CN114131951A - 一种复合式缠绕成型设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种复合式缠绕成型设备，包括龙门架，纱架，干、湿法缠绕小车，热塑缠绕小车，干、湿法缠绕装置以及热塑缠绕装置。其中纱架分侧面提供对应各类型纱团的载具及配套的张力适配单元，通过龙门架配合对应不同缠绕工艺的小车和缠绕装置切换所需的缠绕作业。应用本发明该复合式缠绕成型设备将湿法缠绕、干法缠绕、热塑缠绕多种功能有机结合于一台设备，结合不同位置张力、压力、温度的实时监控，提高了设备使用率，节约了设备放置空间，节省了设备投资成本。

Description

一种复合式缠绕成型设备

技术领域

本发明涉及一种工业复合材料成型设备，尤其涉及一种多功能复合，同时满足干法、湿法和热塑缠绕需求的成型设备。

背景技术

缠绕成型为复合材料一种常见的成型方式。根据基体树脂受热时是否发生化学变化，可将基体树脂分为热塑性树脂和热固性树脂。根据缠绕时基体树脂物理化学状态的不同，可分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕。

目前湿法缠绕成型设备已经普及，但是干法缠绕成型设备、热塑缠绕成型设备的研制还处于起步阶段，更未见有能同时实现干法、湿法、热塑缠绕的多功能缠绕成型设备的相关研究和成品设备。而不同工艺的缠绕成型设备同时铺设于有限的作业场景中，占据空间较多，很大程度上压缩了通道空间。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种复合式缠绕成型设备，解决一台设备满足多功能缠绕工艺的问题。

本发明实现上述目的的技术解决方案是，一种复合式缠绕成型设备，其特征在于包括：

龙门架，设有适于工件安装的夹床及线性的Y轴轨道；

纱架，位于龙门架外侧且两侧面设有对应各类型纱团的载具，且载具由伺服电机驱动并配设有张力适配单元；

干、湿法缠绕小车，设于龙门架与纱架之间，且沿纱线递送方向依次设有湿法缠绕的胶槽、胶辊、刮胶辊，共用的过纱杆、弹簧张力器及干法缠绕的加热器；

热塑缠绕小车，设于龙门架与纱架之间，且沿纱线递送方向依次设有四个展纱辊；

干、湿法缠绕装置，接设于龙门架的滑车并沿Y轴轨道可调定位，且伸臂于丝嘴外依次设有纱梳、过纱杆和展纱器；

以及热塑缠绕装置，接设于龙门架的滑车并沿Y轴轨道可调定位，且设有激光加热器和加压辊。

应用本发明的一体机方案，具备显著的进步性：该方案成型设备将湿法缠绕、干法缠绕、热塑缠绕多种功能有机结合于一台设备，结合不同位置张力、压力、温度的实时监控，提高了设备局部构成部分的使用率，节约了设备放置空间，节省了设备投资成本。

附图说明

图1是本发明复合式缠绕成型设备的总装结构示意图。

图2是图1所示缠绕成型设备中纱架一侧面的结构示意图。

图3是图1所示缠绕成型设备中纱架另一侧面的结构示意图。

图4是图1所示缠绕成型设备中干、湿法缠绕小车的细节结构示意图。

图5是图1所示缠绕成型设备中热塑缠绕小车的细节结构示意图。

图6是图1所示缠绕成型设备中干、湿法缠绕装置的细节结构示意图。

图7是图1所示缠绕成型设备中热塑缠绕装置的细节结构示意图。

具体实施方式

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

本发明设计者针对现有缠绕成型设备功能单一、不同工艺类型设备占据空间较大等诸多不足，仰赖于长期的产线经验，创新提出了一种湿法、干法、热塑功能复合的一体化缠绕成型设备，可广泛适用于各种缠绕成型制品，高效率、高品质地缠绕成型产品。

该复合式缠绕成型设备从技术概述来看，如图1至图7所示其包括以下若干主要构件单元：一、龙门架1，设有适于工件2安装的夹床11及线性的Y轴轨道12；二、纱架3，位于龙门架1外侧且两侧面设有对应各类型纱团的载具，其中载具31由伺服电机驱动并配设有张力适配单元（未图示）；三、干、湿法缠绕小车4，设于龙门架1与纱架3之间，且沿纱线递送方向依次设有湿法缠绕的胶槽42、胶辊43、刮胶辊44，共用的第一过纱杆45、弹簧张力器46、干法缠绕的加热器47和第二过纱杆48；四、热塑缠绕小车5，设于龙门架1与纱架3之间，且沿纱线递送方向依次设有四个展纱辊51~54；五、干、湿法缠绕装置6，接设于龙门架1的滑车121并沿Y轴轨道可调定位，伸臂62与滑车121底部所设滑轨621线性滑配装接且伸臂62于丝嘴61外依次设有纱梳63、过纱杆64和展纱器65；以及六、热塑缠绕装置7，接设于龙门架1的滑车122并沿Y轴轨道可调定位，且设有激光加热器71和加压辊72。

由图示可见，作为当前较为普及的湿法缠绕成型设备中不可或缺的龙门架、夹床、纱架及对应的小车和缠绕装置，其中绝大部分构件具有通用性，即使较之于干法缠绕或热塑缠绕在工艺上相区别，部分构件也能通过结构优化、改良或增减构件而实现。因此，本发明复合设备的提出，首要考虑的是不同缠绕工艺下可共用的构件针对性地提升利用率，并在已有湿法缠绕成型设备基础上通过构件单元的添置及组合复用，使最终所得的成型设备同时满足湿法、干法和热塑缠绕各工艺的加工要求。作为多功能复合的可实现性，上述两种小车和两种装置具有可移动性，在纱线递送路径中可根据缠绕工艺要求自由切换及定位。而对应不同缠绕工艺，该缠绕成型设备从纱架及其中载具到小车、缠绕装置分别进行了结构上的优化。

以下便结合各部分单独拆分的图示，来逐一描述各部分构件的细节结构、连接关系及功能实现。

一者、如图1所示，上述龙门架对应干、湿法缠绕工艺通过相关联的夹床、主轴以及干、湿法缠绕装置实现；并设为四轴联动机构，包括夹床11中的主轴绕X轴旋转运动，滑车沿Y轴轨道直线往复运动，伸臂沿Z轴直线往复运动和丝嘴绕水平U轴旋转运动。其中主轴主要对应工件2的活动性，工件由床头的三爪夹盘带动旋转，尾架与主轴同步转动操作、带动工件按预设速度转动，以迎合纱线在本体上分布性缠绕；Y轴轨道主要用于控制纱线缠绕的分布性及横向造型；而伸臂对应Z轴向的线性位移和丝嘴对应U轴向的旋转运动，则主要用于调节纱线在两侧的线型，提升纱线缠绕的稳定性，避免发生滑纱现象。基于热塑缠绕工艺的区别及特殊性，龙门架对应热塑缠绕则通过相关联的夹床、主轴以及热塑缠绕装置实现，并设为两轴联动机构，包括夹床中的主轴绕X轴旋转运动和滑车沿Y轴轨道直线往复运动。可见，除热塑缠绕装置在Y轴轨道上横向的往复运动外，该热塑缠绕工艺仅有加压辊的局部性被动运转。其电气控制部分也仅限于装置本身位移及其所接激光加热器的受控启闭。

二者、如图2和图3所示，上述纱架的一侧面设有对应干法缠绕和热塑缠绕所用纱团的载具32，纱架的另一侧面设有对应湿法缠绕所用纱团的载具31，且张力适配单元对应每一侧载具各设有张力传感器和张力调节器。这里需要说明的是，张力传感器和张力调节器是针对每个载具而独立配置的。实际缠绕作业时，纱线是多股同时向外供料的，而当其中任一股纱线发生张力失衡的情况，则将影响后续送料的效果和成品品质。故而通过设置该张力适配单元，能可靠保障后续缠绕作业的顺利、高品质进行。另外，在干法缠绕中，需要避免纱线吸湿或者环境温度过热从而影响缠绕效果，故而在对应的载具旁还设有调温器；为方便纱线连续供给不受隔离膜影响，还设有隔离膜收卷器。

三者、如图4所示，在上述干、湿法缠绕小车中，尤其在湿法缠绕实施中，胶槽42设置为恒温水浴加热，并具有实时温度监控功能，按工艺要求通常可控温于室温~65℃。而在干法缠绕实施中，胶槽可以空置，并为了进一步保障纱线的缠绕效果，故在小车后段设置电阻丝加热器，并实时监控温度于室温~40℃。

四者、如图5所示，在上述热塑缠绕装置中，激光加热器在室温~350℃内温度可调且实时温度监控；加压辊则在0~0.5MPa内压力可调且实时压力监控。

该复合式缠绕成型设备通过各构成部分的有机结合和灵活换位，能满足不同缠绕工艺的具体作业。

实施例一：湿法缠绕。

1、胶液配制。配完缠绕胶液后搅拌均匀，倒入胶槽内。开启胶槽恒温水浴加热器并设定水浴加热温度。

2、工件安装夹持。将工件2妥善安装于龙门架1上，床头用三爪夹盘夹紧工件的连接轴，尾架顶紧工件。

3、将玻璃纤维/碳纤维等种类纤维纱团置于湿法缠绕的载具31（带张力调节器）上。

4、将纤维牵引穿过纱架前面的孔（未标识），通常对应每个载具一对一设置一个孔，以便于纱线穿出并向后端设备送料。

5、将干、湿法缠绕小车4置于龙门架1中间，将热塑缠绕小车5移至本实例缠绕工作范围以外。

6、如图4所示可见干、湿法缠绕小车4在迎向纱架的一侧设有理线架41，其上密布设有对应纱线股数的穿孔，将纤维牵引穿过该些穿孔。

7、再将纱线牵引穿过湿法缠绕胶槽42，进行恒温湿浴。

8、将纱线牵引穿过湿法缠绕胶辊43的上面并用湿法缠绕刮胶辊44压住。

9、将纱线牵引穿过第一过纱杆45、弹簧张力器46、第二过纱杆48，此刻干法缠绕加热器47关闭。

10、将纱线牵引穿过丝嘴61上的纱梳63、过纱杆64和展纱装置65，使纱线在缠绕上工件前均匀分散。

11、将热塑缠绕装置7通过Y轴轨道移至本实例缠绕工作范围以外（即夹床之外）。

12、将纱线连续稳定地缠绕至工件表面，整个缠绕过程中，需实时关注并控制好胶槽中的液温和纱线的张力。

13、缠绕完毕，移至固化炉固化。

实施例二：干法缠绕。

1、工件安装夹持。将工件2妥善安装于龙门架1上，床头用三爪夹盘夹紧工件的连接轴，尾架顶紧工件。

2、将干法缠绕预浸带（纱线的一种，故以下仍统称为纱线）置于干法缠绕的载具32（带张力调节器）。打开纱架调温器，使纱线保持良好的层间粘接性能，并打开隔离膜收卷功能。

3、将纱线牵引穿过纱架前面的孔。

4、将干、湿法缠绕小车4置于龙门架1中间，将热塑缠绕小车5移至本实例缠绕工作范围以外。

5、将纱线牵引穿过干、湿法缠绕小车之理线架的穿孔。

6、打开干法缠绕加热器47，将纱线牵引穿过第一过纱杆45、弹簧张力器46、干法缠绕加热器47、第二过纱杆48。

7、后续操作流程参照实施例一，惟该过程中需关注并控制好纱线的张力。

实施例三：热塑缠绕

1、工件安装夹持。将工件2妥善安装于龙门架1上，床头用三爪夹盘夹紧工件的连接轴，尾架顶紧工件。

2、将热塑缠绕纱线置于热塑缠绕的载具32（带张力调节器）。

3、将纱线牵引穿过纱架1前面的孔。

4、将热塑缠绕小车5置于龙门架1中间，将干、湿法缠绕小车4移至本实例缠绕工作范围以外。

5、打开热塑缠绕激光加热装置71。

6、将纱线牵引依次穿过热塑缠绕小车5上的展纱辊51、展纱辊52、展纱辊53、展纱辊54。

7、将纱线牵引穿过加压辊72并加压。

8、将干、湿法缠绕装置6通过Y轴轨道移至本实例缠绕工作范围以外（即尾架之外）。

9、将纤维连续稳定地缠绕至工件7表面。整个缠绕过程中，需实时关注并控制好纱线的张力、激光加热装置的温度和加压辊的压力。

10、缠绕完毕，原位冷却固结。

综上关于本发明复合式缠绕成型设备方案介绍及实施例详述可见，本方案具备突出的实质性特点和显著的进步性：它将湿法缠绕、干法缠绕、热塑缠绕多种功能有机结合于一台设备，结合不同位置张力、压力、温度的实时监控，提高了设备使用率，节约了设备放置空间，节省了设备投资成本。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，并不限于现有尺寸及对应产品规格形状和用途等，广泛适用于各类缠绕制品，故凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种复合式缠绕成型设备，其特征在于包括：

龙门架，设有适于工件安装的夹床及线性的Y轴轨道；

纱架，位于龙门架外侧且两侧面设有对应各类型纱团的载具，且载具由伺服电机驱动并配设有张力适配单元；

干、湿法缠绕小车，设于龙门架与纱架之间，且沿纱线递送方向依次设有湿法缠绕的胶槽、胶辊、刮胶辊，共用的过纱杆、弹簧张力器及干法缠绕的加热器；

热塑缠绕小车，设于龙门架与纱架之间，且沿纱线递送方向依次设有四个展纱辊；

干、湿法缠绕装置，接设于龙门架的滑车并沿Y轴轨道可调定位，且伸臂于丝嘴外依次设有纱梳、过纱杆和展纱器；

以及热塑缠绕装置，接设于龙门架的滑车并沿Y轴轨道可调定位，且设有激光加热器和加压辊。

2.根据权利要求1所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：所述龙门架对应干、湿法缠绕设为四轴联动机构，包括夹床中的主轴绕X轴旋转运动，滑车沿Y轴轨道直线往复运动，伸臂沿Z轴直线往复运动和丝嘴绕水平U轴旋转运动。

3.根据权利要求1所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：所述龙门架对应热塑缠绕设为两轴联动机构，包括夹床中的主轴绕X轴旋转运动和滑车沿Y轴轨道直线往复运动。

4.根据权利要求1所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：所述纱架的一侧面设有对应干法缠绕和热塑缠绕所用纱团的载具，纱架的另一侧面设有对应湿法缠绕所用纱团的载具，且张力适配单元对应每一侧载具各设有张力传感器和张力调节器。

5.根据权利要求4所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：所述纱架在对应干法缠绕和热塑缠绕的载具旁还设有调温器和隔离膜收卷器。

6.根据权利要求1所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：在干、湿法缠绕小车中，所述胶槽设为在室温~65℃内温度可调的恒温水浴槽，且实时液温监控。

7.根据权利要求1所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：在干、湿法缠绕小车中，所述加热器为在室温~40℃内温度可调的非接触式电阻丝，且实时表面温度监控。

8.根据权利要求1所述复合式缠绕成型设备，其特征在于：在热塑缠绕装置中，所述激光加热器在室温~350℃内温度可调且实时温度监控；所述加压辊在0~0.5MPa内压力可调且实时压力监控。

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