CN211843286U - 一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置及缠绕机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，包括旋转接头、与旋转接头驱动连接的支撑架、与支撑架连接的加热组件；所述加热组件包括芯模外筒和芯模外筒内部安装的电加热装置，所述电加热装置由内而外散发热量，对缠绕在芯模外筒外表面的复合材料缠绕件进行加热固化。还公开了一种缠绕机，包括缠绕机本体，所述缠绕机驱动转轴驱动连接上述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，且缠绕机驱动转轴和旋转接头同轴心固定连接。由于将加热源放于芯模内部，进而将复合材料圆筒由外向内的固化反应优化为由内向外进行，可将固化反应产生的多余气泡挤出，有效减少复合材料内部孔隙缺陷。

Description

一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置及缠绕机

技术领域

本实用新型属于材料化学技术领域，尤其涉及一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置及缠绕机。

背景技术

通常复合材料固化有常温固化和加热固化两种方式，这是由树脂系统决定的。固化制度是保证复合材料圆筒固化的重要条件，直接影响圆筒物理和力学性能。传统的复合材料固化方式多数采用外固化工艺，即将缠绕完成的复合材料圆筒连同芯模一起送入固化炉中，通过外部加热的方式进行固化。复合材料圆筒的缺陷(如尺寸误差、局部高应力分布、分层开裂等)很多是由于固化阶段没有很好地控制温度梯度以及不均匀固化所造成的。传统的“实验法”和“试凑法”很难有效对固化体系内温度的分布进行严格控制，对质量要求高的复合材料圆筒而言，只能不惜延长固化时间，尽量降低升温速率或增加中途恒温次数来维持材料内温度的均匀，这样就增加了研制的时间成本和经济成本。随着固化技术研究的不断深入，目前内固化技术得到快速发展，内固化工艺利用复合材料壳体多为中空构造的特点，采用从壳体内部加热的方式使复合材料固化成型。该工艺中首先将芯模加热到初始温度，然后将浸渍树脂的纤维按预定张力在芯模上缠绕到一定厚度后，对芯模进行预热，当制件缠绕到预定厚度后，按升温历程加热至壳体完全固化。

内固化成型工艺相对于传统的外固化工艺有诸多优点：首先，由于省去了中间的拆卸、转移和安装过程，可极大地提高圆筒成型效率并降低成本；其次：固化过程中复合材料从内层开始受热，树脂受热后粘度下降，使纤维能够更好地持续浸渍，有利于树脂流动、纤维浸润及气泡和多余树脂的排出，使得复合材料更加密实，可提高成型过程中材料模量，降低外部缠绕层对内部未固化缠绕纤维的松弛作用。再者，材料由内向外逐层固化降低了热峰值和残余应力，从而进一步有效降低壳体残余应力。

目前，国内哈尔滨理工大学的许家忠教授研究团队已成功研制了基于电磁加热方式模式的内固化系统，采用芯模内部铺设电磁加热管，外部装有感应线圈的形式对芯模进行内部加热。该背景技术中所述的方法及装置结构相对复杂，成本较高，且可能产生一定的电磁辐射。本实用新型采用内部铺设红外加热线圈，通过旋转接头接通控制电源，加热效率更高且结构相对简单，成本较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置及缠绕机，以解决背景技术的问题。

为实现上述目的，本实用新型的一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置及缠绕机的具体技术方案如下：

一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，包括旋转接头、与旋转接头驱动连接的支撑架、与支撑架连接的加热组件；所述加热组件包括芯模外筒和芯模外筒内部安装的电加热装置，所述电加热装置由内而外散发热量，对缠绕在芯模外筒外表面的复合材料缠绕件进行加热固化。

进一步的，所述支撑架包括上支撑杆和下支撑杆，且上支撑杆和下支撑杆对称插接在芯模外筒两端。

进一步的，所述电加热装置包括固定连接在芯模外筒内腔侧壁上的内套筒、内套筒外表面缠绕的多股加热线圈；内套筒的两端固定在上支撑杆和下支撑杆之间。

进一步的，所述芯模外筒内腔侧壁还固定连接有多个固定架，所述内套筒插入到每个固定架的内槽孔中，从而对内套筒进一步固定。

进一步的，所述加热线圈外表面上还裹绕覆盖有导热层。

进一步的，所述旋转接头外圈接线端子与外部电源进行连接，所述旋转接头与上支撑杆进行插装连接，且旋转接头内圈接线端子和加热线圈接线端子之间进行插接连接。

进一步的，所述加热线圈为电阻丝。

进一步的，所述电加热装置包括设置在芯模外筒内腔中的红外加热管、用于固定连接红外加热管两端的第一固定架和第二固定架；所述第一固定架和第二固定架分别与上支撑杆和下支撑杆固定连接。

进一步的，所述红外加热管内置有红外加热线圈，红外加热线圈与旋转接头的内圈接线端子电性连接，且旋转接头的内圈接线端子电性连接于外部电源。

一种缠绕机，包括缠绕机本体，所述缠绕机驱动转轴驱动连接上述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，且缠绕机驱动转轴和旋转接头同轴心固定连接。

相比较现有技术而言，本实用新型具有以下有益效果：

由于将加热源放于芯模内部，进而将复合材料圆筒由外向内的固化反应优化为由内向外进行，可将固化反应产生的多余气泡挤出，有效减少复合材料内部孔隙缺陷。

与现有新型内固化芯模相比，由于采用了内置式加热线圈，避免了电磁加热产生的辐射；通过引入直插式旋转接头，解决了旋转供电问题，实现芯模在旋转的同时进行内部加热。

附图说明

图1为本实用新型结构的第1种实施例示意图；

图2为本实用新型结构的第2种实施例示意图；

图3为本实用新型结构的第1种实施例的内部零件立体图。

图中标号说明：旋转接头1、上支撑杆2、内套筒3、加热线圈4、导热层5、芯模外筒6、固定架7、下支撑杆8；第一固定架2-3、红外加热管2-4、第二固定架2-5。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图1-3，对本实用新型的理解。

现有技术中采用在芯模内部安装电磁线圈，外套感应线圈，控制电源对感应线圈进行供电，电磁线圈对芯模进行加热，适用于尺寸较大的芯模，成本较高，结构复杂。

本实用新型的技术方案提出2种实施例，将一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置用在缠绕机上，缠绕机驱动转轴和旋转接头1同轴心固定连接。

实施例1

图1和图3，展示出了本实用新型的第一个实施方式。该芯模由旋转接头1、上支撑杆2、内套筒3、加热线圈4、导热层5、芯模外筒6、固定架7、下支撑杆8的主要8个零部件组成，旋转接头1为耐高温电气旋转头；将加热线圈4均匀缠绕在内套筒3外表面，并使用固定架7将两者进行固定；再将导热层5裹绕铺附于加热线圈4外表面，导热层5为玻璃棉或导热胶；将内套筒3、加热线圈4、导热层5、固定架7共同放入芯模外筒6内部；芯模的内套筒3为芯模外筒6为高强度合金钢材质。将上支撑杆2和下支撑杆8 分别与芯模外筒6进行螺纹连接，同时，将上支撑杆2和下支撑杆8分别与内套筒3进行螺纹连接；将旋转接头1与上支撑杆2进行插装连接，同时，将加热线圈4接线端子与旋转接头1内圈接线端子进行插接；将旋转接头1外圈接线端子与外部控制电源进行连接。

其工作流程如下：

(1)连接旋转接头1与外部控制电源，开启电源对芯模外筒6进行预热；

(2)采用专用缠绕机进行纤维湿法缠绕；

(3)调节外部电源加热功率，对外缠纤维进行加热固化。

实施例2

图2，与实施例1不同，该芯模可简化为7个零部件组成，包括旋转接头1、上支撑杆2、第一固定架2-3、红外加热管2-4、第二固定架2-5、芯模外筒6、下支撑杆8，实质在于将内加热部分的内套筒3、加热线圈4、导热层5、固定架7可替换为第一固定架2-3、红外加热管2-4、第二固定架2-5。其中，红外加热管2-4为加热源，红外加热管2-4内置设有红外加热线圈，其与第一固定架2-3和第二固定架2-5进行紧固连接后共同放入芯模外筒6 内部；将上支撑杆2和下支撑杆8分别与芯模外筒6进行螺纹连接，第一固定架2-3和第二固定架2-5分别与上支撑杆2和下支撑杆8固定连接；将旋转接头1与上支撑杆2进行插装连接，同时，将红外加热管2-4的接线端子与旋转接头1内圈接线端子进行插接；将旋转接头1外圈接线端子与外部控制电源进行连接。

其工作流程如下：

(1)连接旋转接头1与外部控制电源，开启电源对芯模外筒6进行预热；

(2)采用专用缠绕机进行纤维湿法缠绕；

(3)调节外部电源加热功率，对外缠纤维进行加热固化。

通过以上的实施例1或者实施例2，可以解决的问题包含：(1)解决常规复合材料圆筒只能使用外部加热模式的技术难题；(2)解决常规内加热芯模无法进行同步旋转供电的难题；(3)解决新型内加热芯模结构复杂问题。

本实用新型提出的是将该芯模与纤维缠绕机主轴支撑结构进行装卡，在纤维缠绕过程中或缠绕完成后可开启内部加热固化。该设计的技术方案，采用内部铺设加热线圈4，通过旋转接头1接通控制电源，加热效率更高且结构相对简单，成本较低。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于：包括旋转接头(1)、与旋转接头(1)驱动连接的支撑架、与支撑架连接的加热组件；所述加热组件包括芯模外筒(6)和芯模外筒(6)内部安装的电加热装置，所述电加热装置由内而外散发热量，对缠绕在芯模外筒(6)外表面的复合材料缠绕件进行加热固化。

2.根据权利要求1所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述支撑架包括上支撑杆(2)和下支撑杆(8)，且上支撑杆(2)和下支撑杆(8)对称插接在芯模外筒(6)两端。

3.根据权利要求2所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述电加热装置包括固定连接在芯模外筒(6)内腔侧壁上的内套筒(3)、内套筒(3)外表面缠绕的多股加热线圈(4)；内套筒(3)的两端固定在上支撑杆(2)和下支撑杆(8)之间。

4.根据权利要求3所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述芯模外筒(6)内腔侧壁还固定连接有多个固定架(7)，所述内套筒(3)插入到每个固定架(7)的内槽孔中，从而对内套筒(3)进一步固定。

5.根据权利要求4所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述加热线圈(4)外表面上还裹绕覆盖有导热层(5)。

6.根据权利要求5所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述旋转接头(1)外圈接线端子与外部电源进行连接，所述旋转接头(1)与上支撑杆(2)进行插装连接，且旋转接头(1)内圈接线端子和加热线圈(4)接线端子之间进行插接连接。

7.根据权利要求6所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述加热线圈(4)为电阻丝。

8.根据权利要求7所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述电加热装置包括设置在芯模外筒(6)内腔中的红外加热管(2-4)、用于固定连接红外加热管(2-4)两端的第一固定架(2-3)和第二固定架(2-5)；所述第一固定架(2-3)和第二固定架(2-5)分别与上支撑杆(2)和下支撑杆(8)固定连接。

9.根据权利要求8所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，其特征在于，所述红外加热管(2-4)内置有红外加热线圈，红外加热线圈与旋转接头(1)的内圈接线端子电性连接，且旋转接头(1)的内圈接线端子电性连接于外部电源。

10.一种缠绕机，包括缠绕机本体，其特征在于：所述缠绕机驱动转轴驱动连接权利要求1-9任意一项所述的复合材料缠绕圆筒旋转固化装置，且缠绕机驱动转轴和旋转接头(1)同轴心固定连接。

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