CN108327310A

CN108327310A - 一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法

Info

Publication number: CN108327310A
Application number: CN201711279190.5A
Authority: CN
Inventors: 董晓阳; 郭金海; 胡艳志; 姚盼; 杨坤好; 史文锋
Original assignee: Shanghai Composite Material Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Composite Material Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2018-07-27

Abstract

本发明提供了一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，包括车床系统和缠绕系统；车床系统包括机械主体和数控系统；机械主体包括机械主体基座，机械主体基座上端从左往右依次安装有机械主体外罩、壳体尾部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装，且所述复合壳体绝热层头部夹持工装一侧设有缠绕压辊，机械主体基座上顶面安装有Z向移动导轨、X向移动导轨、Z向移动导轨，缠绕系统包括缠绕系统基座。本发明通过圆柱体复合壳体绝热层自动布带缠绕设备的设计可以实现圆柱体复合壳体绝热层结构自动布带缠绕成型，同时多种方式缠绕工艺，并且可以实现不同角度的布带缠绕。

Description

一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及复合材料自动化成型技术领域，具体涉及一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法。

背景技术

由于复合材料具有高的比模量比强度，同时因其结构的设计与制造一体化的优势，使得复合材料在航空航天领域得到广泛应用。随着航空航天领域复合材料产品结构的可靠性及质量要求不断地提高，并且复合材料成型工艺技术不断地进步，对于复合材料成型中间环节的复合材料预制品的性能、可靠性、稳定性的要求越来越苛刻。复合壳体绝热层作为火箭发动机重要零部件，是影响火箭动力性能的关键。

复合壳体绝热层是指采用玻璃纤维增强复合材料通过布带缠绕成型制造的绝热层与金属材料加工制造的壳体通过胶黏剂的胶接固化成型。其中采用金属材料加工的复合壳体绝热层金属外壳加工制造方法已经实现了高成熟度的自动化；而采用玻璃纤维增强编织布成型的绝热层仍旧采用手工缠绕的方法，手工缠绕不仅生产效率低下，并且产品质量的稳定性差；同时，手工缠绕采用人工凭借感觉控制缠绕张力以及缠绕速度，无法精确控制，使得复合壳体绝热层容易导致内部凹槽等缺陷，大大增加了产品报废的风险。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备及其使用方法，通过设计复合壳体绝热层自动化缠绕设备，对缠绕厚度、以及缠绕张力、缠绕温度、缠绕速度等进行控制，同时避免了因人工操作带了的产品质量不稳定的风险，提高了复合壳体绝热层强度以及降低了产品制造成本。满足复合壳体绝热层产品高效低成本制造要求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，包括车床系统和缠绕系统；所述车床系统包括机械主体和数控系统；所述机械主体包括机械主体基座，所述机械主体基座上端从左往右依次安装有机械主体外罩、壳体尾部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装，且所述复合壳体绝热层头部夹持工装一侧设有缠绕压辊，所述机械主体基座上顶面安装有Z向移动导轨、X向移动导轨、Z向移动导轨，所述缠绕系统包括缠绕系统基座，所述缠绕系统基座呈L形，缠绕系统基座的水平面上安装有缠绕系统Z向移动导轨、缠绕系统X向移动导轨，缠绕系统基座的竖直平面的内侧从外往内依次安装有放卷辊、导向辊、热风系统，且所述放卷辊、导向辊上缠绕有布带，缠绕系统基座的竖直平面的外侧安装有与所述放卷辊相连的张力控制电机，所述缠绕系统Z向移动导轨、缠绕系统X向移动导轨上活动安装有一机械行走小车，该机械行走小车通过缠绕角度控制电机驱动。

优选地，所述复合壳体绝热层头部夹持工装滑接于所述Z向移动导轨上。

优选地，所述机械主体外罩内安装有用于驱动壳体尾部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装和缠绕压辊的驱动电机。

优选地，所述数控系统包括缠绕速度控制、进给量控制、缠绕角度控制。

本发明提供了一种圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备的使用方法，包括以下步骤：

S1、根据复合壳体绝热层的芯模尺寸以及复合壳体绝热层产品厚度计算所需预浸料布带用量；

S2、将预浸料安装到放卷辊上并固定；

S3、将复合壳体绝热层芯模安装到壳体尾部夹持工装上，采用壳体尾部夹持工装夹紧复合壳体绝热层芯模的尾部，移动复合壳体绝热层头部夹持工装夹紧工装并调节夹紧工装位置，调节复合壳体绝热层芯模轴线与机械主体Z轴平行，将头部夹紧工装固定；

S4、将布带放卷一定长度，沿着导向辊穿引布带至缠绕压辊，并将布带一端固定在芯模缠绕开始端；

S5、开启缠绕系统电源，调节缠绕系统Y轴电机，将布带轴线与复合壳体绝热层芯模轴线夹角调节为需要缠绕角度；

S6、开启缠绕系统张力调节电机，设置张力；

S7、开启热风系统，设置缠绕布带温度；

S8、设置缠绕系统缠绕速度以及缠绕长度；

S9、开启机械主体电机电源，压下压辊，旋转芯模，开始缠绕；

S10、当布带缠绕至芯模尾部，关闭Z向旋转电机电源，切断布带，移动缠绕系统至其实缠绕位置，重复S4、S9，直至缠绕厚度满足产品要求。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明设计的用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法，操作简便，能够根据工艺铺层设计的要求进行不同形式的布带缠绕，包括平行缠绕、平叠缠绕以及斜叠缠绕。

2、本发明设计的用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法，能够根据工艺铺层设计的要求进行不同角度的布带缠绕。

3、本发明设计的用于圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备及其使用方法，可以通过对布带缠绕张力以及缠绕速度的控制，保证复合壳体绝热层质量稳定性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为缠绕设备示意图；

图2为预缠绕过程示意图；

图3为缠绕完成示意图；

其中：1—驱动电机 2—机械主体外罩 3—数控系统 4—机械主体基座 5--Z向移动导轨 6—X向移动导轨 7—Z向移动导轨 8—复合壳体绝热层头部夹持工装 9—缠绕压辊 10—复合壳体绝热层芯模 11—壳体尾部夹持工装 12—导向辊 13—导向辊 14—放卷辊 15—张力控制电机 16—缠绕系统Z向移动导轨 17—缠绕系统X向移动导轨 18—缠绕角度控制电机 19—缠绕系统基座 20—布带 21—热风系统。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，其特征在于，包括车床系统和缠绕系统；所述车床系统包括机械主体和数控系统3；所述机械主体包括机械主体基座4，所述机械主体基座4上端从左往右依次安装有机械主体外罩2、壳体尾部夹持工装11、复合壳体绝热层头部夹持工装10、复合壳体绝热层头部夹持工装8，且所述复合壳体绝热层头部夹持工装10一侧设有缠绕压辊9，所述机械主体基座4上顶面安装有Z向移动导轨5、X向移动导轨6、Z向移动导轨7，所述缠绕系统包括缠绕系统基座19，所述缠绕系统基座19呈L形，缠绕系统基座19的水平面上安装有缠绕系统Z向移动导轨16、缠绕系统X向移动导轨17，缠绕系统基座19的竖直平面的内侧从外往内依次安装有放卷辊14、导向辊13、12、热风系统21，且所述放卷辊14、导向辊13、12上缠绕有布带20，缠绕系统基座19的竖直平面的外侧安装有与所述放卷辊14相连的张力控制电机15，所述缠绕系统Z向移动导轨16、缠绕系统X向移动导轨17上活动安装有一机械行走小车，该机械行走小车通过缠绕角度控制电机18驱动。

所述复合壳体绝热层头部夹持工装10滑接于所述Z向移动导轨7上。所述机械主体外罩2内安装有用于驱动壳体尾部夹持工装11、复合壳体绝热层头部夹持工装10、复合壳体绝热层头部夹持工装8和缠绕压辊9的驱动电机1。所述数控系统包括缠绕速度控制、进给量控制、缠绕角度控制。

本发明实施例还提供了一种圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备的使用方法，包括以下步骤：

S1、根据复合壳体绝热层的芯模尺寸以及复合壳体绝热层产品厚度计算所需预浸料布带用量。

δ为布带单层厚度，mm；w为布带缠绕宽度，mm；L为布带绕卷总长，mm；d₁为复合壳体绝热层毛坯圆直径，mm；d₂为复合壳体绝热层芯模外圆直径，mm；

S2、将单层厚度为0.2mm，裁剪宽度为25mm的总重10kg布带预浸料安装到放卷筒上并固定。

S3、将复合壳体绝热层芯模安装到壳体尾部夹持工装上，采用壳体尾部夹持工装夹紧复合壳体绝热层芯模的尾部30±5mm，移动复合壳体绝热层头部夹持工装夹紧工装并调节夹紧工装位置，调节复合壳体绝热层芯模轴线与机械主体Z轴平行，将头部夹紧工装固定在机械主体上。

S4、将布带放卷一定长度(3m)，沿着导向辊穿引布带至缠绕压辊，并将布带一端固定在芯模缠绕开始端(Z＝0mm位置)。

S5、开启缠绕系统电源380V，调节缠绕系统Y轴电机，将布带轴线与复合壳体绝热层芯模轴线夹角调节为缠绕角度45°。

S6、开启缠绕系统张力调节电机，设置张力20±2N。

S7、开启热风系统，设置缠绕布带温度50℃，热风温度160～175℃。

S8、设置缠绕系统缠绕速度8mm/s，缠绕长度960mm。

S9、开启机械主体电机电源，设置压辊压力0.30±0.02MPa；旋转芯模，芯模旋转速度直线段≤60r/min，锥段≤20r/min，开始缠绕,小车移动速度8±2mm/r。缠绕系统进给量根据公式计算。

μ为缠绕系统进给量，mm/r；Z为壳体芯模长度，mm；w为布带宽度，mm；ω为芯模旋转角速度，rad/min.

S10、当布带缠绕至芯模尾部(Z＝960mm)，关闭Z向旋转电机电源，切断布带，移动缠绕系统至起始缠绕位置，循环S4、S9总共10次，产品理论厚度2mm停止缠绕。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，其特征在于，包括车床系统和缠绕系统；所述车床系统包括机械主体和数控系统；所述机械主体包括机械主体基座，所述机械主体基座上端从左往右依次安装有机械主体外罩、壳体尾部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装，且所述复合壳体绝热层头部夹持工装一侧设有缠绕压辊，所述机械主体基座上顶面安装有Z向移动导轨、X向移动导轨、Z向移动导轨，所述缠绕系统包括缠绕系统基座，所述缠绕系统基座呈L形，缠绕系统基座的水平面上安装有缠绕系统Z向移动导轨、缠绕系统X向移动导轨，缠绕系统基座的竖直平面的内侧从外往内依次安装有放卷辊、导向辊、热风系统，且所述放卷辊、导向辊上缠绕有布带，缠绕系统基座的竖直平面的外侧安装有与所述放卷辊相连的张力控制电机，所述缠绕系统Z向移动导轨、缠绕系统X向移动导轨上活动安装有一机械行走小车，该机械行走小车通过缠绕角度控制电机驱动。

2.如权利要求1所述的一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，其特征在于，所述复合壳体绝热层头部夹持工装滑接于所述Z向移动导轨上。

3.如权利要求1所述的一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，其特征在于，所述机械主体外罩内安装有用于驱动壳体尾部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装、复合壳体绝热层头部夹持工装和缠绕压辊的驱动电机。

4.如权利要求1所述的一种用于圆柱体复合壳体绝热层自动连续缠绕设备，其特征在于，所述数控系统包括缠绕速度控制、进给量控制、缠绕角度控制。

5.一种如权利要求1所述的圆柱体复合壳体绝热层自动缠绕设备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、将预浸料安装到放卷辊上并固定；

S6、开启缠绕系统张力调节电机，设置张力；

S7、开启热风系统，设置缠绕布带温度；

S8、设置缠绕系统缠绕速度以及缠绕长度；

S10、当布带缠绕至芯模末端点，关闭Z向旋转电机电源，切断布带，移动缠绕系统至其实缠绕位置，重复S4、S9，直至缠绕厚度满足产品要求。