一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備的製作方法

2023-04-24 20:39:36

專利名稱：一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備，屬於複合材料製備設備技術領域。
背景技術：
現有複合材料筒形結構主要採用兩種成型工藝，一種為採用預浸料手工鋪層成型工藝；一種為纖維纏繞成型工藝。預浸料手工鋪層成型工藝鋪層角度精度低、鋪層質量不穩定、成型效率較低；纖維纏繞成型工藝成型筒形結構時纏繞範圍受限制，不能進行局部纏繞；纖維纏繞成型工藝成型角度受限制，不能進行小角度纏繞；纖維纏繞成型工藝需要帶封頭纏繞，存在纖維浪費。自動鋪帶技術起源於20世紀60年代，第一臺計算機全自動控制鋪帶機由General Dynamics公司和Conrac公司合作完成，用於鋪放戰鬥機的複合材料機翼部件。自動鋪帶技術採用帶有隔離背襯紙的預浸帶，其剪裁、定位、鋪疊均採有數控技術完成，具有鋪層角度精度高、鋪層效率高、可以進行局部鋪層等特點。隨著複合材料用量的增加，專業設備製造商(如Cincinnati Machine.Ingersoll 公司)在國防需求和經濟利益的驅動下開始研製自動鋪帶設備，專業化後形成自己的智慧財產權(全世界自動鋪帶機的70餘項專利中有40餘項為設備製造商擁有)，如自適應壓靴技術、輔助壓輥技術、自適應跟蹤技術、鋪放質量在線檢測與控制技術等；尤其在Natural path(自然路徑)軌跡規劃等軟體技術方面有了長足進步。自動鋪帶技術日趨完善，應用越來越廣泛。帶有雙超聲切割刀和縫隙光學探測器的10軸鋪帶機已經成為典型配置，鋪帶寬度最大達到300mm、生產效率達到2^g/h，是手工鋪疊的數倍。經過30多年發展，美國自動鋪帶機已經發展到第五代；其中一個重要方向是多鋪放頭和針對特定構件的專用化，以提高生產效率和產品質量。歐洲上世紀90年代開始研製生產自動鋪帶機，不斷創新，重在實現高效、多功能化，包括雙頭兩步法(Frest-line公司)、多帶平行鋪放和超聲切割複合化 (M-torres 公司)等。國外自動鋪帶機多用於平面及近平面等非迴轉體機構的鋪放成型，通常採用龍門式結構，而用於迴轉體結構生產的自動鋪帶機尚未見諸報導。

實用新型內容本實用新型技術解決的問題是克服現有技術的不足，提供一種能實現提高大型複合材料結構的鋪層精度和產品質量，大幅度提高複合材料筒段的製造效率的一種自動鋪帶成型設備。本實用新型的技術解決方案是一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備，包括工具機、筒形結構模具、和主軸，還包括自動鋪帶裝置和小車，所述的自動鋪帶裝置包括自動鋪帶頭、鋪帶頭旋轉軸和鋪帶頭伸臂，鋪帶頭伸臂安裝在小車上，鋪帶頭旋轉軸一端與鋪帶頭伸臂連接、另一端與自動鋪帶頭連接，小車上安裝使小車水平橫向移動的運動裝置，鋪帶頭伸臂上安裝使鋪帶頭伸臂在小車上水平前後移動的運動裝置，鋪帶頭旋轉軸上安裝使鋪帶頭旋轉軸旋轉的運動裝置。所述的自動鋪帶頭包括預浸帶存儲裝置、超聲切割系統、預浸帶測量系統、主壓實系統、輔壓實系統和離型紙/膜收卷系統；預浸帶在自動鋪帶頭預浸帶存儲裝置處開卷後， 依次經過超聲切割系統、預浸帶測量系統、主壓實系統、輔壓實系統，直至離型紙/膜收卷系統。所述的小車上安裝高度調節機構。本實用新型與現有技術相比有益效果為(1)本實用新型通過自動鋪帶頭、鋪帶頭旋轉軸、鋪帶頭伸臂和小車，使鋪帶頭三維方向上的自由移動，實現筒形結構複合材料自動鋪帶；(2)本實用新型自動鋪帶的鋪層角度範圍為0° 70°，可以實現筒形結構多角度自動鋪帶成型；(3)採用本實用新型能成型的筒形結構直徑範圍為Φ IOOOmm Φ 2500mm，適用於大尺寸複合材料筒體的成型；(4)本實用新型採用帶有隔離背襯紙的預浸帶，預浸帶的寬度為75mm 300mm，可以大幅度提高複合材料筒段的製造效率；(5)本實用新型採用臥式布局，相對於國外常用的龍門式自動鋪帶機，具有製造成本較低、構件模具裝卸便捷的特點。

圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型自動鋪帶頭結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型如圖1所示，包括工具機、筒形結構模具1、主軸2、自動鋪帶裝置和小車 6。自動鋪帶裝置包括自動鋪帶頭3、鋪帶頭旋轉軸4和鋪帶頭伸臂5，鋪帶頭伸臂5安裝在小車6上，鋪帶頭旋轉軸4 一端與鋪帶頭伸臂5連接、另一端與自動鋪帶頭3連接，小車6 上安裝使小車水平橫向移動的運動裝置(例如絲槓結構等)，鋪帶頭伸臂5上安裝使鋪帶頭伸臂5在小車6上水平前後移動的運動裝置(例如滑軌、或絲槓等結構)，鋪帶頭旋轉軸4 上安裝使鋪帶頭旋轉軸4旋轉的運動裝置。筒形結構模具1安裝於工具機之上，並與工具機主軸2連接，依靠工具機主軸轉動實現工件的旋轉。主軸2實現工件的旋轉，筒形結構模具依靠主軸2夾持，實現筒形結構模具的迴轉及精確定位功能。自動鋪帶頭3如圖2所示，包括預浸帶存儲裝置7、超聲切割系統8、預浸帶測量系統9、主壓實系統10、輔壓實系統11和離型紙/膜收卷系統12。預浸帶在鋪帶頭3預浸帶存儲裝置7處開卷後，依次經過超聲切割系統8、預浸帶測量系統9、主壓實系統10、輔壓實系統11，直至離型紙/膜收卷系統12。具體的安裝位置可以參見圖2的形式，當然也可以採用其他位置形式，只要按照上述順序進行安裝即可，一般通過主壓實系統10位置處實現將預浸帶鋪覆在筒體表面。上述結構都為目前現有結構，可以購買。例如圖2中的主壓實系統10可以採用壓輥、氣缸和連接壓輥與氣缸的軸的結構，輔壓實系統11與主壓實系統10 相比多了一個彈簧調節機構，用於調整預緊帶在壓輥上的預緊力。自動鋪帶頭3通過小車6的移動，帶動自動鋪帶頭3運動，並將預浸帶鋪覆在筒體表面，通過超聲切割系統8將預浸帶在兩端切斷，通過離型膜、離型紙收卷系統12將離型紙、離型膜自動回收。鋪帶頭旋轉軸4實現自動鋪帶頭3的旋轉及定位，通過自動鋪帶頭3的旋轉，實現不同的鋪帶角度，本設備鋪帶角度能夠實現的範圍為0° 70°。鋪帶頭伸臂5實現自動鋪帶頭3的前、後移動，用於調節自動鋪帶頭3與芯模的距離。通過調節距離，自動鋪帶適用的筒形結構直徑範圍為ΦΙΟΟΟπιπι Φ2500πιπι。小車6實現自動鋪帶頭3的橫向移動，上安裝高度調節機構。小車通過帶動自動鋪帶頭實現預浸帶的橫向自動鋪帶功能。通過調節小車的移動速度，自動鋪帶的速度調節範圍為0 40m/min。本實用新型未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求1.一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備，包括工具機、筒形結構模具(1)、和主軸(2)，其特徵在於還包括自動鋪帶裝置和小車(6)，所述的自動鋪帶裝置包括自動鋪帶頭(3)、鋪帶頭旋轉軸(4)和鋪帶頭伸臂(5)，鋪帶頭伸臂(5)安裝在小車(6)上，鋪帶頭旋轉軸(4) 一端與鋪帶頭伸臂( 連接、另一端與自動鋪帶頭C3)連接，小車(6)上安裝使小車水平橫向移動的運動裝置，鋪帶頭伸臂(5)上安裝使鋪帶頭伸臂(5)在小車(6)上水平前後移動的運動裝置，鋪帶頭旋轉軸(4)上安裝使鋪帶頭旋轉軸(4)旋轉的運動裝置。
2.根據權利要求1所述的一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備，其特徵在於所述的自動鋪帶頭(3)包括預浸帶存儲裝置(7)、超聲切割系統(8)、預浸帶測量系統(9)、主壓實系統(10)、輔壓實系統(11)和離型紙/膜收卷系統(12)；預浸帶在自動鋪帶頭(3)預浸帶存儲裝置(7)處開卷後，依次經過超聲切割系統(8)、預浸帶測量系統(9)、主壓實系統 (10)、輔壓實系統(11)，直至離型紙/膜收卷系統(12)。
3.根據權利要求1所述的一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備，其特徵在於所述的小車(6)上安裝高度調節機構。
專利摘要一種筒形結構複合材料自動鋪帶成型設備，包括工具機、筒形結構模具、主軸、自動鋪帶裝置和小車，自動鋪帶裝置包括自動鋪帶頭、鋪帶頭旋轉軸和鋪帶頭伸臂，鋪帶頭伸臂安裝在小車上，鋪帶頭旋轉軸一端與鋪帶頭伸臂連接、另一端與自動鋪帶頭連接，小車上安裝使小車水平橫向移動的運動裝置，鋪帶頭伸臂上安裝使鋪帶頭伸臂在小車上水平前後移動的運動裝置，鋪帶頭旋轉軸上安裝使鋪帶頭旋轉軸旋轉的運動裝置。
文檔編號B32B37/10GK202114987SQ20112023678
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月6日 優先權日2011年7月6日
發明者劉偉, 孫宏傑, 張建寶, 張蕾, 林松, 王俊鋒, 範佳, 趙文宇, 郝衛 申請人:航天材料及工藝研究所