RU2054358C1 - Method of obtaining complex-shaped laminated articles by winding and the winding for its realization - Google Patents
Method of obtaining complex-shaped laminated articles by winding and the winding for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2054358C1 RU2054358C1 SU5006840A RU2054358C1 RU 2054358 C1 RU2054358 C1 RU 2054358C1 SU 5006840 A SU5006840 A SU 5006840A RU 2054358 C1 RU2054358 C1 RU 2054358C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- mandrel
- angle
- technological
- rotation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии и оснастке изготовления из композиционных материалов изделий сложной формы методами намотки. The invention relates to technology and tooling for the manufacture of composite products of complex shape by winding methods.
Известны в производстве изделий из композиционных материалов способы намотки различных оболочек сложной формы типа тороидов, призматических и коробчатых изделий постоянного многоугольного выпуклого некруглого сечения за счет относительных движений раскладчиков и наматываемой поверхности в пределах рабочей зоны станка, обычно с числовым программным управлением, при этом намотка осуществляется по законам геодезических линий с задаваемым углом входа или с незначительным отклонением от геодезии однонаправленно, т.е. с вращением вокруг продольной оси в одну сторону. Known in the manufacture of products from composite materials are methods of winding various shells of complex shape such as toroids, prismatic and box-shaped products of constant polygonal convex non-circular cross section due to the relative movements of the layers and the wound surface within the working area of the machine, usually with numerical control, while winding is carried out by laws of geodesic lines with a specified entry angle or with a slight deviation from geodesy unidirectionally, i.e. with rotation around the longitudinal axis in one direction.
Известные способы получения слоистых оболочек методами намотки включают формирование расчетной модели и пространственной траектории движения рабочего органа относительно поверхности оправки, формообразование слоев и отверждение [1]
Известны также оправки для изготовления намоткой изделий сложной формы, содержащие участок основной части изделия и технологические днища [2]
При намотке многослойных оболочек сложной формы не тел вращения из-за неравномерности давления по контуру сечения и локального выдавливания связующего образуются утолщения наматываемого пакета, которые механически удаляют и тем самым снижается прочность изделия.Known methods for producing layered shells by winding methods include the formation of a calculation model and the spatial path of the working body relative to the surface of the mandrel, the formation of layers and curing [1]
Also known are mandrels for manufacturing wound products of complex shape, containing a portion of the main part of the product and technological bottoms [2]
When winding multilayer shells of complex shape not of rotation bodies, due to pressure non-uniformity along the section contour and local extrusion of the binder, thickenings of the wound package are formed, which mechanically remove and thereby reduce the strength of the product.
Особенно проблематичным остается вопрос намотки оболочек некруглого сечения изделий типа лонжерона лопасти винта вертолета со сложной формой поверхности, на которой, если удается описать поверхность математически, геодезические линии рисунка намотки при реализации известными численными методами задают кусочно-прерывными функциями, что требует для каждого меридионального сечения по классическим методам описания процесса задавать строго однозначную связь с начальной точкой по периметру исходного поперечного сечения. Для каждой единичной ленты слоя для таких поверхностей требовалась своя управляющая программа, даже если поверхность изделий отвечает условию наматываемости, а рисунок намотки условию сплошности на рассматриваемой поверхности. Разработать управляющую многокоординатную программу известными способами практически не удавалось, несмотря на определенные попытки. Тем более проблематична ее отладка, корректировка и эксплуатация. Например, введение коррекции при известном способе разработки управляющей программы задача более сложная, чем разработка самой программы. Particularly problematic is the issue of winding shells of a non-circular cross section of products such as a spar of a rotor blade of a helicopter with a complex surface shape on which, if it is possible to describe the surface mathematically, the geodesic lines of the winding pattern, when implemented by known numerical methods, specify piecewise discontinuous functions, which requires for each meridional classical methods for describing the process to set a strictly unambiguous relationship with the starting point along the perimeter of the original cross section. For each unit layer ribbon for such surfaces, its own control program was required, even if the surface of the products meets the winding condition, and the winding pattern corresponds to the continuity condition on the surface under consideration. It was practically not possible to develop a control multi-coordinate program by known methods, despite certain attempts. Especially problematic is its debugging, adjustment, and operation. For example, the introduction of correction with the known method of developing a control program is a more complicated task than the development of the program itself.
При рассмотренных способах проблематично использование намоточных устройств, содержащих несколько синхронных головок. Проблематична намотка с малыми углами α < 30o, особенно оболочек изделий, не имеющих днищ, а также изделий, получаемых на нежестких оправках сложной формы. Не на всех желаемых рисунках намотки, назначаемых конструктором изделия типа лонжерона лопасти винта вертолета, возможна сплошность наматываемого слоя при известных способах его получения.With the considered methods, it is problematic to use winding devices containing several synchronous heads. Winding with small angles α <30 o is problematic, especially for shells of products without bottoms, as well as products obtained on non-rigid mandrels of complex shape. Not on all the desired winding patterns assigned by the designer of a product such as a helicopter propeller blade spar, the continuity of the wound layer is possible with known methods for producing it.
Довольно часто поверхности типа лонжерона лопасти винта вертолета и другие аналогичные аэродинамические поверхности получают экспериментально, с помощью плазов и других видов шаблонов, т.е. без математического описания. В этих случаях вопросы задания рисунков намотки известными способами не определяемы. Quite often, surfaces such as a spar of a helicopter rotor blade and other similar aerodynamic surfaces are obtained experimentally using plazas and other types of patterns, i.e. without mathematical description. In these cases, the questions of setting winding patterns by known methods are not defined.
Целью изобретения является получение сплошных и устойчивых слоев на различных оправках изделий сложной формы поверхности не тел вращения с большим отношением длины к периметру поперечного сечения, описываемой последовательностями неодинаковых кусочно-прерывных функций, и на оправках с плазовыми экспериментально полученными поверхностями, а также повышение производительности процесса спиральной намотки и качестве таких оболочек. The aim of the invention is to obtain continuous and stable layers on various mandrels of products of complex shape of the surface of non-rotating bodies with a large ratio of length to the perimeter of the cross section described by sequences of unequal piecewise discontinuous functions, and on mandrels with experimentally obtained surfaces, and also to increase the productivity of the spiral process winding and the quality of such shells.
Цель достигается тем, что в способе, включающем формирование расчетной модели и пространственной траектории движения рабочего органа относительно поверхности оправки, определение поправок, формообразование слоев и отверждение, расчетную модель оправки в виде непрерывной совокупности приведенных поверхностей формы тел вращения с периметрами в поперечных сечениях, отвечающих условию Вгм ≥ bро, где bгм периметр сечения, перпендикулярного продольной оси в рассматриваемых точках геометрической модели; bро периметр сечения, перпендикулярного продольной оси в аналогичных точках реальной оправки, при этом и в рабочей зоне станка задают зону траектории движения исполнительного органа, ограничиваемую образующей, построенной с технологическим зазором по наиболее радиально удаленным точкам поперечных сечений технологической оправки, затем определяют суммарный угол поворота исполнительного органа по первоначально заданному рисунку намотки за цикл укладки ленты и заменяют этот угол на ближайший угол поворота, исходя из условий сплошности и заходности в соответствии с зависимостью
CΣ= 2πn ± ± где CΣ суммарный угол поворота за цикл по условию заходности;
n количество полных оборотов средней линии рисунка намотки за цикл;
m число, указывающее заходность рисунка намотки (1 одно, 2 двух, 3 трехзаходный и т.д.);
Ci= угол поворота на смещение между двумя соседними лентами слоя;
l ширина ленты;
α угол намотки (т.е. угол между линией рисунка намотки и меридианом в рассматриваемой точке поверхности);
R максимальный радиус поверхности модели, при выбранной минимально заходности m определяют и вносят поправки в соответствии с CΣ в первоначально заданный рисунок намотки, далее определяют узловые точки цилиндрического закона движения, задающего цикл виток слоя с отклонением от геодезии в пределах условия ±Φ < f, где Φ угол отклонения от геодезии; f угол трения наматываемого материала и поверхности, после чего многораскладочным раскладчиком формируют слой, затем для каждого последующего слоя измеряют габаритные размеры намотанной оболочки, вводят новые размеры в циклический закон движения формообразующего слоя, а направление поворота линии рисунка намотки при формировании последующего слоя меняют на противоположное.The goal is achieved in that in a method including the formation of a calculation model and a spatial trajectory of the working body relative to the surface of the mandrel, determining corrections, shaping the layers and curing, the calculation model of the mandrel in the form of a continuous set of reduced surfaces of the shape of bodies of revolution with perimeters in cross sections meeting the condition In gm ≥ b ro , where b gm is the perimeter of the cross section perpendicular to the longitudinal axis at the points of the geometric model under consideration; b ro perimeter section perpendicular to the longitudinal axis in similar locations real mandrel, wherein in the working area of the machine set zone trajectory executive authority limiting manner constructed with technological gap by the most radially distant points of cross-sections process the mandrel, and then determine the total rotation angle the executive body according to the initially specified winding pattern for the tape laying cycle and replace this angle with the nearest rotation angle, based on the conditions of continuity and and reliance in accordance with the dependence
C Σ = 2πn ± ± where C Σ is the total angle of rotation per cycle according to the condition;
n the number of full revolutions of the middle line of the winding pattern per cycle;
m is a number indicating the occurrence of the winding pattern (1 single, 2 two, 3 three-way, etc.);
C i = the angle of rotation at the offset between two adjacent ribbons of the layer;
l tape width;
α winding angle (i.e., the angle between the winding line and the meridian at the surface point in question);
R the maximum radius of the surface of the model, at the selected minimum set m, is determined and corrected in accordance with C Σ in the initially specified winding pattern, then the nodal points of the cylindrical law of motion, which defines the loop cycle of the layer with deviation from geodesy within the limits of the condition ± Φ <f, are determined where Φ is the angle of deviation from geodesy; f is the angle of friction of the material being wound and the surface, after which a layer is formed by a multi-folding laying device, then the dimensions of the wound shell are measured for each subsequent layer, new dimensions are introduced into the cyclic law of motion of the forming layer, and the direction of rotation of the winding pattern line when forming the next layer is reversed.
Способ также отличается тем, что при неподвижной оправке малой жесткости ее поддерживают снабженными поперечными опорами промежуточными манипуляторами, имеющими приводы, управляемые сигналами датчиков, переключаемыми продольно перемещаемым намоточным устройством. The method also differs in that, with a fixed mandrel of low rigidity, it is supported by intermediate manipulators equipped with transverse supports, having actuators controlled by sensor signals switched by a longitudinally movable winding device.
Кроме того, способ отличается тем, что при формировании многослойных оболочек, не имеющих повышенных технико-технологических требований, направление поворота линии рисунка намотки меняют через несколько слоев. In addition, the method is characterized in that when forming multilayer shells that do not have high technical and technological requirements, the direction of rotation of the winding pattern line is changed through several layers.
В оправке, содержащей участок основной части изделия и технологические днища, между участком основной части изделия и технологическими днищами монтируют участки плавно соединяемых линейных переходов от основной части оправки к перпендикулярному ее оси круговому периметру максимального сечения днища с узлами переходов γ, пропорциональными наименьшим углам намотки α на этих участках, а технологические днища в своих максимальных сечениях снабжены участками цилиндрических или конических стабилизационных поясков. In a mandrel containing a section of the main part of the product and technological bottoms, between sections of the main part of the product and technological bottoms, sections of smoothly connected linear transitions from the main part of the mandrel to the circular perimeter of the maximum section of the bottom perpendicular to its axis with transition nodes γ proportional to the smallest winding angles α on these sections, and the technological bottoms in their maximum sections are equipped with sections of cylindrical or conical stabilization belts.
На фиг. 1-9 показана оправка в двух проекциях; на фиг. 10-12 показан станок с числовым программным управлением для реализации намотки на оправку технологическую; на фиг. 13-16 показана в двух проекциях оправка с днищами; на фиг. 17 показана расчетная геометрическая модель оправки; на фиг. 18 показана траектория движения Ti.Tj головок; на фиг. 19-22 показана намотка слоя с последовательностью лент соответственно с опережением и отставанием; на фиг. 23 показана намотка лент в зоне цапфы; на фиг. 24-34 показано в двух проекциях формирование изделия на оправке в различных по форме сечениях.In FIG. 1-9 shows the mandrel in two projections; in FIG. 10-12 shows a machine with numerical control for implementing winding on a technological mandrel; in FIG. 13-16 shows in two projections a mandrel with bottoms; in FIG. 17 shows the calculated geometric model of the mandrel; in FIG. 18 shows the trajectory of movement of T i .T j heads; in FIG. 19-22 shows the winding layer with a sequence of tapes, respectively, ahead and backward; in FIG. 23 shows the winding of tapes in the trunnion area; in FIG. 24-34 shows in two projections the formation of a product on a mandrel in sections of various shapes.
Способ осуществляется на намоточном станке. The method is carried out on a winding machine.
Станок имеет станину 1 модульной конструкции, на которой расположены опорные бабки 2, снабженные распорными пинолями 3 с патронами 4 для закрепления технологической оправки 5, каретка 6 с многораскладочным намоточным устройством 7, приводом 8 каретки 6, приводом 9 раскладчиков, приводом 10 намоточного устройства, промежуточные манипуляторы 11, снабженные поперечными опорами 12. На станине 1 расположены также датчики 13 переключения манипуляторов 11 кареткой 6 намоточного устройства 7. Намоточное устройство 7 станка смонтировано в корпусе 14 и закреплено на каретке 6. На поворотном погоне 15 (см. фиг. 3 и 4) намоточного устройства расположены раскладчики с самоустанавливающимися вокpуг осей I-I раскладочными головками 16, которые помимо вращения вокруг оси погона (оси оправки) от привода 10 намоточного устройства имеют и возвратно-поступательные независимые радиальные движения от привода 9. При этом раскладочные головки 16 с возможностью самоустанова вокруг осей I-I смонтированы на держателях 17. The machine has a
Держатели 17 вместе с головками 16, в свою очередь, имеют возможность наладочного поворота вокруг осей II-II и фиксируются фиксаторами 18 в правом или левом положении (см. фиг. 3 и 4) относительно штанг 19 с направляющими под ролики 20. Штанга 19 снабжена рейками 21 с приводными шестернями 22 на осях 23. Раскладочные головки 16 имеют раскладочные ролики 24, которые с перевалочными роликами 25 установлены или на дополнительных самоустанавливающихся вокруг осей III-III втулках 26, смонтированных в раскладочных головках 16, или непосредственно установлены в самих раскладочных головках 16. На погоне 15 также установлены катушки 27 для приема разделительной подложки, бобины 28 с наматываемым материалом 29, натяжительные устройства 30, ролики 31 лентотрактов. Последний ролик группы 31 (см. фиг. 4) касателен к оси I-I в левом положении раскладочной головки 16 (для левого вращения поворотного погона 15), а для правого вращения погона 15 (см. фиг. 3) имеется ролик 32, который касателен к оси I-I в правом положении раскладочной головки 16. К торцам 33 оправки 5 прикреплены технологические днища 34 и 35 с зонами а и б круговых сечений А-А и И-И и с участками в и г плавных переходов 36 и 37 от оправки 5 изделия к периметрам максимальных круговых сечений 38 и 39. На фиг. 6 показана расчетная геометрическая модель 40 оправки 6. На фиг. 7 показана траектория движения Т1-Tjраскладочных головок 16. Независимо от профиля поперечного сечения наматываемой оправки возможно формирование слоя последовательностью лент 41 "с опережением" или с "отставанием" (фиг. 8, 9). В зоне цапфы слои 42-44 многослойной оболочки укладывают по разным управляющим программам с траекториями Т11, Т12, Т13 и с минимальным зазором ρ.The
Данный способ предполагает получение изделий различного сечения, длины, с законцовками, днищами и без них. This method involves obtaining products of various sections, lengths, with tips, bottoms and without them.
Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.
На первом этапе разрабатывают и изготавливают технологическую оправку 5. Для этого к торцам 33 оправки изделия (см. фиг. 5) монтируют технологические днища 34 и 35 с зонами а и б круговых сечений А-А и И-И в плоскостях, перпендикуляpных оси вращения рисунка намотки (оси установки оправки), и с участками в и г плавных переходов 36 и 37 к перпендикулярным оси установки оправки периметрам максимальных сечений 38 и 39 днищ 34 и 35 с углами переходов γi, пропорциональными наименьшим углам намотки α на этих участках. Затем на следующем этапе формируют геометрическую расчетную модель 40 технологической оправки 5 (см. фиг. 6) в виде непрерывной совокупности органического минимального количества Н участков 1, 11, Н, приведенных элементарных поверхностей формы тел вращения с диаметрами D1, D2, D3, DH+1 соединения этих элементарных тел вращения с входными углами α1,α2,α3, αН+1 рисунка намотки и с периметрами в текущих поперечных сечениях, отвечающих условию
bгм ≥ bро, (1) где bгм периметр сечения, перпендикулярного продольной оси в рассматриваемых точках геометрической модели;
bро периметр сечения, перпендикулярного продольной оси в аналогичных точках реальной оправки.At the first stage, a
b gm ≥ b ro , (1) where b gm is the perimeter of the cross section perpendicular to the longitudinal axis at the points of the geometric model under consideration;
b ro perimeter section perpendicular to the longitudinal axis points in similar real mandrel.
Условие (1) формирования расчетной модели такой технологической оправки задают для формирования необходимого количества лент для получения слоя
K
(2) где К количество лент, необходимых для слоя;
α угол намотки (т.е. угол между линией рисунка намотки и меридианом в рассматриваемой точке);
l ширина ленты;
bгм из условия (1).Condition (1) for the formation of the calculation model of such a technological mandrel is set to form the required number of tapes to obtain a layer
K
(2) where K is the number of tapes required for the layer;
α winding angle (i.e., the angle between the winding line and the meridian at the point in question);
l tape width;
b um from condition (1).
При этом в соответствии с выражением (3)
Δbот=
(3) задают Δ bст относительную величину перекрытия лент в слое.Moreover, in accordance with the expression (3)
Δb from =
(3) set Δ b article the relative amount of overlap of the tapes in the layer.
В рабочей зоне станка задают зону расположения траектории рабочего органа (раскладочных головок), ограничиваемую образующей Т1, Т2, Т3, Тj, построенной (см. фиг. 7) прямыми линиями и с заходом (например, эквидистантным) за днища по наиболее радиально удаленным точкам поперечных сечений реальной технологической оправки с технологическим зазором ρi. При этом образующую самой траектории в отмеченной рабочей зоне задают или по образующей Т1, Т2, Т3, Тj, или линией, близкой к ней.In the working area of the machine, the area of the trajectory of the working body (folding heads) is defined, limited by the generatrix T 1 , T 2 , T 3 , T j constructed (see Fig. 7) by straight lines and with approach (for example, equidistant) over the bottoms along the most radially remote cross-sectional points of a real technological mandrel with a technological gap ρ i . In this case, the generatrix of the trajectory itself in the marked working area is set either along the generatrix T 1 , T 2 , T 3 , T j , or by a line close to it.
На этапе разработки управляющей программы для контрольной намотки выполняют оценочный расчет С суммарного угла поворота раскладочных головок по первоначально заданному рисунку намотки за цикл укладки единичной ленты и заменяют угол С на угол поворота CΣ, исходя из условий заходности рисунка намотки, выражаемого зависимостью (4)
CΣ= 2πn ± ±
(4) где CΣ суммарный угол поворота за цикл по условию заходности;
n количество полных оборотов средней линии рисунка намотки за цикл;
m число, указывающее заходность рисунка намотки (1 одно, 2 двух, 3 трехзаходный и т.д.);
Ci= угол поворота на смещение между двумя соседними лентами слоя;
l ширина ленты;
α угол намотки (т.е. угол между линией рисунка намотки и меридианом в рассматриваемой точке поверхности);
R максимальный радиус поверхности модели, и при минимально допустимом m определяют узловые точки циклической управляющей программы. Условия периметров (1), необходимого количества лент (2) и заходности (4) определяют комплексное геометрическое условие сплошности. При очевидности первых двух слагаемых в выражении заходности (4) третье слагаемое в зависимости от знака определяет последовательность укладки лент: "с опережением", т.е. с увеличением угла поворота на (см. фиг. 8), или "с отставанием", т.е. уменьшением угла поворота на (см. фиг. 9) за цикл укладки ленты слоя.At the stage of development of the control program for the control winding, an estimated calculation C is performed of the total rotation angle of the folding heads according to the initially specified winding pattern for the installation cycle of a single tape and the angle C is replaced by the rotation angle C Σ , based on the conditions for the winding pattern, expressed by the dependence (4)
C Σ = 2πn ± ±
(4) where C Σ is the total angle of rotation per cycle according to the set condition;
n the number of full revolutions of the middle line of the winding pattern per cycle;
m is a number indicating the occurrence of the winding pattern (1 single, 2 two, 3 three-way, etc.);
C i = the angle of rotation at the offset between two adjacent ribbons of the layer;
l tape width;
α winding angle (i.e., the angle between the winding line and the meridian at the surface point in question);
R is the maximum radius of the surface of the model, and for the minimum allowable m determine the nodal points of the cyclic control program. The conditions of the perimeters (1), the required number of tapes (2) and the lead-in (4) determine the complex geometric condition of continuity. If the first two terms in the expression of input (4) are obvious, the third term depending on the sign determines the sequence of laying the tapes: “ahead of schedule”, i.e. with an increase in the angle of rotation by (see Fig. 8), or "with a lag", i.e. decreasing the angle of rotation by (see Fig. 9) per cycle of laying the tape layer.
На фиг. 8 и 9 символами С и С изображены фазовые углы поворота, соответствующие последним двум членам правой части выражения (4).In FIG. 8 and 9 with C and C phase rotation angles corresponding to the last two terms of the right-hand side of expression (4) are shown.
Затем осуществляют контрольную циклическую намотку на технологическую оправку. На этапе определения поправок измеряют границы намотанных участков, выявляют участки, не отвечающие условию наматываемости, а также участки неустойчивой намотки. К не отвечающим условию наматываемости относят участки, на которых выявляют при используемых углах (рисунках) намотки неприлегание намотанных лент к поверхности оправки, т.е. наличие "воздушных клиньев" между лентами слоя и поверхностью. К участкам неустойчивой намотки относят участки, на которых выявляют оползание лент с (выступов и ребер) поверхности. На рассматриваемых оправках изделий со сложной формой поверхности не тел вращения и с большим отношением длины к периметру поперечного сечения для ликвидации этих ситуаций задают поправки по рисунку намотки на входной угол намотки α и соответственно на заходность m с отклонением от геодезии в пределах угла Φ в соответствии с выражением (5)
±Φ< f, (5) где f угол трения наматываемого материала и поверхности.Then carry out the control cyclic winding on the technological mandrel. At the stage of determining the amendments, the boundaries of the wound sections are measured, the sections that do not meet the winding condition, as well as the unstable winding sections, are identified. Areas that do not meet the winding condition include areas on which, at the used angles (drawings) of the winding, the non-adhesion of the wound tapes to the surface of the mandrel is detected, i.e. the presence of "air wedges" between the ribbons of the layer and the surface. The areas of unstable winding include areas in which the slipping of tapes from (protrusions and ribs) surfaces is detected. On the considered mandrels of products with a complex shape of the surface of bodies of revolution and with a large ratio of the length to the perimeter of the cross section, to eliminate these situations, corrections are made according to the winding pattern for the input winding angle α and, accordingly, for the approach m with deviation from geodesy within the angle Φ in accordance with expression (5)
± Φ <f, (5) where f is the friction angle of the wound material and the surface.
При соблюдении условия наматываемости условие (5) задают как условие устойчивости. Subject to the winding condition, condition (5) is set as a stability condition.
На этапе разработки управляющих программ намотки последовательности слоев осуществляют разработку комплекта циклических управляющих программ намотки с различными (см. фиг. 10) Т11, Т12, Т13, траекториям движения раскладчиков, учитывающих изменения размеров оправки после формирования предыдущих слоев и с противоположными направлениями поворота линий рисунка намотки. На этапе формообразования оболочки (см. фиг. 11) по программам осуществляют спиральную намотку чередующихся разнонаправленных слоев. Для этого в управляющее устройство числового программного управления (на чеpтежах не показано) вводят очередную управляющую программу. Если очередная управляющая программа предназначена для правого вращения рисунка намотки (см. фиг. 3), то раскладочные головки 16 осями I-I за держатели 19 устанавливают вокруг осей II-II в правом положении относительно штанг 19 и фиксируют в таком положении фиксаторами 18. Наматываемый материал 29 с бобин-накопителей 28 заправляют через ролики 31, натяжители 30, ролики 32 (касательных осей I-I в правом положении раскладочных головок) и далее через приемные ролики головок 16 и раскладочные ролики 24 этих головок закрепляют за оправку 5. Разделительные подложки с бобин 28 заправляют на приемные катушки 27. В процессе намотки под действием натяжения наматываемого материала головки 16 устанавливают вокруг осей I-I самоустанова, а в головках с расположением раскладочных роликов 24 на дополнительных втулках 26 самоустанов осуществляется одновременно и втулок 26 относительно дополнительных осей III-III самоустанова.At the stage of developing control programs for the winding of a sequence of layers, a set of cyclic control programs for winding with different (see Fig. 10) T 11 , T 12 , T 13 , paths of the layouts, taking into account changes in the dimensions of the mandrel after the formation of the previous layers and with opposite directions of rotation, are developed winding pattern lines. At the stage of shaping the shell (see Fig. 11), the programs carry out spiral winding of alternating multidirectional layers. To do this, the next control program is entered into the control device of numerical program control (not shown in the drawings). If the next control program is designed for the right rotation of the winding pattern (see Fig. 3), then the folding heads 16 with the II axes for the
Траектория движения раскладочных роликов 24 формируется движением Z каретки 6, вращением С погона 15, радиальными движениями Х раскладочных головок 16. The trajectory of the
После намотки слоя или (в зависимости от технологических требований) нескольких слоев в одну сторону (см. фиг. 3) для того, чтобы исключить появление "бульб" в зонах ребер, вводят в управляющее устройство числового программного управления новую управляющую программу для намотки последующего слоя (слоев) с вращением рисунка намотки в другую сторону С (см. фиг. 4). Перед этим осуществляют расфиксацию фиксаторов 18: поворачивают раскладочные головки 16 осями I-I вокруг осей II-II в левое смежное положение относительно штанг 19 и фиксируют в таком положении фиксаторами 18. Наматываемый материал 29 с бобин накопителей 28 закрепляют через натяжители 30 и ролики 31, далее заправку осуществляют через приемные ролики головок 16 и раскладочные ролики 24 этих головок с закреплением за оправку 5. Аналогично используют катушки 27 для приема разделительной подложки. After winding a layer or (depending on technological requirements) several layers in one direction (see Fig. 3) in order to exclude the appearance of "bulbs" in the areas of the ribs, a new control program is introduced into the control unit for numerical program control for winding the subsequent layer (layers) with rotation of the winding pattern to the other side C (see Fig. 4). Before this, the
Теми же исполнительными органами формируют траекторию движения раскладочных роликов 24, но вращение погона 15 при этом осуществляют по направлению С (см. фиг. 4), противоположному фиг. 3. The same executive bodies form the trajectory of the
При неподвижных оправках малой жесткости (см. фиг. 2) их растягивают в опорах за цапфы усилиями F1 -F2 и дополнительно поддерживают снабженными поперечными опорами 12 промежуточными манипуляторами 11, которые подводят к оправке 5 и отводят от нее приводами, управляющими сигналами датчиков 13, переключаемых кареткой 6 продольно перемещаемого намоточного устройства 7. По мере набора слоев оболочки осуществляют и последовательную смену циклических управляющих программ.With stationary mandrels of low rigidity (see Fig. 2), they are stretched in the supports behind the trunnion by forces F 1 -F 2 and additionally supported by
При использовании плоских, например ромбообразных, днищ момент реверса на днищах раскладочной головки осуществляют при одной и той же фазе поворота плоскости днища, а величину продольного перемещения за цикл спиральной намотки каждой единичной ленты в пределах слоя изменяют на постоянный шаг, пропорциональный ширине используемой ленты, и углу намотки α, т.е. в этом случае тоже удается создать упрощенную управляющую программу намотки. When using flat, for example, rhomboid, bottoms, the reverse moment on the bottoms of the folding head is carried out at the same phase of rotation of the bottom plane, and the longitudinal displacement for the spiral winding cycle of each single tape within the layer is changed by a constant pitch proportional to the width of the tape used, and winding angle α, i.e. in this case, it is also possible to create a simplified winding control program.
Полученную после намотки и отверждения многослойную оболочку подвергают последующей обработке. Для этого в одних конструкциях удаляют технологическую оправку и отрезают технологические днища, в других конструкциях в состав оправки в качестве комлевой заделки изделия входит специальное днище, которое остается вместе с изделием. Формы комлевой заделки оболочек лонжеронов весьма разнообразны. The multilayer shell obtained after winding and curing is subjected to further processing. To do this, in some designs the technological mandrel is removed and the technological bottoms are cut off, in other designs, the mandrel as a butt seal of the product includes a special bottom that remains with the product. The forms of butt sealing of the spar shells are very diverse.
П р и м е р. Выполнены цельнонамотанные лонжероны лопастей винтов вертолета (см. фиг. 1). Длина L8800 мм; в поперечном максимальном размере Х 270 мм. Количество слоев Н 12; ширина препрега l 15 мм; расстояние между средними линиями препрега h 12 мм; коэффициент относительного перекрытия Δ b 0,154; заходность m 1. Суммарный угол поворота рисунка намотки первого слоя CΣ1 8300о, суммарный угол поворота рисунка намотки последнего слоя CΣH 8301l58о, Угол намотки при входе на комлевую часть Lвх145о; угол намотки при входе на управляемое технологическое днище Lвхn 30о. Наибольшая толщина набранной слоистой оболочки t 8 мм без прокладок; t 24 мм с прокладками. Армирующий материал стекловолокно; связующее ЭДТ-10П; количество одновременно работающих раскладочных головок 4.PRI me R. Fully-wound spars of helicopter propeller blades were made (see Fig. 1). Length L8800 mm; in the transverse maximum size X 270 mm. The number of
Отверждение: полимеризация и опрессовка в автоклаве с электрообогревом и цулагами. Изготовленная партия лонжеронов прошла динамические испытания по специальной программе на формированных режимах. Образцы набраны 100·106 специальных усиленных циклов без разрушений. Коэффициент использования материала (KИМ) ≈ 0,9.Curing: polymerization and pressure testing in an autoclave with electric heating and tsulag. The manufactured batch of side members passed dynamic tests according to a special program in the formed modes. Samples collected 100 · 10 6 special reinforced cycles without destruction. The utilization of the material (KIM) ≈ 0.9.
Характеристика рабочей зоны станка: диаметр рабочей зоны Dр.з 500 мм; максимальное расстояние между патронами Zм10000 мм.The characteristic of the working area of the machine: the diameter of the working area D r.z 500 mm; maximum distance between cartridges Z m 10000 mm.
Таким образом изобретение обеспечивает формирование циклической спиральной многораскладочной намоткой сплошных устойчивых слоев многослойных оболочек на оправках изделий сложной формы поверхности не тел вращения с большим отношением длины к периметру поперечного сечения. Thus, the invention provides for the formation of cyclic spiral multi-folding winding of continuous stable layers of multilayer shells on the mandrels of products of complex shape of the surface of non-rotating bodies with a large ratio of length to perimeter of the cross section.
Claims (4)
Bр . м ≥ Bт . о,
где Bр . м - периметр сечения, перпендикулярного к продольной оси в рассматриваемых точках расчетной модели;
Bт . о - периметр сечения, перпендикулярного к продольной оси в аналогичных точках технологической оправки,
при этом в рабочей зоне станка задают зону траекторий движения исполнительного органа, ограничиваемую образующей, построенной с технологическим зазором по наиболее радиально удаленным точкам поперечных сечений реальной, технологической оправки, затем определяют суммарный угол поворота исполнительного органа по первоначально заданному рисунку намотки за цикл укладки ленты и заменяют этот угол на ближайший угол поворота, исходя из условий сплошности и заходности в соответствии с зависимостью
где CΣ - суммарный угол поворота за цикл по условию заходности и сплошности;
n - количество полных оборотов в средней линии рисунка намотки за цикл;
m - число, указывающее заходность рисунка намотки;
- угол поворота на смещение между соседними лентами слоя;
l - ширина ленты;
a - угол намотки, т.е. угол между линией рисунка намотки и меридианом в рассматриваемой точке поверхности;
R - максимальный радиус поверхности расчетной модели,
при выбранной минимальной заходности m определяют и вносят поправки в соответствии с CΣ в первоначально заданный рисунок намотки, далее определяют узловые точки циклического закона движения, задающего цикл-виток слоя с отклонением от геодезии в пределах условия ± Φ <f, где Φ - угол отклонения от геодезии, f - угол трения наматываемого материала и поверхности, после чего многораскладочным раскладчиком формируют слой, затем для каждого последующего слоя измеряют габаритные размеры намотанной оболочки, вводят новые размеры в циклический закон движения формообразующего слоя, а направление поворота линии рисунка намотки при формировании последующего слоя меняют на противоположные.1. The method of obtaining by winding layered products of complex shape, including the formation of a calculation model and the spatial path of the working body relative to the surface of the mandrel, determining corrections and shaping of the layers and curing, characterized in that the calculation model is formed in the form of a continuous set of reduced surfaces of the shape of bodies of revolution with perimeters in cross sections meeting the condition
B r . m ≥ B t . oh
where B r . m is the perimeter of the cross section perpendicular to the longitudinal axis at the considered points of the calculation model;
B t. about - the perimeter of the cross section perpendicular to the longitudinal axis at similar points of the technological mandrel,
at the same time, in the working area of the machine, the area of the paths of movement of the executive body is defined, which is limited by the generatrix constructed with the technological gap at the most radially remote points of the cross sections of the real, technological mandrel, then the total angle of rotation of the executive body is determined from the initially specified winding pattern for the tape laying cycle and replaced this angle to the nearest angle of rotation, based on the conditions of continuity and lead in accordance with the dependence
where C Σ is the total angle of rotation per cycle according to the condition of continuity and continuity;
n is the number of full revolutions in the midline of the winding pattern per cycle;
m is a number indicating the winding pattern;
- the angle of rotation at the offset between adjacent ribbons of the layer;
l is the width of the tape;
a is the winding angle, i.e. the angle between the winding line and the meridian at the surface point in question;
R is the maximum surface radius of the calculation model,
at the selected minimum input m, determine and make corrections in accordance with C Σ to the initially specified winding pattern, then determine the nodal points of the cyclic law of motion that defines the loop cycle of the layer with a deviation from geodesy within the limits ± Φ <f, where Φ is the deviation angle from geodesy, f is the angle of friction of the wound material and the surface, after which a layer is formed by a multi-folding spreader, then for each subsequent layer the overall dimensions of the wound shell are measured, new dimensions are introduced into the cyclic law n the movement of the forming layer, and the direction of rotation of the line of the winding pattern during the formation of the subsequent layer is changed to the opposite.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5006840 RU2054358C1 (en) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | Method of obtaining complex-shaped laminated articles by winding and the winding for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5006840 RU2054358C1 (en) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | Method of obtaining complex-shaped laminated articles by winding and the winding for its realization |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2054358C1 true RU2054358C1 (en) | 1996-02-20 |
Family
ID=21587608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5006840 RU2054358C1 (en) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | Method of obtaining complex-shaped laminated articles by winding and the winding for its realization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2054358C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444716C1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Propeller aerodynamic model vane and method of its fabrication |
RU2469856C2 (en) * | 2010-09-01 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр Алгоритм" | Manufacturing method of goods of circular section by winding of band material |
CN116968342A (en) * | 2023-07-13 | 2023-10-31 | 威海光威精密机械有限公司 | NC code automatic generation method based on numerical control cloth belt winding machine |
-
1991
- 1991-10-29 RU SU5006840 patent/RU2054358C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Цыплаков О.Г. Научные основы технологии композиционно-волокнистых материалов. Т.2. Пермское книжное издательство, 1975, с.172-192. 2. Цыплаков О.Г. Основы формования стеклопластиковых оболочек. М.: Машиностроение, 1968, с.131-144. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444716C1 (en) * | 2010-08-11 | 2012-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Propeller aerodynamic model vane and method of its fabrication |
RU2469856C2 (en) * | 2010-09-01 | 2012-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр Алгоритм" | Manufacturing method of goods of circular section by winding of band material |
CN116968342A (en) * | 2023-07-13 | 2023-10-31 | 威海光威精密机械有限公司 | NC code automatic generation method based on numerical control cloth belt winding machine |
CN116968342B (en) * | 2023-07-13 | 2024-01-05 | 威海光威精密机械有限公司 | NC code automatic generation method based on numerical control cloth belt winding machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2505404C2 (en) | Device and method for making part from fibrous composite | |
US6647852B1 (en) | Continuous intersecting braided composite structure and method of making same | |
US10632353B2 (en) | Method for forming a fiber-reinforced composite structure | |
US8003034B2 (en) | Forming a composite structure by filament placement on a tool surface of a tablet | |
US4381960A (en) | Method of manufacturing a filament wound article | |
US8591685B2 (en) | Method and apparatus for producing composite fillers | |
US4463044A (en) | Composite panel of varied thickness | |
US20050023414A1 (en) | Composite fuselage machine | |
US4401495A (en) | Method of winding composite panels | |
CN110466140B (en) | Winding device, winding design method, and can manufacturing method | |
WO2005018918A1 (en) | Device and method for automated composite lay-up | |
KR20130132980A (en) | Filament winding device | |
RU2054358C1 (en) | Method of obtaining complex-shaped laminated articles by winding and the winding for its realization | |
US7686908B2 (en) | Composite intersection reinforcement | |
US3457963A (en) | Article and method of bonding reinforced rings to tubular articles | |
GB2484350A (en) | A method of making a hollow object comprising a flange portion | |
EP2921287A1 (en) | Placement of prepreg tows in high angle transition regions | |
RU195350U1 (en) | STAND OF TECHNOLOGICAL ADJUSTMENT OF EQUIPMENT FOR MANUFACTURE OF COMPOSITE PRODUCTS BY THE METHOD OF WINDING | |
DE60225479T2 (en) | METHOD FOR THE PRODUCTION OF DOUBLE-WALLED COATINGS BY CENTRIFUGATION | |
US4459171A (en) | Mandrel for forming a composite panel of varied thickness | |
US3174388A (en) | Filament winding of rocket cases | |
US10525639B2 (en) | Method and apparatus for fabrication of lattice composite fuselage for commercial aircraft employing steered fiber lay up | |
EP0145726B1 (en) | Method of manufacturing extruded pipes and apparatus for carrying out the method | |
US20220152947A1 (en) | Zonal Lamination for Composite Parts in a Moving Line | |
Izco et al. | High speed tow placement system for complex surfaces with cut/clamp/& restart capabilities at 85 m/min (3350 IPM) |