затвердевшей смолы, оставшейся в наконечнике. Этот анализ позволяет определить физико-химические свойства затвердевшей смолы и удостовериться, что смола, нагнетавшаяся в деталь, имеет свойства, необходимые для ремонта.

Согласно другому варианту, объектом настоящего изобретения является также способ ремонта отверстия детали, содержащий следующие этапы:

- введения в отверстие инжекционного наконечника, имеющего наружную форму, по существу соответствующую форме отверстия;

- крепления на детали уплотнительного элемента, чтобы герметично изолировать зону, содержащую отверстие;

- нагнетания смолы;

- извлечения уплотнительного элемента и наконечника после затвердевания смолы.

Краткое описание чертежей

Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего подробного описания вариантов осуществления изобретения, представленных в качестве неограничивающих примеров. Это описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показано устройство ремонта согласно варианту осуществления изобретения, общий вид;

на фиг. 2 схематично показана деталь, изображенная на фиг. 1, вокруг инжекционного наконечника устройства ремонта;

на фиг. 3 показано возможное изменения температуры и давления, отмечаемое в двух точках инжекционного устройства, в зависимости от времени;

на фиг. 4 схематично показан наконечник, вставленный в ремонтируемую деталь, согласно второму варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;

на фиг. 5 схематично показан наконечник, вставленный в ремонтируемую деталь, согласно третьему варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;

на фиг. 6 схематично показан наконечник, вставленный в ремонтируемую деталь, согласно четвертому варианту осуществления изобретения, вид в разрезе;

на фиг. 7А схематично показан наконечник согласно пятому варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;

на фиг. 7В показан пример инструмента, обеспечивающего извлечение такого наконечника.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлен общий схематичный вид устройства 10 ремонта отверстия детали согласно варианту осуществления изобретения. Как было указано выше, устройство 10 ремонта содержит емкость 20 для смолы и инжекционный наконечник 30 (наконечник 30), соединенный с емкостью 20. На фиг. 1 наконечник 30 показан вставленным в отверстие подлежащей ремонту детали 70. Наконечник 30 и деталь 70 окружены уплотнительным элементом 40, который будет описан ниже.

Отверстие детали 70 в данном случае является сквозным отверстием. С одной стороны, наконечник 30 соединен с емкостью через входной канал 26. С другой стороны, наконечник 30 соединен с устройством 50 создания вакуума через выходной канал 28.

На входном канале 26 установлен вентиль 24, чтобы способствовать или препятствовать нагнетанию смолы из емкости 20. Кроме того, с емкостью 20 соединен нагнетатель (или камера давления) 22 для нагнетания смолы под давлением из емкости 20. Емкость 20 и нагнетатель 22 могут входить в состав одного и того же устройства. Наконец, на входном канале между вентилем 24 и наконечником 30 установлен нагреватель 60 для нагрева смолы, выходящей из емкости 20, перед ее нагнетанием через наконечник 30. Согласно варианту, устройство может содержать несколько нагревателей. В данном случае нагреватель 60 является известным компонентом. В этом варианте осуществления нагреватель 60 выполнен в виде металлического элемента, который содержит по меньшей мере одно нагревательное сопротивление, контролируемое и регулируемое по температуре, и в котором проходит смола. Температуру смолы на входе и/или на выходе нагревателя 60 можно измерять при помощи термопар (не показаны). Кроме того, в настоящем варианте осуществления сам наконечник 30 является нагревающим. Согласно варианту, каналы для прохождения смолы могут быть окружены нагревательным кожухом для ограничения тепловых потерь каналов с наружной окружающей средой между емкостью и нагревательным наконечником. Альтернативно или дополнительно наконечник 30 и/или ремонтируемая деталь 70 могут быть защищены термически от наружной окружающей среды за счет их помещения с сушильную камеру или между нагревательными матами.

В данном случае уплотнительный элемент 40 состоит из двух подэлементов 42, 44, установленных с двух сторон от отверстия и от наконечника 30 для обеспечения герметичности зоны, в которую нагнетают смолу и в которой устройство 50 создает вакуум. Подэлементы 42, 44 удерживаются на детали 70 и адаптированы к геометрии детали 70; например, подэлементы 42, 44 удерживаются на детали 70 при помощи присосок. Кроме обеспечения герметичности, подэлементы 42, 44 предназначены также для удержания детали 70, чтобы избегать ее деформации во время осуществления способа ремонта. Например, уплотнительный элемент 40 может содержать бандажный пояс из термопластического материала, выполненный с возможностью прилегания к детали 70. Согласно другому примеру, уплотнительный элемент 40 может содержать бандажный пояс из эластомерного материала, который может слегка деформироваться, чтобы следовать форме детали 70 без повреждения детали 70. Чтобы избегать тепловых потерь в изолированной зоне, как было указано выше, сам уплотнительный элемент 40 может быть нагревающим или может нагреваться на периферии при помощи нагревательных матов или в сушильной камере.

Кроме того, на выходе инжекционного наконечника 30 установлен датчик 46. В данном случае датчик 46 является комбинированным датчиком температуры и давления. Как будет более наглядно показано на фиг. 2, датчик 46 встроен в уплотнительный элемент 40, в частности, в его выходной подэлемент 44.

Выходной канал 28 соединяет наконечник 30 с устройством 50 создания вакуума. Устройство 50 создания вакуума является классическим и само по себе известно. В данном случае устройство 50 создания вакуума содержит вакуумную ловушку 52, связанную с вакуумным насосом 54 и соединенную с выходным каналом 28 через вентиль 58. Вакуумная ловушка 52 является промежуточной камерой между наконечником 30 и вакуумным насосом 54 и служит буфером для сбора текучих сред (в частности, смолы), которые могли бы повредить вакуумный насос 54. Другой вентиль 56, сообщающийся с наружным пространством устройства, позволяет закрывать или открывать контур в вакуумной ловушке, чтобы способствовать удалению пор, присутствующих в нагнетаемой смоле. Открывание вентиля 56 не является обязательным; испытания показали, что такой этап характеризуется большим расходом смолы (потерей смолы). Уровень вакуума, который может быть достигнут при помощи устройства создания вакуума, может быть равен 0,7 бар по относительному давлению, предпочтительно 0,9 бар, предпочтительно 0,99 бар, предпочтительно 0,996 бар (то есть соответственно 0,3 бар, 0,1 бар, 0,01 бар, 4 миллибар по абсолютному давлению).

На фиг. 2 более детально показана зона вокруг наконечника 30, представленного на фиг. 1. Деталь 70 является в данном случае деталью из композиционного материала, заготовкой которой может быть трехмерная или двухмерная тканая заготовка. Деталь 70 содержит отверстие 72, в данном случае цилиндрическое отверстие, во время выполнения которого возник дефект, в данном случае полость 74 (в данном случае типа расслоения). Как было указано выше, дефект может появиться во время выполнения отверстия 72 или при механических воздействиях на отверстие 72 во время использования детали 70.

Для ремонта отверстия 72, в данном случае для заделки полости 74 в отверстие 72 вставляют наконечник 30. В данном случае наконечник 30 содержит полый корпус цилиндрической формы, наружный радиус которого равен (или слегка меньше) внутреннему радиусу отверстия 72. Таким образом, наконечник 30 следует форме подлежащего ремонту отверстия 72. Наконечник 30 содержит множество инжекционных отверстий 32 для радиального нагнетания смолы вокруг наконечника 30 и, в частности, в полость 74. В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 2, инжекционные отверстия 32 равномерно распределены по высоте наконечника 30 (в осевом направлении) и по контуру наконечника 30 (то есть по окружности наконечника 30) таким образом, чтобы смолу можно было нагнетать через наконечник 30 во всех направлениях. Таким образом, когда инжекционное отверстие входит в контакт с уплотнительным элементом или с плотной частью детали 70, например, как отверстия 32а, показанные на фиг. 2, нагнетание смолы через это отверстие невозможно. Если же, наоборот, инжекционное отверстие сообщается с полостью 74, например, как отверстие 32b, показанное на фиг. 2, через это отверстие можно нагнетать смолу для заполнения полости 74.

Как показано на фиг. 2, уплотнительный элемент может содержать прокладки, такие как тороидальные прокладки 42b, 44b, расположенные соответственно между подэлементами 42, 44 и деталью 70.

Далее со ссылками на фиг. 1 и 3 следует описание способа ремонта, который можно осуществлять при помощи устройства 10 ремонта.

На фиг. 3 показаны давление Pi (тонкая сплошная линия) на входе наконечника 30, измеряемое датчиком давления на входе изолированной зоны, давление Ро (толстая сплошная линия) в инжекционном отверстии, находящемся в выходной части наконечника 30 (например, в выходной трети наконечника и даже в выходной пятой части наконечника; в дальнейшем это положение будет называться «на выходе наконечника»), измеряемое датчиком давления в указанном инжекционном отверстии, температура Ti (штриховая линия) на входе наконечника 30 и температура То (штрихпунктирная линия) на выходе наконечника. Данные, представленные на фиг. 3, были измерены за интервал времени около трех минут; вместе с тем, продолжительность ремонта зависит от расхода нагнетания и может колебаться в зависимости от количества нагнетаемой смолы. Значения температуры и давления представлены лишь в качестве примера.

Кроме того, в случае, когда невозможно установить датчики одновременно на входе и на выходе наконечника, желательно расположить по меньшей мере один датчик, в частности, датчик давления на выходе наконечника. При этом расположении сигнал, передаваемый датчиком, позволяет убедиться, что полость 74 заделана.

После установки устройства, как показано на фиг. 1, закрывают вентиль 56 и открывают вентиль 58, чтобы создать вакуум на уровне изолированной зоны 76. После создания вакуума в этой зоне (то есть после достижения разрежения, превышающего 0,9 бар относительно атмосферного давления в изолированной зоне 76), открывают вентиль 24 для обеспечения нагнетания смолы, предварительно нагретой в нагревателе 60, в изолированную зону 76, в которой до этого был создан вакуум. Начальный момент, показанный на фиг. 3, соответствует моменту после создания вакуума в изолированной зоне 76. В данном случае, начальный момент, показанный на фиг. 3, соответствует также началу выхода смолы из емкости.

В момент t1 смола заходит в изолированную зону и начинает заполнять наконечник. Давление нагнетания, задаваемое камерой 22 давления, превышает атмосферное давление и в настоящем варианте осуществления равно примерно 3 бар относительно атмосферного давления. Таким образом, в сочетании с созданием вакуума можно получить примерно 3,99 бар разности между камерой 22 давления и системой 50 создания вакуума. Измеряемая температура понижается по причине нагнетания предварительно нагретой смолы до температуры, меньшей температуры нагревательного наконечника 30. Как показано на фиг.3, температура То на выходе наконечника начинает понижаться в момент t2, следующий за понижением температуры Ti на входе наконечника. Продолжительность t2-t1 соответствует времени, которое необходимо смоле, чтобы пройти от точки измерения на входе до точки измерения на выходе наконечника. Кроме того, температура То понижается меньше, чем температура Ti, так как поступающая смола на выходе наконечника является менее холодной по причине ее прохождения в нагревательном наконечнике. Во время нагнетания смола распространяется в детали 70 через наконечник, содержащий инжекционные отверстия 32.

Резкое повышение давления на выходе наконечника 30, то есть в момент t3 на фиг.3, свидетельствует о том, что полость 74 полностью заполнена. Это резкое повышение показано резким изменением наклона кривых давления на фиг. 3 в момент t3.

В момент t4 открывают вентиль 56, чтобы удалить поры, которые могли оставаться в нагнетенной смоле. После появления смолы в вакуумной ловушке 52 вентиль 56 можно закрыть. Затем продолжают нагнетать смолу через входной канал 24. Когда давление устанавливается на максимальном уровне (момент t5), нагнетание прекращают.

После этого устройство оставляют на месте во время затвердевания смолы (на фиг.3 не показано). После затвердевания смолы можно извлечь уплотнительный элемент 40, затем наконечник 30 из детали 70. Деталь 70 содержит при этом отверстие 72, которое имеет форму, соответствующую форме наконечника 30. Если наконечник был выбран таким образом, чтобы соответствовать первоначальному отверстию 72, то деталь 70 содержит отремонтированное отверстие 72, которое сразу имеет необходимую форму и не требует дополнительной механической обработки.

Наконец, заявленный способ ремонта может включать в себя анализ столбика смолы, затвердевшей в полом корпусе наконечника. Анализ свойств этого столбика позволяет характеризовать смолу, которая была нагнетена в полость 74, и затем оценить качество произведенного ремонта (в частности, степень полимеризации смолы).

Альтернативно или дополнительно контроль качества произведенного ремонта может включать в себя не деструктивный контроль ремонтируемой зоны, в частности, при помощи ультразвуков, до и/или после нагнетания, чтобы проверить, что зоны с дефектом полностью заполнены. Альтернативно или дополнительно можно использовать тепловизор, чтобы отслеживать прохождение смолы, которая является горячей во время нагнетания, внутри ремонтируемого материала.

После установки устройства описанный выше способ можно осуществлять при помощи компьютера на основании сигналов, передаваемых датчиками температуры и давления, поскольку различные моменты начала/прекращения нагнетания или открывания/закрывания вентилей характеризуются существенными изменениями давления и/или температуры, обнаруживаемыми компьютерной программой.

Можно предусмотреть разные признаки для облегчения извлечения инжекционного наконечника 30 без повреждения отремонтированного отверстия 72. Согласно примеру, инжекционный наконечник 30 может быть выполнен из алюминия с тефлоновым покрытием (то есть из алюминия, покрытого слоем материала против прилипания, такого как тефлон). Свойства против прилипания снаружи наконечника 30 позволяют извлекать наконечник 30 из детали 70, тогда как свойства против прилипания внутри наконечника 30 позволяют извлекать столбик полимеризованной смолы из наконечника 30.

Альтернативно или дополнительно края инжекционных отверстий 32 можно сделать тоньше, чтобы их заострить и чтобы они могли разрезать затвердевшую смолу в отверстиях 32, когда наконечник 30 поворачивают в отверстии 72. Диаметр отверстий можно рассчитать таким образом, чтобы разрезание затвердевшей смолы не требовало слишком большого момента сил и не повредило отверстие 72. Например, диаметр отверстий может составлять от 0,5 мм до 2 мм, предпочтительно около 1 мм. Специалист в данной области может оптимизировать диаметр отверстий в зависимости от вязкости нагнетаемой смолы. Как правило, извлекаемому наконечнику можно придать определенную траекторию (например, вывинчивания), чтобы его можно было извлечь, не повредив отремонтированное отверстие.

Альтернативно или дополнительно, чтобы обеспечить хорошую подготовку поверхности и очистку предназначенной для заполнения зоны, деталь 70 можно обезжирить перед ее установкой в устройство 10. После обезжиривания можно осуществить сушку детали.

На фиг. 4-7А показан инжекционный наконечник в других вариантах осуществления.

На фиг. 4 показан наконечник 130 из двух частей 134, 136 во время введения в гладкое отверстие 172 детали 170. Каждая часть 134, 136 наконечника 130 является полым корпусом с инжекционными отверстиями 132, которые могут быть подобны отверстиям 32 наконечника 30 согласно первому варианту осуществления. Часть 134 содержит выступающую резьбовую часть 134а, предназначенную для взаимодействия с ответной резьбой 136а, предусмотренной на части 136. Кроме того, части 134, 136 содержат соответственно тороидальные прокладки 134b, 136b для обеспечения герметичности соединяемых между собой обеих частей 134, 136 наконечника. Соединение наконечника 130 производят путем завинчивания двух частей 134, 136 друг в друга. Извлечение наконечника 130 осуществляют путем вывинчивания двух частей 134, 136 относительно друг друга, при этом вращение каждой части 134, 136 приводит к разрезанию затвердевшей смолы в инжекционных отверстиях 132. Части 134 и 136 могут иметь головки с рельефом соответствующей формы, совместимой с инструментом завинчивания/ отвинчивания, например, таким как крестообразный торцевой ключ.

На фиг. 5 показан наконечник 230 согласно другому варианту осуществления, содержащий оболочку 234, находящуюся на наружной периферии наконечника 230. Оболочка 234 является накачиваемым элементом, который в данном случае показан в спущенном состоянии. Таким образом, между оболочкой 234 и отверстием 272 остается зазор 280. Когда оболочку 234 накачивают, она заполняет зазор 280 и принимает форму отверстия 272, в которое она вставлена. В данном случае отверстие 272 является гладким цилиндрическим отверстием, однако понятно, что этот вариант осуществления является предпочтительным для отверстий неправильной формы. Оболочка содержит инжекционные отверстия 232, например, микроотверстия, для нагнетания смолы в полость радиально снаружи наконечника 230. Для извлечения наконечника 230 из отверстия 272 после затвердевания смолы достаточно спустить оболочку. Отверстия 232 оболочки 234 являются достаточно мелкими, чтобы можно было легко разорвать нити затвердевшей смолы в отверстиях 232.

В целом оболочку можно заменить любым элементом переменной геометрии, например, элементом с большим коэффициентом теплового расширения.

На фиг. 6 показан наконечник 330 согласно еще одному варианту осуществления, выполненный с возможностью формирования резьбового отверстия 372. Как показано в увеличенном виде на фиг. 6, наконечник 330 содержит множество шипов 332 с отверстиями, содержащих выступ 334 в данном случае в виде усеченного конуса, в котором просверлено отверстие 336, образующее инжекционное отверстие. Шипы 332 расположены на наружной поверхности наконечника 330 таким образом, чтобы воспроизводить бороздку резьбы. Таким образом, шипы 332 могут взаимодействовать с резьбой 378 ремонтируемого отверстия 372 как при введении наконечника 330 в отверстие 372, так и при его извлечении (обе операции производят путем завинчивания/вывинчивания наконечника 330 в отверстии 372). Кроме того, наконечник 330 содержит другие, не выступающие инжекционные отверстия 338.

Таким образом, в этом варианте осуществления наружная форма наконечника 330 не взаимодействует (не соответствует) точно с формой ремонтируемого отверстия 372, так как наконечник 330 не содержит резьбы как таковой, точно соответствующей резьбе 378. Иначе говоря, наконечник 330 имеет наружную форму, по существу соответствующую отверстию 372. По этой причине во время нагнетания смолы она может частично заполнять резьбу 378. В этом случае, благодаря форме шипов 332, извлечение наконечника 330 путем вывинчивания наконечника 330 из отверстия 372 позволяет восстанавливать резьбу 378 в отверстии. Таким образом, после извлечения наконечника 330 отверстие 372 сразу имеет необходимую форму и не требует дополнительной операции механической обработки. Кроме того, наконечник 330 может содержать средства для взаимодействия с инструментом, позволяющим создавать момент вращения наконечника 330, схваченного в затвердевшей смоле. Например, один конец наконечника 330 может быть выполнен для взаимодействия с таким инструментом.

Согласно варианту, наконечник 330 может содержать полностью выполненную резьбу, на которой предусмотрены не выступающие отверстия, подобные отверстиям 132, показанным на фиг. 4.

На фиг. 7А показан наконечник 430 согласно еще одному варианту осуществления, содержащий полый корпус 434 и кожух 436 одноразового использования (расходный кожух). Кожух 436 расположен вокруг полого корпуса 434. Полый корпус 434 и кожух 436 содержат отверстия, совмещенные таким образом, чтобы образовать инжекционные отверстия 432. После нагнетания и затвердевания смолы извлечение наконечника 430 из отверстия можно производить, разрушая по меньшей мере частично кожух 436, например, при помощи цилиндрической пилы 480, показанной на фиг. 7В. Разрушая только кожух 436, цилиндрическая пила 480 оставляет отверстию точную форму, которая ему была придана во время нагнетания кожухом 436, образующим наружную поверхность наконечника 430.

Согласно другому варианту осуществления, наконечник может содержать полый корпус, подобный полому корпусу 434, и сетку или пористый фильтр, окружающий наконечник. Сетка или пористый фильтр (например, содержащий микропоры) позволяет одновременно распространять равномерно смолу и способствует извлечению наконечника.

В версии описанных выше вариантов осуществления, если позволяет природа смолы, нагнетание можно производить в холодном состоянии.

Устройство 10 было представлено только с одним наконечником, но, разумеется, он может содержать несколько наконечников, при этом нагнетание смолы и/или создание вакуума в этом случае можно производить одновременно или раздельно.

Хотя изобретение было описано со ссылками на конкретные примеры осуществления, в эти примеры можно вносить изменения, не выходя за рамки общего объема изобретения, определенного в формуле изобретения. В частности, отдельные признаки различных представленных/упомянутых вариантов осуществления можно комбинировать в дополнительных вариантах осуществления. Следовательно, описание и чертежи можно рассматривать как иллюстративные, но неограничивающие.

Реферат

Группа изобретений относится к области обслуживания и ремонта деталей и, в частности, касается устройства и способа ремонта отверстия детали, в частности, из композиционного материала. Устройство для ремонта отверстия детали содержит емкость для смолы, инжекционный наконечник, соединенный с емкостью. Наконечник выполнен с возможностью введения в отверстие. Наконечник содержит по меньшей мере одно инжекционное отверстие, обеспечивающее нагнетание смолы по меньшей мере в одну полость, находящуюся вокруг наконечника. Наконечник выполнен с возможностью извлечения из отверстия после затвердевания смолы. Способ ремонта отверстия детали включает в себя введение в отверстие инжекционного наконечника, соединенного с емкостью и содержащего по меньшей мере одно инжекционное отверстие, и нагнетание смолы через инжекционное отверстие по меньшей мере в одну полость, расположенную вокруг наконечника. Кроме того, способ включает затвердевание смолы, при этом наконечник остается вставленным в отверстие, и извлечение наконечника из отверстия. Техническим результатом группы изобретений является повышение надежности, упрощения и воспроизводимости ремонта отверстий. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

Формула