[發(fā)明專利]一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料帶纏繞包覆成型裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN111805936A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何曉東;楊時(shí)新;李花蓮;李海青;宋晗;岳鎖國
• 申請（專利權(quán)）人: 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C70/30
• 分類號(hào): B29C70/30
• 代理公司: 南京智造力知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32382
• 代理人: 馮燕平

本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料帶纏繞包覆成型裝置及方法，包括底座、纏繞部和導(dǎo)向部；本發(fā)明通過纏繞頭在多根具有一定寬度的經(jīng)紗并排而成的經(jīng)紗帶上纏繞包覆緯紗，使其復(fù)合成型為在經(jīng)、緯方向均能承受拉力的纖維帶，改變經(jīng)紗的根數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同寬度纖維帶的生產(chǎn)。本發(fā)明采用可變速導(dǎo)向輥，導(dǎo)向輥上的滾輪可以相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)滾輪對應(yīng)一根經(jīng)紗，可以解決經(jīng)紗速度不同的問題。本發(fā)明可以滿足多根經(jīng)紗不同速度的要求，利用其纏繞包覆纖維復(fù)合成的纖維帶可以適應(yīng)具有不同錐度的模具并能緊密包絡(luò)在模具表面或上一層纏繞層上，適應(yīng)性更廣。同時(shí)，利用此方法以及裝置生產(chǎn)的纖維帶幾乎無損傷，生產(chǎn)效率高，可以極大提高復(fù)合材料產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料帶纏繞成型制造領(lǐng)域，尤其涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料帶纏繞包覆成型裝置及方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度、高比模量以及質(zhì)量輕等優(yōu)異的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、化工及土木工程等領(lǐng)域。復(fù)合材料在多領(lǐng)域中應(yīng)用的首要條件是復(fù)合材料的成型制造，纏繞成型制造是復(fù)合材料成型制造的方法之一，該方法被廣泛應(yīng)用于圓柱管、錐形或近似錐形的回轉(zhuǎn)體零件的成型制造中。

復(fù)合材料纏繞成型制造方法是將復(fù)合材料帶纏繞在模具表面形成預(yù)制品，然后再固化脫模。斜纏繞是復(fù)合材料纏繞成型制造工藝的一種，與其他纏繞工藝相比較，斜纏繞工藝可以應(yīng)用于管類、錐型等多種零件的成型過程，同時(shí)可以靈活選擇纏繞方向，其工藝適用性更廣。在利用斜纏繞工藝將復(fù)合材料預(yù)浸帶纏繞至錐形芯模上形成預(yù)制品的過程中，如何讓復(fù)合材料帶緊密包絡(luò)在模具表面或上一層纏繞層上是一個(gè)關(guān)鍵問題，若復(fù)合材料帶層間不緊密包絡(luò)會(huì)出現(xiàn)褶皺或孔隙等缺陷，這些缺陷會(huì)直接導(dǎo)致復(fù)合材料制品的質(zhì)量和性能有所下降。

為了解決復(fù)合材料帶緊密包絡(luò)在模具表面或上一層纏繞層上且不產(chǎn)生褶皺這一關(guān)鍵問題，現(xiàn)有技術(shù)有如下三種方法：

一是可變形斜裁布帶。為實(shí)現(xiàn)預(yù)浸帶的變形能力，斜纏繞過程采用沿預(yù)浸樹脂纖維編織布的經(jīng)線45°角方向裁剪工藝，制成斷續(xù)短纖維組成的斜裁預(yù)浸帶。這種方法裁剪的布帶不連續(xù)，需要滿足斜纏繞延展變形率的要求，復(fù)合材料預(yù)制品中存在多個(gè)接頭，纏繞效率較低，預(yù)浸帶變形穩(wěn)定性差。

二是采用剛性錐壓輥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)浸帶的變形。通過對預(yù)浸帶施加纏繞壓力及張力，由剛性錐壓輥使預(yù)浸帶碾展變形，從而獲得能夠適應(yīng)斜向纏繞面的預(yù)浸帶形狀。但是，剛性錐壓輥系統(tǒng)沿用自平行、平疊纏繞工藝，僅適用于小纏繞角制品的成型工藝。制品纏繞角的增大或纏繞制品半徑減小時(shí)，需要增大壓輥半錐角及以滿足斜纏繞工藝的延展變形率要求，需要采用不同的錐壓輥，增大了工藝的復(fù)雜程度。斜纏繞剛性錐壓輥系統(tǒng)在大纏繞角及尺寸變化范圍大的斜纏繞制品應(yīng)用中，存在諸多的局限，依賴于人工操作，影響了生產(chǎn)效率及合格率。

三是采用差速變形系統(tǒng)、開卷調(diào)速系統(tǒng)組成預(yù)浸帶柔性變形系統(tǒng)。開卷調(diào)速系統(tǒng)基于當(dāng)前纏繞速度將預(yù)浸帶輸送至差速變形系統(tǒng)；差速輪陣列為差速變形系統(tǒng)的關(guān)鍵，根據(jù)纏繞角及模具尺寸等信息，沿預(yù)浸帶寬度方向完成多點(diǎn)調(diào)速控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)浸帶的準(zhǔn)確變形。該方法如剛性錐壓輥系統(tǒng)一樣依靠碾展預(yù)浸帶使其變形，因差速變形系統(tǒng)中的差速輪陣列速度可調(diào)，與剛性錐壓輥系統(tǒng)相比適應(yīng)性廣、穩(wěn)定性好，但碾展會(huì)對預(yù)浸帶造成損傷，生產(chǎn)的復(fù)合材料產(chǎn)品內(nèi)部存在隱患。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料帶纏繞包覆成型裝置及方法，通過纏繞頭在多根具有一定寬度的經(jīng)紗并排而成的經(jīng)紗帶上纏繞包覆緯紗，使其復(fù)合成型為在經(jīng)、緯方向均能承受拉力的纖維帶，改變經(jīng)紗的根數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同寬度纖維帶的生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料纖維帶緊密包絡(luò)在模具上，要求纏繞在錐形模具上的復(fù)合材料纖維帶的每一根經(jīng)紗速度不同，本發(fā)明采用可變速導(dǎo)向輥，導(dǎo)向輥上的滾輪可以相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)滾輪對應(yīng)一根經(jīng)紗，可以解決經(jīng)紗速度不同的問題。