CN110450397A - 一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法。其中的成型装置包括相对设置的第一连接盘以及第二连接盘，第一连接盘的中部和第二连接盘的中部通过中心轴连接，第一连接盘和第二连接盘之间通过2N个个外压紧辊以及2N个内压紧辊连接，2N个外压紧辊绕中心轴等角度间隔设置在第一圆周上，2N个内压紧辊分成N个内压紧辊组，N个内压紧辊组绕中心轴等角度间隔设置在第二圆周上，第一圆周、第二圆周和中心轴同轴设置，第二圆周位于第一圆周内部，每个内压紧辊组均包括两个内压紧辊，每个内压紧辊组的两个内压紧辊间隔设置。本发明可实现含有较大正曲率和负曲率结构的异形复杂结构舱段外复合层布带的顺利缠绕成型，具有很好的实用性。

Description

一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，尤其涉及一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法。

背景技术

传统飞行器都为规则的筒形或者锥形结构，通常可采用规则的布带重叠缠绕、斜叠缠绕的方式直接缠绕成型。而对于大尺寸异性结构的舱段而言，其外形结构不规则导致产品表面存在较大的凸起或负曲率结构，在缠绕过程中，受预浸料粘度以及缠绕张力等因素影响，易出现预浸料与壳体间贴合差、脱粘分层等问题，无法顺利的成型防热层。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一方面，本发明提供了一种锥形舱段布带缠绕成型装置，所述成型装置包括：

相对设置的第一连接盘以及第二连接盘；

中心轴，所述第一连接盘的中部和所述第二连接盘的中部通过所述中心轴连接；

2N个外压紧辊以及2N个内压紧辊，所述第一连接盘和所述第二连接盘之间通过2N个个所述外压紧辊以及2N个所述内压紧辊连接，2N个所述外压紧辊绕所述中心轴等角度间隔设置在第一圆周上，2N个所述内压紧辊分成N个内压紧辊组，N个所述内压紧辊组绕所述中心轴等角度间隔设置在第二圆周上，所述第一圆周、所述第二圆周和所述中心轴同轴设置，所述第二圆周位于所述第一圆周内部，每个所述内压紧辊组均包括两个内压紧辊，每个所述内压紧辊组的两个所述内压紧辊间隔设置。

进一步地，所述成型装置还包括：

第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定设置在所述第一连接盘面向所述第二连接盘的一侧，所述第二连接段设置在所述第二连接盘面向所述第一连接盘的一侧，所述第一连接段和所述第二连接段之间具有距离，所述第一连接段和所述第二连接段位于所述第二圆周内。

另一方面，本发明还一种锥形舱段布带缠绕成型方法，所述锥形舱段包括本体，所述本体呈锥形，所述本体的周面上设置有N个凸台，N个所述凸台绕所述本体的中心轴等角度间隔设置；所述成型方法包括：

提供预浸布和权利要求1或2所述的成型工装，所述成型工装未装配N个内压紧辊组；

将所述锥形舱段固定安装在所述成型工装的中心轴上，且，所述锥形舱段设置在所述第一连接盘和所述第二连接盘之间，所述第一圆周的半径和所述凸台到所述本体的中心轴的半径相一致；

将所提供的预浸布缠绕在所述第一圆周上；

待预浸布缠绕成型后，将所述第一圆周上的所述外压紧辊拆卸，并在所述成型工装上装配N个内压紧辊组，通过N个内压紧辊组将成型后的所述预浸布压设在所述锥形舱段的周面上，形成复合层，每个所述内压紧辊组的两个所述压紧辊压设在所述锥形舱段的凸台的相对两侧；

真空预压所述复合层，使所述复合层和所述锥形舱段的周面贴合紧密；

真空预压处理后，将N个内压紧辊组拆除；

将所述复合层固化成型；

对固化成型后的所述复合层加工成需要的外形。

可选地，所述预浸布的种类为碳纤维预浸布、玻璃纤维预浸布或石英纤维预浸布。

进一步地，所述预浸布的宽度为40mm～130mm。

进一步地，将所提供的预浸布通过平缠、叠缠或斜缠的方式缠绕在所述第一圆周上；

进一步地，所述真空预压所述复合层，使所述复合层和所述锥形舱段的周面贴合紧密，具体包括：

采用整体外包或内外包覆的方式真空预压所述复合层，真空度要求不得大于-0.08MPa，并且关闭真空管路后，2min内真空不高于-0.08MPa为合格，包真空后预压温度不得超过70℃，时间控制在3h以内，保证所述复合层与所述锥形舱段的周面贴合紧密即可。

进一步地，所述将所述复合层固化成型，具体包括：

将所述复合层固化成型，固化过程中要求真空压力不得大于-0.08MPa，外压控制在3MPa以内。

进一步地，所述对固化成型后的所述复合层加工，以加工成需要的外形，具体包括：

采用机械加工的方式对固化成型后的所述复合层的外形加工，以加工成需要的外形。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法，可实现含有较大正曲率和负曲率结构的异形复杂结构舱段外复合层布带的顺利缠绕成型，具有很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种锥形舱段的截面结构示意图；

图2为本发明实施例的一种锥形舱段布带缠绕成型装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种锥形舱段布带缠绕成型方法的流程示意图；

图4为预浸布缠绕在第一圆周上的状态示意图；

图5为成型后的预浸布压设在锥形舱段的周面上的状态示意图；

图6为采用整体外包真空预压复合层的结构示意图；

图7为采用内外包覆真空预压复合层的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种锥形舱段的截面结构示意图，结合图1，该锥形舱段包括本体1，本体1呈锥形，本体1的周面上设置有4个凸台2，4个凸台2绕本体1的中心轴等角度间隔设置，这样，就在本体1的周面上的四个方向上设置了较大的凸台，形成了类十字异形结构，该结构主要特点在于4个较大的凸台2以及凸台2与本体1的周面间形成了较大的负曲率凹槽结构，传统的布带缠绕方法无法满足复合层与本体1的贴合，以及无法施加张力需求，且，复合层采用布带缠绕的方式成型难度很大。

因此，需对现有技术进行改进。

针对上述问题，本发明实施例首先提供了一种锥形舱段布带缠绕成型装置，图2为本发明实施例的一种锥形舱段布带缠绕成型装置的结构示意图，结合图2，该成型装置包括第一连接盘3以及第二连接盘4，第一连接盘3以及第二连接盘4相对设置，二者的中部通过中心轴5连接，第一连接盘3和第二连接盘4之间通过2N个个外压紧辊6以及2N个内压紧辊7连接，2N个外压紧辊6绕中心轴5等角度间隔设置在第一圆周上，2N个内压紧辊7分成N个内压紧辊组，N个内压紧辊组绕中心轴5等角度间隔设置在第二圆周上，第一圆周、第二圆周和中心轴5同轴设置，第二圆周位于第一圆周内部，每个内压紧辊组均包括两个内压紧辊7，每个内压紧辊组的两个内压紧辊间隔设置。

本发明实施例的外压紧辊是用于缠绕时的布带外支撑，要求2N个外压紧辊围成的形状的周长与舱段外形周长相同，以确定外支撑辊在连接盘上的位置；内压紧辊的作用在于：布带缠绕后，将预浸布压贴于锥形舱段的壳体表面，以满足舱段包真空固定要求，其位置应按照锥形舱段外形外扩缠绕复合层厚度的120％～150％进行设计。

进一步地，结合图2，该成型装置还包括第一连接段8和第二连接段9，第一连接段8固定设置在第一连接盘3面向第二连接盘4的一侧，第二连接段8设置在第二连接盘4面向第一连接盘3的一侧，第一连接段8和第二连接段9之间具有距离，该距离和锥形舱段的长度相一致，第一连接段8和第二连接段9位于第二圆周内，第一连接段8和第二连接段9的作用在于扩大布带的缠绕长度，进一步提高预浸布在锥形舱段的壳体表面的压贴效果。

基于上述锥形舱段布带缠绕成型装置，本发明实施例还提供了一种锥形舱段布带缠绕成型方法，图3为本发明实施例的一种锥形舱段布带缠绕成型方法的流程示意图，结合图3，该成型方法包括：

S1：提供预浸布和权利要求1或2的成型工装：

具体地，本发明实施例的预浸布，其宽度可为40mm～130mm，其种类可以为碳纤维预浸布、玻璃纤维预浸布或石英纤维预浸布，而成型工装并未装配N个内压紧辊组，成型工装的结构如图3所示。

S2：将锥形舱段固定安装在成型工装的中心轴5上，且，锥形舱段设置在第一连接盘8和第二连接盘9之间，第一圆周的半径和凸台2到本体1的中心轴的半径相一致。

S3：将所提供的预浸布缠绕在第一圆周上，该缠绕方式可以为平缠、叠缠以及斜缠中的一种，示意图如图4所示；。

S4：待预浸布缠绕成型后，将第一圆周上的外压紧辊6拆卸，并在成型工装上装配N个内压紧辊组，通过N个内压紧辊组将成型后的预浸布压设在锥形舱段的周面上，形成复合层，每个内压紧辊组的两个压紧辊7压设在锥形舱段的凸台2的相对两侧，如图5所示。

实际操作时，要求每拆除一个外支撑辊，立刻通过与其最近的内压紧辊进行替换，替换后尽量将布带褶皱压平，直至全部的外支撑辊和内压紧辊替换完毕，不许一次拆除多根或全部外支撑辊后再替换内压紧辊，并避免复合层错位、变形甚至垮塌。

S5：真空预压复合层，使复合层和锥形舱段的周面贴合紧密：

具体操作时，采用整体外包(图6所示)或内外包覆(图7所示)的方式真空预压复合层，真空度要求不得大于-0.08MPa，并且关闭真空管路后，2min内真空不高于-0.08MPa为合格，包真空后预压温度不得超过70℃，时间控制在3h以内，保证复合层与锥形舱段的周面贴合紧密即可。

复合层预压后，拆除包真空材料，检查产品表面质量，要求复合层与锥形舱段的表面贴合紧密，不得有较大的褶皱、断层、凹陷、间隙等明显缺陷；而如局部存在布带滑移导致复合层厚度偏薄现象，则对其偏薄的部位进行缠绕修补，保证复合层厚度要求，然后，再进行一次包真空预压，以保证真空预压的质量。

S6：真空预压处理后，将N个内压紧辊组拆除；

S7：将复合层固化成型，具体操作时，复合层可以在烘箱、热压罐或其他固化炉中进行，固化过程中要求真空压力不得大于-0.08MPa，外压控制在3MPa以内。

S8：对固化成型后的复合层加工成需要的外形，具体操作时，可以采用机械加工的方式对固化成型后的复合层的外形加工，以加工成需要的外形。

综上所述，通过本发明实施例所提供的一种锥形舱段布带缠绕成型装置和成型方法，明确了工装设计要求、缠绕成型思路和控制过程，可实现含有较大正曲率和负曲率结构的异形复杂结构舱段外复合层布带的顺利缠绕成型，具有很好的实用性。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种锥形舱段布带缠绕成型装置，其特征在于，所述成型装置包括：

相对设置的第一连接盘以及第二连接盘；

中心轴，所述第一连接盘的中部和所述第二连接盘的中部通过所述中心轴连接；

2N个外压紧辊以及2N个内压紧辊，所述第一连接盘和所述第二连接盘之间通过2N个个所述外压紧辊以及2N个所述内压紧辊连接，2N个所述外压紧辊绕所述中心轴等角度间隔设置在第一圆周上，2N个所述内压紧辊分成N个内压紧辊组，N个所述内压紧辊组绕所述中心轴等角度间隔设置在第二圆周上，所述第一圆周、所述第二圆周和所述中心轴同轴设置，所述第二圆周位于所述第一圆周内部，每个所述内压紧辊组均包括两个内压紧辊，每个所述内压紧辊组的两个所述内压紧辊间隔设置。

2.根据权利要求1所述的锥形舱段布带缠绕成型装置，其特征在于，所述成型装置还包括：

第一连接段和第二连接段，所述第一连接段固定设置在所述第一连接盘面向所述第二连接盘的一侧，所述第二连接段设置在所述第二连接盘面向所述第一连接盘的一侧，所述第一连接段和所述第二连接段之间具有距离，所述第一连接段和所述第二连接段位于所述第二圆周内。

3.一种锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，所述锥形舱段包括本体，所述本体呈锥形，所述本体的周面上设置有N个凸台，N个所述凸台绕所述本体的中心轴等角度间隔设置；所述成型方法包括：

提供预浸布和权利要求1或2所述的成型工装，所述成型工装未装配N个内压紧辊组；

将所述锥形舱段固定安装在所述成型工装的中心轴上，且，所述锥形舱段设置在所述第一连接盘和所述第二连接盘之间，所述第一圆周的半径和所述凸台到所述本体的中心轴的半径相一致；

将所提供的预浸布缠绕在所述第一圆周上；

待预浸布缠绕成型后，将所述第一圆周上的所述外压紧辊拆卸，并在所述成型工装上装配N个内压紧辊组，通过N个内压紧辊组将成型后的所述预浸布压设在所述锥形舱段的周面上，形成复合层，每个所述内压紧辊组的两个所述压紧辊压设在所述锥形舱段的凸台的相对两侧；

真空预压所述复合层，使所述复合层和所述锥形舱段的周面贴合紧密；

真空预压处理后，将N个内压紧辊组拆除；

将所述复合层固化成型；

对固化成型后的所述复合层加工成需要的外形。

4.根据权利要求3所述的锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，所述预浸布的种类为碳纤维预浸布、玻璃纤维预浸布或石英纤维预浸布。

5.根据权利要求3所述的锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，所述预浸布的宽度为40mm～130mm。

6.根据权利要求3所述的锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，将所提供的预浸布通过平缠、叠缠或斜缠的方式缠绕在所述第一圆周上。

7.根据权利要求3所述的锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，所述真空预压所述复合层，使所述复合层和所述锥形舱段的周面贴合紧密，具体包括：

采用整体外包或内外包覆的方式真空预压所述复合层，真空度要求不得大于-0.08MPa，并且关闭真空管路后，2min内真空不高于-0.08MPa为合格，包真空后预压温度不得超过70℃，时间控制在3h以内，保证所述复合层与所述锥形舱段的周面贴合紧密即可。

8.根据权利要求3所述的锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，所述将所述复合层固化成型，具体包括：

将所述复合层固化成型，固化过程中要求真空压力不得大于-0.08MPa，外压控制在3MPa以内。

9.根据权利要求3所述的锥形舱段布带缠绕成型方法，其特征在于，所述对固化成型后的所述复合层加工，以加工成需要的外形，具体包括：

采用机械加工的方式对固化成型后的所述复合层的外形加工，以加工成需要的外形。