CN103741240B - 一种具有气浮减摩功能的复合材料纤维双向导向合束装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有气动减摩功能的双向导向合束装置，该装置包括：双面导向体、下盖板、堵头、上盖板、进气接头，其中：双面导向体为整个装置的主体；上下盖板与双面导向体上下导向面的外侧的两端的安装斜面紧密固定在一起；堵头置于配气通道的端口，以实现对配气通道的密封；进气接头与双面导向体底部的进气通道连通，以将外部气源气体引入到双面导向体内部的气路通道中，实现对丝束降温和减摩。本发明提出的双向导向合束装置具有导向合束功能，能够气浮减摩，利用气体降温及实现辅助传送，还能够配合双向铺放。

Description

一种具有气浮减摩功能的复合材料纤维双向导向合束装置

技术领域

本发明涉及复合材料自动铺放成型技术领域，尤其是对于多束复合纤维丝束材料铺放成型过程。本发明主要用于对多束纤维丝束进行气浮减摩、降温、导向、收束及合束，使得来自不同方向不同数量的纤维丝束能够顺利通过导向通道，组合成分布均匀的纤维布匹。本发明具有对称结构，并可配合双向铺压辊使用，实现复合材料在模具表面的双向高速铺敷。

背景技术

复合材料具有高比强度、高比模量，耐疲劳，减振性好，工艺性好等优点，这些优点对飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用。同时在其他行业，如体育器材、船舶、高铁等领域，复合材料的用量也在日益增多。

对高曲率轮廓复材整体构件，如飞机机身段，以及其他诸如喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“C”形通道管等椭圆高曲率轮廓整体复材构件，使用复合材料自动铺带机设备将难以满足铺放制造的要求。复合材料自动铺丝机由于可以对多束窄条丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行独立切断控制，可铺放复杂的、甚至带窗口的曲面。因此，对于此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。

铺丝头前端的导向合束装置是铺丝机核心部件，担负着对多条纤维丝束的导向、收束、合束功能，保证来自不同方向不同角度的多条纤维丝束经过导向合束装置，顺利形成分布均匀、表面平整的纤维布匹，配合铺压辊，实现稳定的高质量铺放效果。

传统的导向合束装置只适用于单向铺丝机系统，铺放效率较低。本发明为了解决上述问题，采用双向对称结构，可适用于双向铺丝机系统，达到更高的铺放效率。

发明内容

本发明为了解决传统导向合束装置只适用于单向铺丝机系统，铺放效率较低的问题，提出一种具有气动减摩功能的双向导向合束装置。

本发明提出一种具有气动减摩功能的双向导向合束装置，该装置包括：双面导向体、下盖板、堵头、上盖板、进气接头，其中：

所述双面导向体为整个装置的主体；

所述上下盖板与双面导向体上下导向面的外侧的两端的安装斜面紧密固定在一起；

所述堵头置于配气通道的端口，以实现对配气通道的密封；

所述进气接头与双面导向体底部的进气通道连通，以将外部气源气体引入到双面导向体内部的气路通道中，实现对丝束降温的减摩。

本发明提出的双向导向合束装置具有导向合束功能，能够气浮减摩，利用气体降温及实现辅助传送，还能够配合双向铺放。

附图说明

图1A是本发明具有气浮减摩功能的复合材料双向导向合束装置的轴测图；

图1B是本发明具有气浮减摩功能的复合材料双向导向合束装置的侧视图；

图2是根据本发明一实施例的双面导向体的结构示意图；

图3是根据本发明一实施例的导向槽分段的结构示意图；

图4是根据本发明一实施例的上下导向槽的展开图；

图5是根据本发明一实施例的导气孔与配气孔连通的剖面图；

图6是根据本发明一实施例的双面导向体的侧视图；

图7是根据本发明一实施例的进气通道孔与配气通道连通的剖面图；

图8是根据本发明一实施例的上盖板和下盖板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1A是本发明具有气浮减摩功能的复合材料双向导向合束装置的轴测图；图1B是本发明具有气浮减摩功能的复合材料双向导向合束装置的侧视图；如图1A和图1B所示，所述具有气浮减摩功能的复合材料双向导向合束装置包括：双面导向体a、下盖板b、堵头c、上盖板d、进气接头e，其中：

所述双面导向体a为整个装置的主体，也是整个装置的核心部件，所有的导向、收束、合束、气浮减摩及丝束降温功能都是通过双面导向体a完成的，并可配合双向铺压头一同工作，实现对纤维丝束的双向铺放。

图2是根据本发明一实施例的双面导向体的结构示意图，如图2所示，所述双面导向体a底面的两端铣有平面a1，平面a1上开有通孔a2，所述平面a1作为第一安装面，通孔a2作为螺钉安装孔。通过螺钉将所述双面导向体a的第一安装面a1与外部固定安装架的安装面进行连接，从而将整个双面导向体a固定安装在外部固定安装架上，所述通孔a2的数量与大小与外部固定安装架上的螺纹孔的数量与大小相对应。

所述双面导向体a的上下导向面上开有矩形槽，分别为上导向槽a3-1和下导向槽a3-2，所述矩形槽的截面为矩形，其作为导向槽用来对纤维丝束的运行进行导向、收束及并束。

每条所述导向槽由下至上分为3段，第一段为导向段(上导向槽导向段a3-1/3，下导向槽导向段a3-2/3)，其开口大小、深度和间隔与丝束进入此导向槽前的导向装置的导向槽一致，如图3所示。经过重送和剪切装置后的丝束方向不加改变的通过此导向段，顺利进入对应槽位。通过导向槽的导向段对丝束的导向，可以做到对经过上游功能装置丝束产生最小的影响。

每条所述导向槽的第三段为合束段(上导向槽合束段a3-1/1，下导向槽合束段a3-2/1)，合束段的槽口之间相互平行，等间隔均匀分布。上导向槽合束段a3-1/1和下导向槽合束段a3-2/1之间错开一个导向槽的宽度，即间隔一个槽位，使得经过此段的纤维丝束正好交叉互补到相邻丝束的间隙中，在铺压头导引装置(该装置是铺压头的组成部分，不在本发明中展示)的作用下，最终组合成丝束平行分布、丝束之间间距均匀且完整的纤维布匹f，在铺压头的作用下，铺敷到模具表面。上下导向槽的展开图如图4所示。

每条所述导向槽的第二段为收束段(上导向槽收束段a3-1/2，下导向槽收束段a3-2/2)，收束段介于导向段和合束段之间，是丝束运行方向由宽向窄变化的过渡段。在此段，丝束完成了从丝束分立重送的分布宽度到最终成品所需宽度之间的转换。

合束段和导向段是相互平行的两段，收束段连接合束段和导向段，其槽开口深度和宽度与合束段和导向段一致，但是槽与槽相互之间不平行，而是具有一定倾斜度。

所述导向槽上开有多个导气孔，位于上导向槽的导气孔为上导气孔a4-1，位于下导向槽的导气孔为下导气孔a4-2，用于使具有一定压力的冷却气体通过导气孔进入导向槽，对经过导向槽的纤维丝束进行吹气。带有压力的气体在纤维丝束和导向槽之间形成一层气膜，使漂浮在气膜上的丝束沿导向槽滑行，起到降低摩擦，辅助丝束通过的作用。

通过导气孔的气体的温度低于纤维丝束的温度，在气体流动过程中，带走纤维丝束多余的热量，降低了复合纤维丝束的温度，控制了预浸在纤维丝束中的树脂的粘度，也保证了纤维丝束在导向槽内的通过性。

通过导气孔的气体压力和温度可调，可根据使用不同复合材料，不同树脂类型，不同的树脂预浸程度等条件，调整气体的压力和温度，达到最佳传送效果。

导气孔的数量和位置的设计与导丝槽的设计密切相关。在本发明一实施例中，导气孔开设在导向槽的收束段。

所述双面导向体a底面两端的内侧面上开有配气通道a5，所述配气通道a5与所有的导气孔连通，用于为导气孔提供一定流量、压力和温度的气源。每条配气通道a5包括：配气孔a5-1、内螺纹a5-2和沉孔a5-3，其中，所述配气孔a5-1为圆柱形通孔，贯穿所述双面导向体a的端面，上下导向槽上的导气孔a4-1和a4-2贯穿双面导向体的侧面，与配气孔a5-1连通，如图5所示。配气通道的孔径大于导气孔的孔径。具有一定压力和温度的气体通过配气孔后进入导向孔，进而进入导向槽，从而辅助纤维丝束在导向槽内顺利通行。

所述配气孔a5-1的两端加工有内螺纹a5-2，用于与堵头c进行螺纹连接，实现对配气孔两端的密封，保证气体能从配气孔流向导气孔。

所述配气孔a5-1的两端锪有与配气孔同轴的沉孔a5-3，沉孔a5-3的直径大于堵头c的外圆直径，端面垂直于配气孔，便于堵头c在沉孔a5-3内的安装。

所述双面导向体a上下导向面的外侧的两端铣有斜面，斜面上开有螺纹孔，位于双面导向体a上导向面的斜面为a6-1，对应开设的螺纹孔为a7-1，位于双面导向体a下导向面的斜面为a6-2，对应开设的螺纹孔为a7-2。

所述螺纹孔作为螺钉安装孔，斜面作为双面导向体的第二安装面，用于与上下盖板b和d进行螺纹连接，以通过螺钉将上下盖板b和d与双面导向体的安装斜面紧密固定在一起。

所述双面导向体a的底部两端开有斜面，与双面导向体a上部的斜面a6-1位于一侧的斜面为a8-1，与双面导向体a下部的斜面a6-2位于一侧的斜面为a8-2。斜面作为双面导向体a的第三安装面，与上游导向装置进行对接，使得丝束通过上游导向通道进入导向槽的导向段。

第三安装面的角度与上游导向装置的接触面角度一致，保证与上游导向装置的无缝连接和丝束的连续顺利传送。

所述双面导向体a的底部中间开有梯形凹槽a9，如图6所示，梯形凹槽a9的梯形顶面上开有进气通道。

所述梯形凹槽a9的设计是为了避免进气接头e与进气通道连接后对其他装置造成位置干涉。所述梯形凹槽a9同时还作为进气管路的走线通道使用。

所述进气通道与所有的配气通道a5连通，将外部具有一定温度和压力的气源气体引入配气通道a5。

每条进气通道包括：进气孔a10-1、内螺纹a10-2和沉孔a10-3。所述进气孔a10-1为圆柱形通孔，与配气孔a5-1相贯通，如图7所示。具有一定压力和温度的气体通过进气通道后进入配气通道，流入导向孔，进而进入导向槽，辅助纤维丝束顺利在导向槽内通行。

所述双面导向体a的顶部两端铣有平面a11，其作用是为了配合双向铺压头进行双向铺放运动预留的空隙，避免双向铺压头在铺放运动过程中与双面导向体接触干涉。

所述上盖板b和下盖板d具有与双面导向体的第二安装面完全一致的外形，如图8所示。上盖板b和下盖板d上开有与第二安装面上的螺纹孔位置和尺寸对应的通孔b1(d1)。使用螺钉进行螺纹连接，可将上盖板b、下盖板d与双面导向体的第二安装面紧密贴合，构成封闭的丝束导向通道，使得纤维丝束只能沿着双面导向体a的导向槽约束的方向运动。

所述堵头c置于配气通道a5的端口，以实现对配气通道a5的密封；

具体地，所述堵头c的结构类似于螺钉，其与配气孔a5-1两端加工的内螺纹a5-2配合使用，通过螺纹连接，实现对配气孔两端的密封，保证具有一定压力和温度的气体能从配气孔流向导气孔。

所述进气接头e为标准的快接接头。通过螺纹连接，可将进气接头e与进气通道进行连通，以方便快速地将外部气源气体引入到双面导向体内部的气路通道中，实现对丝束降温的减摩功能。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有气动减摩功能的双向导向合束装置，其特征在于，该装置包括：双面导向体、下盖板、堵头、上盖板、进气接头，其中：

所述双面导向体为整个装置的主体；

所述上下盖板与双面导向体上下导向面的外侧的两端的安装斜面紧密固定在一起；

所述堵头置于配气通道的端口，以实现对配气通道的密封；

所述进气接头与双面导向体底部的进气通道连通，以将外部气源气体引入到双面导向体内部的气路通道中，实现对丝束降温的减摩；

所述双面导向体底面的两端铣有平面，作为第一安装面，平面上开有通孔，作为螺钉安装孔，以通过螺钉将所述双面导向体固定安装在外部固定安装架上；

所述双面导向体的上下导向面上开有矩形槽，分别为上导向槽和下导向槽，作为导向槽用来对纤维丝束的运行进行导向、收束及并束；

所述矩形槽上开有多个导气孔，用于使具有一定压力的冷却气体进入导向槽，对经过导向槽的纤维丝束进行吹气，以降低摩擦，辅助丝束通过；

所述双面导向体底面两端的内侧面上开有配气通道，所述配气通道与所有的导气孔连通，用于为导气孔提供一定流量、压力和温度的气源；

所述双面导向体上下导向面的外侧的两端铣有斜面，斜面上开有螺纹孔，以通过螺钉将上下盖板与双面导向体的安装斜面紧密固定在一起；

所述双面导向体的底部两端开有斜面，作为双面导向体的第三安装面，与上游导向装置进行对接；

所述双面导向体的底部中间开有梯形凹槽，梯形凹槽的梯形顶面上开有进气通道，所述进气通道与所有的配气通道连通，将外部具有一定温度和压力的气源气体引入配气通道；

所述双面导向体的顶部两端铣有平面，以避免双向铺压头在铺放运动过程中与双面导向体接触干涉。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述矩形槽的截面为矩形。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向槽由下至上分为导向段、收束段和合束段，所述导向段用于对丝束进行导向。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述合束段的槽口之间相互平行，等间隔均匀分布。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上导向槽的合束段和下导向槽的合束段之间错开一个导向槽的宽度。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过导气孔的气体压力和温度可调。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每条配气通道包括：配气孔、内螺纹和沉孔，其中，所述配气孔为圆柱形通孔，贯穿所述双面导向体的端面，上下导向槽上的导气孔贯穿双面导向体的侧面，与配气孔连通；

所述配气孔的两端加工有内螺纹，用于与堵头进行螺纹连接，实现对配气孔两端的密封；

所述配气孔的两端锪有与配气孔同轴的沉孔，以安装堵头。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每条进气通道包括：进气孔、内螺纹和沉孔，所述进气孔与配气孔相贯通。