CN219095652U - 一种链条索具共固化工装 - Google Patents

Abstract

一种链条索具共固化工装，属于牵引索具技术领域，具体方案如下：一种链条索具共固化工装，包括禁锢盒体、硅胶模具和若干个刚性支撑环，硅胶模具包括上模和下模，上模上设置有若干个凹槽Ⅰ和若干个凹槽Ⅱ，下模上设置有若干个凹槽Ⅲ和若干个凹槽Ⅳ，当上模和下模合模时，若干个凹槽Ⅰ和若干个凹槽Ⅲ一一对应组成若干个链环腔室Ⅰ，若干个凹槽Ⅱ和若干个凹槽Ⅳ一一对应组成若干个链环腔室Ⅱ，相邻的链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ呈±45°交错设置，链条索具坯料匹配放置在链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ中，若干个刚性支撑环一一对应安装在链条索具坯料的各链环的内侧表面，硅胶模具1填充在禁锢盒体内部。本共固化工装可以一次性固化出多个链环的链条索具。

Description

一种链条索具共固化工装

技术领域

本实用新型属于牵引索具技术领域，具体涉及一种用连续纤维复合材料制造轻质、高能、耐腐蚀链条索具所使用的共固化工装。

背景技术

复合材料因具有轻质、高能、惰性防腐的特性，可以加强、加快海洋、极地空间拓展等关键技术突破，陆地的建设材料以钢筋水泥沙石为主，海洋工作平台的建设方式以“浮台+链条”为主，形成系泊系留平台，链条索具为海洋基建的必用装备。

在高性能行业里对链条索具的主要要求是强度大，自重轻且耐腐蚀。复合材料的链条比传统金属链条的优势在于：(按圆环链条线径由细到粗介绍)：

1.船舶舰载上【系留索具】“线径在8mm-17mm”：降低索具重量，提高单兵安装能力，具有极高的耐海水盐雾腐蚀，并提高军舰非金属件比例。

2.海洋里【浮标锚链】“线径在25mm-45mm”：在总重量不变的前提下，可增加锚链4-5倍长度，为在深海固定浮标提供超级长锚链(国内对超过400米以上的深海，浮标锚链体系中通常采用中间是聚乙烯缆绳+悬浮球的方案，聚乙烯缆绳不具备刚性，造成测绘精度的降低)。

3.采矿业矿井内“捞渣机”、“刮板机”用的【紧凑链、扁平链】“线径在22mm-68mm”。矿用的紧凑链和扁平链中的立环采用了锻造和特殊的热处理，是为了提高抗拉强度、较长的疲劳寿命和较高的韧性。由于该链条在潮湿环境中使用，对防腐性要求极高，且由于负荷不平均性，对金属链环的连续疲劳性要求较高。复合材料优点是材料级别防腐，自重极轻，且无金属蠕变，复合材料链条与矿用紧凑链条相对成本价格接近。

4.大型船舶上【锚链】“线径在50mm-180mm”：在长度不变的情况下，可降低锚链重量，同时可降低柴油发动机输出功率(或直接降为三相电机驱动)。如输出功率不降，可增加5倍有档锚链长度(当前大型邮轮或航母锚链长通常为360米以内)，进而提高舰船的驻泊区域和作战能力(美国尼米兹级航母的锚链达57节，总长超过1500米)。不会发生传统金属锚链腐蚀生锈现象，避免进行二次冲洗造成的中性水消耗和人力工作量。

5.固定海洋石油平台【系泊链】“线径在80mm-240mm”：通常有16-32根300-700米的有档链条索具固定住悬浮的石油平台，复合材料系泊链不仅可以降低系留系统的动力能耗，更能提高调整系留平台的精度和速度。传统金属链条长期浸在海水里，为防止海水氢脆、金属蠕变，每3-6月需要维护一次并产生极大费用。重量轻、强度高、刚度大的系泊系统可以使浮式平台具有更大的出水高度、更强的极端环境生存能力和维持稳定的能力。链条索具的拉力强度决定能不能用，表面惰性性能决定能用多久。

传统的链条索具是以金属环链接而成的。目前市场上的金属材质链条索具存在：密度大质量重、易氧化防腐、易海水氢脆、不耐酸碱、抗疲劳性差、易磁化、易金属蠕变、维护周期频繁等缺点。

在授权公告号为CN111745998B的发明专利中公开了一种用碳纤维复合材料制造链条索具的方法。该发明专利公开：在第一个初始圆环(N环)基础上成型第二个复合纤维材料环(N+1环)坯料，仅对(N+1环)坯料进行单独高温高压固化的方法，依次循环该发明的成型方法，可陆续增加复合纤维材料链条环数，达到最终链条的长度。

在公开号CN114161735A的发明专利中公开了一种链条环固化工装及连接链条环成为链条索具的方法。该发明专利公开：在两个圆环(N+1环)、(N-1环)基础上成型出中间复合纤维材料圆环(N环)坯料，仅对该圆环(N环)坯料进行单独高温高压固化的方法，此方法是用连续纤维复合材料替换链条中毁坏的链环，也可作为一种快速生产复合纤维材料圆环链条的方法，达到最终链条的长度。

专利号为CN202021098138.7的实用新型专利公开了一种复合材料圆环链成型模具的文档中，并公开了一种共固化工装结构，利用该结构将圆环链分90°角和0°角放置在共固化工装里，这种方式存在如下问题：

1、90°角放置的环因垂直原因，导致树脂分布不均匀。

2、因对90°角和0°角加压方式不同，孔隙率偏大。

3、采用焊接弹片对位方式，影响型面精度。

4、该结构的空腔率太高，降低压力和热量的传导。

5、该共固化工装制造的圆环同质性差。

发明内容

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种链条索具共固化工装，可以快速、低成本的用连续纤维复合材料生产链条索具，圆环强度高、同质化高。主要制造出的产品有：船用锚链、系泊链、浮标锚链、系留索。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种链条索具共固化工装，包括禁锢盒体、硅胶模具和若干个刚性支撑环，所述硅胶模具包括上模和下模，所述上模上设置有若干个凹槽Ⅰ和若干个凹槽Ⅱ，所述若干个凹槽Ⅰ和若干个凹槽Ⅱ依次交错设置，所述下模上设置有若干个凹槽Ⅲ和若干个凹槽Ⅳ，所述若干个凹槽Ⅲ和若干个凹槽Ⅳ依次交错设置，当上模和下模合模时，所述若干个凹槽Ⅰ和若干个凹槽Ⅲ一一对应组成若干个链环腔室Ⅰ，所述若干个凹槽Ⅱ和若干个凹槽Ⅳ一一对应组成若干个链环腔室Ⅱ，相邻的链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ呈±45°交错设置，环环相扣的链条索具坯料中的各链环依次匹配放置在链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ中，所述若干个刚性支撑环一一对应安装在链条索具坯料的各链环的内侧表面，所述硅胶模具填充在禁锢盒体内部。

进一步的，所述刚性支撑环包括若干个模块，所述若干个模块组装成封闭环形结构，所述环形结构的周向设置有环形凹槽，所述环形凹槽的截面呈U型，链条索具坯料的链环卡设在环形凹槽内部。

进一步的，所述刚性支撑环还包括环形卡箍，通过环形卡箍和螺丝将若干个模块固定在一起，所述环形卡箍设置有豁口。

进一步的，所述模块的数量为6-12个。

进一步的，环形卡箍的豁口的长度大于链条索具坯料中链环的截面直径。

进一步的，所述禁锢盒体为长方体或正方体。

进一步的，所述禁锢盒体上与链条索具的走向相垂直的两侧板材上均设置有贯通板材厚度的通孔。

进一步的，所述禁锢盒体上与链条索具的走向相垂直的一侧板材上设置有贯通板材厚度的通孔。

进一步的，所述禁锢盒体包括上盖板和下盒体，所述上盖板可拆卸固定在下盒体上。

本实用新型相对于现有技术的有益效果是：

本实用新型先预制多个首尾连接相互交错的复合纤维材料链条索具坯料，多个圆环坯料形成一条复合纤维材料链条索具坯料，将这一条复合纤维材料链条索具坯料的整段或者其中的一段，呈正负45°交叉方式放入链条索具共固化工装硅胶模具中进行高温高压固化，一次或多次循环使用该共固化工装，可形成一整条复合纤维材料链条索具，制造成本低且产能高。

本实用新型中的复合纤维材料优选连续碳纤维，碳纤维材料属于惰性材料，具有轻质高能的特性，且具有优异的力学性能以及可设计性能(当载荷平行于纤维时复合纤维材料的强度模量最高)。所以碳纤维产品相对传统金属材料产品的优点在于：

1.在链条索具总重量不变的前提下，可提升链条索具4-5倍长度，同理在不增加长度情况下可以降低链条驱动动力设备70％能耗输出(可将体积庞大的内燃机动力装置改用三相电机)。

2.碳纤维链条索具可防酸碱、防盐腐等，降低外界环境对索链表面引起的化学破坏力，实现防腐超过30年，提高使用寿命。

3.碳纤维链条索具对于X射线的吸收率非常低，非金属件不会产生磁化，具有绝缘性能等优点。

6.复合纤维材料成型过程无束缚，可最大化的利用结构力学优化圆环链的外形型面。

7.碳纤维链条索具所使用的连续碳纤维，先是环形缠绕，然后再径向包裹，提高碳纤维链条索具的强度。

8、在碳纤维链条索具坯料内侧加装刚性支撑环，保证在高温高压固化过程中圆环链中轴线内侧的型面保持不变，圆环链中轴线外侧的型面受到硅胶热膨胀压力后，排出纤维层间空气，降低纤维间的孔隙率，增加层间强度，提高拉力强度。

本实用新型中的工艺要点是：预制一条复合纤维材料的链条索具坯料后，再采用一体共固化合模工艺，制造出来一条复合纤维材料链条索具，产能大、成本低。复合纤维材料链条索具坯料在共固化合模模具中呈正负45°角度放置，这样可以把硅胶热膨胀产生的压力均匀的转换到复合纤维材料链条索具坯料中链环的各个型面上。用本实用新型的共固化工装可以一次性固化制造出多个链环的链条索具，减少时间成本。

附图说明

图1：硅胶模具上模结构示意图；

图2：硅胶模具下模结构示意图；

图3：上盖板结构示意图；

图4：下盒体结构示意图；

图5：禁锢盒体结构示意图；

图6：刚性支撑环结构示意图；

图7：刚性支撑环爆炸图；

图8：若干个刚性支撑环连接结构示意图；

图9：刚性支撑环安装结构示意图；

图10：链条索具结构示意图；

图11：链条索具坯料装配在硅胶模具中的结构示意图；

图中，0、禁锢盒体，1、硅胶模具，2、刚性支撑环，3、链条索具坯料，11、上模，12、下模，13、凹槽Ⅰ，14、凹槽Ⅱ，15、凹槽Ⅲ，16、凹槽Ⅳ，21、模块，22、环形凹槽，23、环形卡箍，24、豁口，0-1、通孔，0-2、上盖板，0-3、下盒体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

具体实施方式一：

一种链条索具共固化工装，包括禁锢盒体0、硅胶模具1和若干个刚性支撑环2，所述硅胶模具1包括上模11和下模12，所述上模11上设置有若干个凹槽Ⅰ13和若干个凹槽Ⅱ14，所述若干个凹槽Ⅰ13和若干个凹槽Ⅱ14依次交错设置，所述下模12上设置有若干个凹槽Ⅲ15和若干个凹槽Ⅳ16，所述若干个凹槽Ⅲ15和若干个凹槽Ⅳ16依次交错设置，当上模11和下模12合模时，所述若干个凹槽Ⅰ13和若干个凹槽Ⅲ15一一对应组成若干个链环腔室Ⅰ，所述若干个凹槽Ⅱ14和若干个凹槽Ⅳ16一一对应组成若干个链环腔室Ⅱ，相邻的链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ呈±45°交错设置，环环相扣的链条索具坯料3中的各链环依次匹配放置在链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ中，所述若干个刚性支撑环2一一对应安装在链条索具坯料3的各链环的内侧表面，所述硅胶模具1填充在禁锢盒体0内部。

进一步的，为了便于刚性支撑环2的安装与拆卸，所述刚性支撑环2包括若干个模块21，所述若干个模块21组装成封闭环形结构，所述环形结构的周向设置有环形凹槽22，所述环形凹槽22的截面呈U型，环形凹槽22的内部型面与链条索具坯料3的内侧型面一致，链条索具坯料3的链环卡设在环形凹槽22内部。

进一步的，所述刚性支撑环2还包括环形卡箍23，通过环形卡箍23将若干个模块21固定在一起，所述环形卡箍23设置有豁口24，链条索具坯料3能穿过豁口，套设在环形凹槽22内。

进一步的，所述模块21的数量为6-12个。

进一步的，所述豁口24的长度大于链条索具坯料3中链环的截面直径。

进一步的，所述禁锢盒体0为长方体或正方体。

进一步的，所述禁锢盒体0上与链条索具的走向相垂直的两侧或单侧板材上均设置有贯通板材厚度的通孔0-1。

所述禁锢盒体0包括上盖板0-2和下盒体0-3，所述上盖板0-2可拆卸固定在下盒体0-3上。

具体使用时，将预成型链条索具里的圆环定为N环,连接N环后面的环为N+1,连接N环前面的环为N-1，设定该N环的环径直径为D。采用授权公告号CN111745998B的发明专利中的工艺方法完成步骤一至步骤四。

步骤一、环向成型：形成链条环环向坯料；

步骤二、一次压型：形成链条环一次压型坯料；

步骤三、径向成型：形成链条环径向坯料；

步骤四、二次压型：经过二次压型后，重复步骤一至步骤四，形成链条索具坯料3。

步骤五、制备一体硅胶模具：计算出一次固化要求的链条环数，在电脑3D数模软件中，在该链条的数模上全部安装支撑环数模，并在这些链条环两端施加1KN左右相反的仿真拉力，使整根链条的环与环内侧之间呈90°角相互紧密接触，整根链条中的每个链环中轴线重合在一条直线上，根据3D模型链条图纸制造出1:1链环假体及支撑件，整根链环假体水平放置且两相邻链环呈-45°角和+45°角交错放置，链环假体及支撑件优选聚乙烯材料。根据一次能固化链条的长度计算出硅胶模具的总长度，并规划出硅胶成型箱体的长度和宽度，硅胶成型箱体的上盖板开有多个灌胶孔和出胶孔。利用支撑件将链环假体放置在硅胶成型箱体的中心处，再通过螺栓将上盖板紧密固定。在常温条件下，将双组分或多组分的硅胶粉按比例与蒸馏水混合，充分搅拌均匀后，用真空机和/或消泡剂进行彻底消泡处理。从硅胶成型箱体上盖板的灌胶孔灌入硅胶，当出胶孔有硅胶溢出后停止灌胶，为使硅胶在硅胶成型箱体中渗透均匀，可以小角度轻转动硅胶成型箱体几分钟即可，水平放置2小时以上，待硅胶凝固成型后卸下上盖板，从硅胶成型箱体的腔室中取出一体硅胶模具。

步骤六、优选钼丝线切割机床将一体硅胶模具在链环假体中心位置处水平抛开，硅胶模具与链环假体同时也被平均一分为二，把链环假体从硅胶模具中取出，得到左右对称的1/2的硅胶模具，切缝线宽控制在0.2mm以下。把1/2的硅胶模具(上模或下模)水平放置在工作台面上，将安装完刚性支撑环2的链条索具坯料3放入硅胶模具1的下模12中，因为硅胶是高弹性的高分子化合物，具有韧性和回弹性，在放置链条索具坯料3过程中可对阻挡的硅胶件进行适当的挤压和扭转，方便将链条索具坯料3镶嵌入硅胶模具1内，同理再将硅胶模具1的上模11扣在链条索具坯料3的上方，将合模完成的一体硅胶模具1放入禁锢盒体0中，禁锢盒体0腔室的内尺寸与硅胶模具1的外尺寸相吻合，禁锢盒体0的左右两侧或单侧的板材上设置有贯穿板材厚度的通孔，用于待固化链条以外的链环的引进和引出，硅胶模具1放入禁锢盒体0中，将链条索具共固化工装放置在加热装置(热压罐、热压机或固化炉)中，因固化的压力来自硅胶的热膨胀力，所以加热装置只提供温度即可。根据连续纤维复合材料的固化曲线要求，去进行温度工艺控制。当完成固化步骤后，当共固化工装温度降至60摄氏度以下，取出硅胶模具1，将上模11和下模12分开取出共固化后的链条，卸下每个链条环上的刚性支撑件，即得到一段共固化的链条索具。

步骤七、将共固化后的圆环链条索具轴向方向因合模产生的纤维飞边清除干净，根据工艺要求涂抹面漆。

在预制链条索具坯料3的各链环内侧加装刚性支撑环2；各链环的外侧使用硅胶包裹；因为链条索具在使用过程中，各链环之间内侧相互接触，加装刚性支撑环2可以保证接触面型面尺寸无公差。本实用新型通过设计合理的硅胶模具1，利用升温后硅胶热膨胀力对链环索具坯料3均匀挤压，增加树脂间流动，减少富胶或贫胶的产生，降低孔隙率，增强层间强度。

以上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 (9)

1.一种链条索具共固化工装，其特征在于：包括禁锢盒体(0)、硅胶模具(1)和若干个刚性支撑环(2)，所述硅胶模具(1)包括上模(11)和下模(12)，所述上模(11)上设置有若干个凹槽Ⅰ(13)和若干个凹槽Ⅱ(14)，所述若干个凹槽Ⅰ(13)和若干个凹槽Ⅱ(14)依次交错设置，所述下模(12)上设置有若干个凹槽Ⅲ(15)和若干个凹槽Ⅳ(16)，所述若干个凹槽Ⅲ(15)和若干个凹槽Ⅳ(16)依次交错设置，当上模(11)和下模(12)合模时，所述若干个凹槽Ⅰ(13)和若干个凹槽Ⅲ(15)一一对应组成若干个链环腔室Ⅰ，所述若干个凹槽Ⅱ(14)和若干个凹槽Ⅳ(16)一一对应组成若干个链环腔室Ⅱ，相邻的链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ呈±45°交错设置，环环相扣的链条索具坯料(3)中的各链环依次匹配放置在链环腔室Ⅰ和链环腔室Ⅱ中，所述若干个刚性支撑环(2)一一对应安装在链条索具坯料(3)的各链环的内侧表面，所述硅胶模具(1)填充在禁锢盒体(0)内部。

2.根据权利要求1所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述刚性支撑环(2)包括若干个模块(21)，所述若干个模块(21)组装成封闭环形结构，所述环形结构的周向设置有环形凹槽(22)，所述环形凹槽(22)的截面呈U型，链条索具坯料(3)的链环卡设在环形凹槽(22)内部。

3.根据权利要求2所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述刚性支撑环(2)还包括环形卡箍(23)，通过环形卡箍(23)和螺丝将若干个模块(21)固定在一起，所述环形卡箍(23)设置有豁口(24)。

4.根据权利要求2所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述模块(21)的数量为6-12个。

5.根据权利要求3所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：环形卡箍(23)的豁口(24)的长度大于链条索具坯料(3)中链环的截面直径。

6.根据权利要求1所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述禁锢盒体(0)为长方体或正方体。

7.根据权利要求1所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述禁锢盒体(0)上与链条索具的走向相垂直的两侧板材上均设置有贯通板材厚度的通孔(0-1)。

8.根据权利要求1所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述禁锢盒体(0)上与链条索具的走向相垂直的一侧板材上设置有贯通板材厚度的通孔(0-1)。

9.根据权利要求1所述的一种链条索具共固化工装，其特征在于：所述禁锢盒体(0)包括上盖板(0-2)和下盒体(0-3)，所述上盖板(0-2)可拆卸固定在下盒体(0-3)上。

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