CN216544730U - 旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳及其制造系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳及其制造系统，一体化加筋柱壳包括一体成型且材料相同的柱壳筒体和加筋；该柱壳筒体呈圆形或异形筒状，内部形成容置空间；该加筋包括环向加筋和轴向加筋，相互交织成网状；在该柱壳筒体的轴线方向，该柱壳筒体和该加筋内部分布设有轴向纤维束；在该柱壳筒体的径向方向，该柱壳筒体和该加筋内部分布设有径向纤维束。制造系统包括底盘，该底盘上设有龙门系统、旋转加工系统和库站。该龙门系统包括龙门导轨、立柱、横梁。该旋转加工系统包括依次设置的主动力旋转加工机头、若干支撑中心架、导引板和尾轴旋转加工机头。该库站设有动力机构和原料机构。

Description

旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳及其制造系统

技术领域

本实用新型涉及一种柱壳结构，特别是一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳及其制造系统。

背景技术

目前公知的加筋柱壳包括一个柱壳筒体，所述筒体上设有纵向加强筋或环向、螺旋状加强筋结构及安装基台。柱壳筒体有圆形的，也有异形的。另外，目前公知的加筋柱壳旋转缠绕设备包括一个旋转动力头、柱壳模具、往复铺放丝、带、工作台及模具支撑旋转尾座。所述模具上设有纵向加强筋或环向、螺旋状加强筋等预置件、容槽，预置的加强筋安放在模具容槽中。上述加筋柱壳及其制造设备中，其筒体上设置的加筋结构皆为柱壳筒体与加筋结构分别制造，相互以不同工艺连接为一体的加筋柱壳，无法完成多层、多重柱壳加筋组合结构。其柱壳筒体与加筋结合部的力学要求无法达到统一，更无法完成柱壳桶内设置结构及系统制造的同步生成。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其具有重量轻、强度大、刚性好，尤其采用高速离心工艺，可实现径向梯度结构，优化力学结构，大幅度增强、降低重量。新柱壳结构既可以是复合材料缠绕产品，也可以为粉末金属重熔结构、混合结构等产品，产品适应性强、具有低成本的优点。

本实用新型的另一目的是提供一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，以生产上述旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其自动化程度高，设备结构紧凑合理，一体化加筋柱壳制造系统既可以制造复合材料缠绕产品，也可以按照传统工艺制造金属、混合结构等产品。占地面积小，设备成本低。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，包括一体成型且材料相同的柱壳筒体和加筋；该柱壳筒体呈圆形或异形筒状，内部形成容置空间；该加筋包括环向加筋和轴向加筋，可相互交织成网状；在该柱壳筒体的轴线方向，该柱壳筒体和该加筋内部分布设有轴向纤维束；在该柱壳筒体的径向方向，该柱壳筒体和该加筋内部分布设有径向纤维束。

进一步的，所述加筋设于所述柱壳筒体外表面或者内表面。

进一步的，所述加筋设于所述柱壳筒体内表面，且所述加筋内端另一体成型设有内柱壳筒体。

进一步的，所述环向加筋和轴向加筋相互垂直。

进一步的，所述环向加筋和轴向加筋均呈沿着所述柱壳筒体的中轴线呈螺旋型。

进一步的，所述加筋的截面呈T型。

一种所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，包括底盘，该底盘上设有龙门系统、旋转加工系统和库站；

该龙门系统包括两个平行设于该底盘上的龙门导轨，各龙门导轨上设有能滑动的立柱，两个立柱顶端之间通过横梁连接；该横梁和立柱上均设有滑轨，各滑轨上设有能滑动的滑台，各滑台设有垂直于滑台运动方向的滑枕，各滑枕头部装有五轴头；

该旋转加工系统设于两个龙门导轨之间，包括依次设置的主动力旋转加工机头、若干支撑中心架、导引板和尾轴旋转加工机头；该主动力旋转加工机头、导引板和尾轴旋转加工机头均滑动设于该底盘上的纵轴导轨上；该主动力旋转加工机头安装有3D打印机，该3D打印机设有打印机头；各支撑中心架包括两个基座，各基座顶端设有滚轮；该导引板与该打印机头相对，中部设有盾构加工头；该尾轴旋转加工机头与该导引板之间通过辅助旋转动力轴连接，该尾轴旋转加工机头中部设有与该盾构加工头对应的尾轴孔；该尾轴旋转加工机头侧面设有操纵箱；

该库站设于该龙门系统一侧的库站导轨上，并能沿该库站导轨滑动，该库站导轨与该龙门导轨平行；该库站设有动力机构和原料机构。

进一步的，所述动力机构包括支持系统运转的电站、气站、液站和刀具、工具库(高能束流、激光扫描头、铺丝头、铺带头、高压水、气喷嘴、HQ表面强化锥)；所述原料机构包括气站、液料仓、粉仓、丝带仓、3D熔丝、外缠丝、预置件储存装置。

进一步的，所述立柱设有升降装置。

进一步的，所述支撑中心架底部设有与所述龙门导轨垂直的支架导轨，各支撑中心架的两个基座均滑动设于该支架导轨上。

本实用新型的有益效果是：

1.重量轻；本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，整体成型柱壳的制造过程嵌套材料制成，减少了中间加工工艺环节。本实用新型加筋柱壳，采用碳增强高强度纤维、微等强空心结构、设计制造理念，既可保证高强度，又能大幅度减少重量。

2.强度大，刚性好；如上所述，本实用新型柱壳选用碳增强超细玻纤作为缠绕丝束，其抗拉强度可达到1100MP，远高于T800，所制成的玻璃钢弹性模量3倍于碳纤维增强玻璃钢，这是由于碳芯超细玻纤在缠绕、牵拉过程中使碳芯排列呈单列分子态进入纳米疆界。

3.柱壳产品适应性强；单层加筋柱壳可适用于航天领域：空间站、宇宙飞船、大型火箭……航空领域则可直接制成大型客货飞机机身，异形缠绕能够满足各种飞机的气动要求。多层加筋柱壳可以一次加工整体制成“功能工程结构体”，可达到GHD的隐身、超高音速表面层效应(包括高温烧蚀)及飞行器表面场效应厚膜电子线路等要求。

4.低成本；本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，可以实现自动化，无人化生产加工，节约了大量航材类产品生产工时成本。如上所述，本实用新型可使用碳纤超细玻纤，在碳芯牵拉进入纳米疆界尺度，其制成品强度可达石墨烯增强强度。玻纤价格与碳纤相比，相差50倍以上。因此，本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统中，缠绕加筋柱壳产品的工时成本和等效材料价格差，具有大幅度降低制造成本的特点。

5.本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，自动化程度高，无需价格昂贵的模具，整体成型柱壳制造过程嵌套，包括材料预制，减少中间工艺环节，制成品可一次制成(如缠绕加筋柱壳，包括内部设施、系统)。另外，力学结构最优：使用过程改性3D材料，可以实现高速离心重力场梯度结构制造。

附图说明

图1是本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的实施例1的结构示意图。

图2是本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的实施例2的结构示意图。

图3是本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统的结构示意图。

图4是本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实用新型提供一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，包括一体成型且材料相同的柱壳筒体1和加筋2。该柱壳筒体1呈圆形或异形筒状，内部形成容置空间11。该加筋2包括环向加筋21和轴向加筋22，相互交织成网状，该加筋2的截面呈T型。在该柱壳筒体1的轴线方向，该柱壳筒体1和该加筋2内部分布设有轴向纤维束。在该柱壳筒体1的径向方向，该柱壳筒体1和该加筋2内部分布设有径向纤维束。具体来说，该环向加筋21和轴向加筋22可以相互垂直，也可以均呈沿着该柱壳筒体1的中轴线呈不同角度的螺旋型。进一步的，该加筋2可以设于该柱壳筒体1外表面或者内表面。

以上所述为本实用新型的实施例1，其为单层柱壳，如图2所示，其为本实用新型的实施例2，其为双层柱壳，该加筋2设于该柱壳筒体1内表面，且该加筋2内端另一体成型设有内柱壳筒体3。当然，本实施例中还可以设置多个内柱壳筒体3，相互之间通过加筋2连接，形成多层柱壳。

如图3所示，本实用新型还提供一种所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，包括底盘4，该底盘4上设有龙门系统5、旋转加工系统6和库站7。

该龙门系统5包括两个平行设于该底盘4上的龙门导轨51，各龙门导轨51上设有能滑动的立柱52，两个立柱52顶端之间通过横梁53连接。该横梁53和立柱52上均设有滑轨，各滑轨上设有能滑动的滑台，各滑台设有垂直于滑台运动方向的滑枕54，各滑枕头部装有五轴头，可装卡不同的工具头和缠绕加工组件，工具头可相互垂直、平行或旋转运动。该立柱52设有升降装置，以便调节高度。

该旋转加工系统6设于两个龙门导轨51之间，包括依次设置的主动力旋转加工机头61、若干支撑中心架62、导引板63和尾轴旋转加工机头64。该主动力旋转加工机头61、导引板63和尾轴旋转加工机头64均滑动设于该底盘4上的纵轴导轨上，各旋转加工机头皆独立装有电机，可独立在纵轴导轨上移动，互不干涉。该主动力旋转加工机头61安装有3D打印机611，该3D打印机611设有打印机头612。各支撑中心架62包括两个基座621，各基座621顶端设有滚轮622。该支撑中心架62底部设有与该龙门导轨51垂直的支架导轨，各支撑中心架62的两个基座621均滑动设于该支架导轨上。该导引板63与该打印机头612相对，中部设有盾构加工头631，导引板63工艺平面装有割除分离系统。该尾轴旋转加工机头64与该导引板63之间通过辅助旋转动力轴641连接，该尾轴旋转加工机头64中部设有与该盾构加工头631对应的尾轴孔642。该尾轴旋转加工机头64侧面设有操纵箱65。

该库站7设于该龙门系统5一侧的库站导轨71上，并能沿该库站导轨71滑动，该库站导轨71与该龙门导轨51平行。该库站7设有动力机构和原料机构。具体来说，该动力机构包括电站、气站和液站。该原料机构包括外缠丝储存装置72，可以在3D打印过程中提供外缠丝73。

如图4所示，本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统的工艺流程是，以安装于主动力旋转加工机头的3D打印机611在导引板63板面打印生成加强筋及安装基台和其他结构、柱壳筒体1内层等断面微叠层。同时，采用长丝纤维束(外缠丝73)在打印柱壳内层叠层筒体界面缠绕、铺放。随着3D打印加筋及内结构的增厚和缠绕层的叠加，构成了柱壳加筋结构。打印和缠绕的同时，可以由多功能头喷出短切纤维8及掺有赋能微珠的树脂9，高速旋转中与纤维构成梯度加筋柱壳结构，在装卡于龙门的高能束流扫描下，完成“早期固化”、“改性”，形成功能工程结构体加筋柱壳结构。

本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的加筋与柱壳筒体间由相同的工况、物理条件同步生成，二者采用相同的纤维材料、树脂和填料，使用数控缠绕旋转机床，可以实现高精度生产制造。本实用新型旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统中，各组件互不干涉，可同时运行，从而可以完成超越加工或复式加工及各向3D增材加工、旋转及不同角度缠绕、铣切工艺过程，还可以完成系统所要求的工序、功能调位与增减、工艺模块顺位的交叉和线间交换。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其特征在于，包括一体成型且材料相同的柱壳筒体和加筋；该柱壳筒体呈圆形或异形筒状，内部形成容置空间；该加筋包括环向加筋和轴向加筋，相互交织成网状；在该柱壳筒体的轴线方向，该柱壳筒体和该加筋内部分布设有轴向纤维束；在该柱壳筒体的径向方向，该柱壳筒体和该加筋内部分布设有径向纤维束。

2.根据权利要求1所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其特征在于：所述加筋设于所述柱壳筒体外表面或者内表面。

3.根据权利要求1所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其特征在于：所述加筋设于所述柱壳筒体内表面，且所述加筋内端另一体成型设有内柱壳筒体。

4.根据权利要求1、2或3所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其特征在于：所述环向加筋和轴向加筋相互垂直。

5.根据权利要求1、2或3所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其特征在于：所述环向加筋和轴向加筋均呈沿着所述柱壳筒体的中轴线呈螺旋型。

6.根据权利要求1、2或3所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳，其特征在于：所述加筋的截面呈T型。

7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，其特征在于，包括底盘，该底盘上设有龙门系统、旋转加工系统和库站；

该龙门系统包括两个平行设于该底盘上的龙门导轨，各龙门导轨上设有能滑动的立柱，两个立柱顶端之间通过横梁连接；该横梁和立柱上均设有滑轨，各滑轨上设有能滑动的滑台，各滑台设有垂直于滑台运动方向的滑枕，各滑枕头部装有五轴头；

该旋转加工系统设于两个龙门导轨之间，包括依次设置的主动力旋转加工机头、若干支撑中心架、导引板和尾轴旋转加工机头；该主动力旋转加工机头、导引板和尾轴旋转加工机头均滑动设于该底盘上的纵轴导轨上；该主动力旋转加工机头安装有3D打印机，该3D打印机设有打印机头；各支撑中心架包括两个基座，各基座顶端设有滚轮；该导引板与该打印机头相对，中部设有盾构加工头；该尾轴旋转加工机头与该导引板之间通过辅助旋转动力轴连接，该尾轴旋转加工机头中部设有与该盾构加工头对应的尾轴孔；该尾轴旋转加工机头侧面设有操纵箱；

该库站设于该龙门系统一侧的库站导轨上，并能沿该库站导轨滑动，该库站导轨与该龙门导轨平行；该库站设有动力机构和原料机构。

8.根据权利要求7所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，其特征在于，所述动力机构包括支持系统运转的电站、气站、液站和刀具、工具库；所述原料机构包括气站、液料仓、粉仓、丝带仓、3D熔丝、外缠丝、预置件储存装置。

9.根据权利要求7所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，其特征在于，所述立柱设有升降装置。

10.根据权利要求7所述的旋转缠绕加工制造一体化加筋柱壳的制造系统，其特征在于，所述支撑中心架底部设有与所述龙门导轨垂直的支架导轨，各支撑中心架的两个基座均滑动设于该支架导轨上。

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