RU216764U1 - Sealing mechanism for automatic laying out of carbon fiber tape - Google Patents

Sealing mechanism for automatic laying out of carbon fiber tape Download PDF

Info

Publication number
RU216764U1
RU216764U1 RU2022134088U RU2022134088U RU216764U1 RU 216764 U1 RU216764 U1 RU 216764U1 RU 2022134088 U RU2022134088 U RU 2022134088U RU 2022134088 U RU2022134088 U RU 2022134088U RU 216764 U1 RU216764 U1 RU 216764U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laying out
carbon fiber
sealing
sealing mechanism
prism
Prior art date
Application number
RU2022134088U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Алексеевич Лавров
Леонид Александрович Савченко
Сергей Сергеевич Тюпкин
Владимир Михайлович Ли
Артем Александрович Савенков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева)
Application granted granted Critical
Publication of RU216764U1 publication Critical patent/RU216764U1/en

Links

Images

Abstract

Уплотняющий механизм для автоматизированной выкладки ленты из углеродного волокна относится к области автоматизированной выкладки полимерных композиционных материалов.The sealing mechanism for automated laying out of carbon fiber tape belongs to the field of automated laying out of polymer composite materials.

Уплотняющий механизм для выкладки углеволокна содержит цилиндрический корпус (1), с фиксирующим кольцом (2), соосно посаженным на резьбу в центральное отверстие корпуса. В отверстии фиксирующего кольца (2) установлены уплотняющий (3) и вспомогательный (4) шарики, которые имеют возможность вращения, преодолевая силу трения качения. Вспомогательный шарик (4) контактирует с прижимной опорой (5), через которую на шарики (3, 4) передается давление с заданным усилием через цилиндрическую пружину (6), шток (7), призму (8) от регулировочного винта (9), образующих механизм передачи давления. Призма (8) и регулировочный винт (9) размещены в отверстии, выполненном в корпусе (1) ортогонально осевому отверстию. Для присоединения к оборудованию для выкладки уплотняющий механизм снабжен переходным фланцем (11), имеющим паз, и стыковочным фланцем (10) с ответным выступом.The sealing mechanism for laying out carbon fiber contains a cylindrical body (1) with a locking ring (2) coaxially threaded into the central hole of the body. In the hole of the fixing ring (2), sealing (3) and auxiliary (4) balls are installed, which are able to rotate, overcoming the rolling friction force. The auxiliary ball (4) is in contact with the clamping support (5), through which pressure is transferred to the balls (3, 4) with a given force through a cylindrical spring (6), a rod (7), a prism (8) from the adjusting screw (9), forming a pressure transfer mechanism. The prism (8) and the adjusting screw (9) are placed in a hole made in the body (1) orthogonally to the axial hole. For connection to the equipment for laying out, the sealing mechanism is equipped with an adapter flange (11) with a groove and a mating flange (10) with a mating ledge.

Техническим результатом является возможность осуществления криволинейной выкладки углеволокна за счет малого пятна контакта между уплотнительным шариком и оснасткой, что в конечном счете позволит повысить качество изделий с углеродной структурой.

Figure 00000001
The technical result is the possibility of carrying out a curvilinear laying out of carbon fiber due to a small contact patch between the sealing ball and the tooling, which ultimately will improve the quality of products with a carbon structure.
Figure 00000001

Description

Полезная модель относится к области автоматизированной выкладки полимерных композиционных материалов.The utility model relates to the field of automated laying out of polymer composite materials.

Процесс производства волокнистых композитов требуют нанесения последовательных слоев волокнистого армирующего материала на изделие в процессе укладки. Матричный материал обычно предварительно наносится на волокнистый армирующий материал (предварительно пропитанный или «препрег») перед укладкой компонента. Уплотнение и уменьшение объема волокнистых структур производят уплотняющими механизмами. Чаще всего уплотняющий механизм выполняют в виде цилиндрических роликов.The production process of fiber composites requires the application of successive layers of fibrous reinforcing material to the product during installation. The matrix material is usually pre-applied to a fibrous reinforcing material (pre-impregnated or "prepreg") before the component is laid. The compaction and reduction of the volume of fibrous structures is carried out by compacting mechanisms. Most often, the sealing mechanism is made in the form of cylindrical rollers.

Уплотняющий механизм для автоматизированной выкладки ленты из углеродного волокна предназначен для: уплотнения материала при выкладке лент шириной от 0,1 мм до 6,35 мм из полимерных композитных материалов, по криволинейной траектории без образования волн, скручивания и разрывов ленты; для автоматической выкладки ленты препрега (чаще всего на основе термопластичного материала) на формообразующую оснастку в виде нескольких узких лент; для изготовления деталей криволинейной геометрии в аэрокосмической и других отраслях промышленности.The sealing mechanism for automated laying out of carbon fiber tape is designed for: material compaction when laying out tapes with a width of 0.1 mm to 6.35 mm from polymer composite materials, along a curved path without the formation of waves, twisting and tearing of the tape; for automatic laying out of a prepreg tape (most often based on thermoplastic material) on a shaping tool in the form of several narrow tapes; for the manufacture of curvilinear geometry parts in the aerospace and other industries.

Известно оборудование для укладки композиционного материала (патент US2020215766(A1), Composite material lay-up equipment, опубликован 09.07.2020). Оборудование включает опорную головку, режущий механизм, переносимый опорной головкой, для разрезания множества отдельных отрезков удлиненного волокна армирующего материала.Equipment for laying composite material is known (patent US2020215766(A1), Composite material lay-up equipment, published on 07/09/2020). The equipment includes a support head, a cutting mechanism carried by the support head for cutting a plurality of individual lengths of elongated fiber of the reinforcing material.

Недостатком данного технического решения является невозможность выкладки ленты из углеродного волокна по криволинейной траектории с определенным радиусом без скручивания, образования волн и разрывов.The disadvantage of this technical solution is the impossibility of laying out the carbon fiber tape along a curved path with a certain radius without twisting, wave formation and breaks.

Известно устройство, в котором головка для уплотнения/прессования углеродного волокна выполнена в виде сегментного уплотняющего валика. Устройство содержит систему перемещения головки для уплотнения (патент US2014083620(A1), Fiber application head including a segmented compaction roller, опубликован 27.03.2014). Устройство оснащено уплотняющим валиком, прижимающим волокнистую ленту к поверхности, который содержит несколько независимых сегментов, установленных рядом друг с другом на осевом стержне, причем каждый сегмент выполнен с возможностью независимого перемещения, перпендикулярно осевому стержню, и упруго прижат к уплотняемой поверхности. Каждый сегмент имеет трубчатую центральную часть, установленную на осевом стержне, и трубчатую периферийную часть, имеющую цилиндрическую внешнюю поверхность, и одну или несколько изогнутых пружинных пластин.A device is known in which the head for sealing/pressing carbon fiber is made in the form of a segmented sealing roller. The device contains a head movement system for compaction (patent US2014083620(A1), Fiber application head including a segmented compaction roller, published 03/27/2014). The device is equipped with a sealing roller that presses the fibrous tape to the surface, which contains several independent segments installed next to each other on the axial rod, each segment being able to move independently, perpendicular to the axial rod, and elastically pressed against the surface to be sealed. Each segment has a tubular central part mounted on an axial rod and a tubular peripheral part having a cylindrical outer surface and one or more curved spring plates.

К недостаткам этого устройства относится склонность к скоплению смолы между сегментами, в результате чего оказывается трудно обеспечить ровную поверхность уплотнения и невозможность выкладки ленты углеволокна по криволинейной траектории с небольшим радиусом.Disadvantages of this arrangement include a tendency for resin to build up between the segments, making it difficult to provide a flat sealing surface and not being able to lay out the carbon fiber strip in a curved path with a small radius.

Известно роликовое устройство для использования в автоматизированном процессе выкладки углеродного волокна (патент CN110065244B, Roller device for use in an automated fiber placement process, опубликован 20.09.2022). Устройство состоит из спиральной пружины, представляющей собой гибкий вал, а на валу пружины установлена крышка ролика. Механизм натяжения проходит вдоль центральной оси пружинного вала и имеет возможность регулирования степени изгиба пружинного вала.A roller device for use in an automated carbon fiber placement process is known (patent CN110065244B, Roller device for use in an automated fiber placement process, published 09/20/2022). The device consists of a spiral spring, which is a flexible shaft, and a roller cover is installed on the spring shaft. The tension mechanism runs along the central axis of the spring shaft and has the ability to adjust the degree of bending of the spring shaft.

Основным недостатком данного технического решения является невозможность криволинейной выкладки углеродного волокна, а только прямолинейная выкладка на плоскую поверхность.The main disadvantage of this technical solution is the impossibility of a curved laying out of carbon fiber, but only a straight laying out on a flat surface.

Известна машина для укладки волокна с узлом прижима для нее и способ укладки и уплотнения жгутов волокна (патент US4869774, Fibre laying machine, presser assembly therefor, and method of laying and compacting fibre tows, опубликован 26.09.1989). На машине установлена головка для укладки жгутов волокон, имеющая сегментированный прижимной узел, приспосабливающийся к отклонениям контура на поверхности укладки.A known fiber laying machine with a presser assembly for it and a method for laying and compacting fiber tows (patent US4869774, Fiber laying machine, presser assembly therefor, and method of laying and compacting fiber tows, published 09/26/1989). The machine is equipped with a tow laying head having a segmented pressing unit that adapts to contour deviations on the laying surface.

Основным недостатком является невозможность криволинейной выкладки углеродного волокна, а только прямолинейная выкладка на плоскую поверхность.The main disadvantage is the impossibility of a curved laying out of carbon fiber, but only a straight laying out on a flat surface.

Известен ролик для автоматизированной укладки волокна (патент US2022126531, AUTOMATED FIBER PLACEMENT ROLLER, опубликован 28.04.2022), принятый за прототип. Ролик для автоматизированной укладки волокна выполнен в форме полого цилиндра и включает в себя гибкий металлический ободок, расположенный вокруг центральной оси и имеющий внутреннюю сторону и внешнюю сторону. Центральная ось расположена ближе к внутренней стороне, чем к внешней стороне, и внутренняя сторона образует множество канавок, обеспечивающих упругую деформацию металлического элемента обода в ответ на силу, приложенную к внешней стороне. Ролик также включает элемент ступицы, расположенный концентрично гибкому ободу на центральной оси. Элемент ступицы образует отверстие для приема вала автоматической машины для укладки волокна. Ролик дополнительно включает в себя множество изогнутых соединительных элементов, проходящих между элементом ступицы и гибким элементом обода. Каждый из изогнутых соединительных элементов упруго деформируется, чтобы компенсировать деформацию гибкого элемента обода.Known roller for automated fiber placement (patent US2022126531, AUTOMATED FIBER PLACEMENT ROLLER, published 04/28/2022), taken as a prototype. The roller for automated fiber placement is made in the form of a hollow cylinder and includes a flexible metal rim located around the central axis and having an inner side and an outer side. The central axis is located closer to the inner side than to the outer side, and the inner side forms a plurality of grooves that provide elastic deformation of the metal element of the rim in response to the force applied to the outer side. The roller also includes a hub element located concentrically to the flexible rim on the central axis. The hub member forms an opening for receiving the shaft of the automatic fiber laying machine. The roller further includes a plurality of curved connecting elements extending between the hub element and the flexible rim element. Each of the curved connecting members resiliently deforms to compensate for the deformation of the flexible rim member.

Основным недостатком является невозможность криволинейной выкладки углеродного волокна, а только прямолинейная выкладка на плоскую поверхность.The main disadvantage is the impossibility of a curved laying out of carbon fiber, but only a straight laying out on a flat surface.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является возможность осуществления криволинейной выкладки углеволокна.The task to be solved by the claimed utility model is the possibility of carrying out a curvilinear laying out of carbon fiber.

Уплотняющий механизм для автоматизированной выкладки ленты из углеродного волокна, выполненный в виде тела вращения, оказывающего давление на армирующий материал, согласно полезной модели, содержит уплотнительный и вспомогательный шарики, установленные в фиксирующем кольце цилиндрического корпуса вдоль их общей оси, причем вспомогательный шарик контактирует с прижимной площадкой для передачи давления через пружину, шток и призму от регулировочного винта к уплотнительному шарику, при этом призма и регулировочный винт расположены в ортогональном отверстии корпуса.A sealing mechanism for automated laying out of a carbon fiber tape, made in the form of a body of rotation that exerts pressure on the reinforcing material, according to the utility model, contains a sealing and auxiliary balls installed in the fixing ring of a cylindrical body along their common axis, the auxiliary ball being in contact with the pressure pad to transfer pressure through the spring, rod and prism from the adjusting screw to the sealing ball, while the prism and adjusting screw are located in the orthogonal hole of the housing.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность осуществления криволинейной выкладки углеволокна за счет малого пятна контакта между уплотнительным шариком и оснасткой, что в конечном счете позволит повысить качество изделия с углеродной структурой.The technical result provided by the given combination of features is the possibility of carrying out a curved laying out of carbon fiber due to a small contact patch between the sealing ball and the tooling, which will ultimately improve the quality of the product with a carbon structure.

Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг. 1 изображен вид в разрезе уплотняющего механизма, на фиг. 2 изометрическая проекция.The essence of the utility model is illustrated by drawings: Fig. 1 is a sectional view of the sealing mechanism, FIG. 2 isometric view.

Уплотняющий механизм для выкладки углеволокна содержит цилиндрический корпус 1, с фиксирующим кольцом 2, соосно посаженным на резьбу в центральное отверстие корпуса. В отверстии фиксирующего кольца 2 установлены уплотняющий 3 и вспомогательный 4 шарики, которые имеют возможность вращения, преодолевая силу трения качения. Два шарика используются для того, чтобы уменьшить пятно контакта между шариками и тем самым уменьшить силу трения качения между ними, что в свою очередь приведёт к меньшему износу уплотняющего шарика 3 во время работы. Вспомогательный шарик 4 контактирует с прижимной опорой 5, через которую на шарики 3, 4 передается давление с заданным усилием через цилиндрическую пружину 6, шток 7, призму 8 от регулировочного винта 9, образующих механизм передачи давления. Призма 8 и регулировочный винт 9 размещены в отверстии, выполненном в корпусе 1 ортогонально осевому отверстию. Для присоединения к оборудованию для выкладки уплотняющий механизм снабжен переходным фланцем 11, имеющим паз, и стыковочным фланцем 10 с ответным выступом.The sealing mechanism for laying out carbon fiber contains a cylindrical body 1, with a locking ring 2 coaxially threaded into the central hole of the body. In the hole of the fixing ring 2, sealing 3 and auxiliary 4 balls are installed, which are able to rotate, overcoming the rolling friction force. Two balls are used in order to reduce the contact patch between the balls and thereby reduce the rolling friction force between them, which in turn will lead to less wear on the sealing ball 3 during operation. Auxiliary ball 4 is in contact with clamping support 5, through which pressure is transferred to balls 3, 4 with a given force through a cylindrical spring 6, rod 7, prism 8 from an adjusting screw 9, forming a pressure transmission mechanism. The prism 8 and the adjusting screw 9 are placed in a hole made in the body 1 orthogonal to the axial hole. For connection to the equipment for laying out, the sealing mechanism is provided with an adapter flange 11 with a groove and a mating flange 10 with a mating ledge.

Шарики изготовлены из упругого полимерного материала - полиуретана.Balls are made of elastic polymeric material - polyurethane.

Уплотняющий механизм для автоматизированной выкладки ленты из углеродного волокна работает следующим образом.Sealing mechanism for automated laying of carbon fiber tape works as follows.

Уплотняющий механизм, заранее закрепленный на оборудование для автоматизированной выкладки углеродного волокна, размещают на поверхности оснастки. Уплотняющий механизм, совершает движения по заданной криволинейной траектории определенного радиуса с помощью оборудования для автоматизированной выкладки углеродного волокна. Уплотняющий шарик 3 и вспомогательный шарик 4, преодолевая силу трения качения, вращаются. Вращение шариков по криволинейной траектории возможно за счет пятна контакта малой площади между ними и оснасткой. Данный факт позволяет выкладывать углеродное волокно по криволинейной траектории различного радиуса. Шарики в процессе движения оказывают на материал прижимное действие, тем самым уплотняя его к поверхности выкладки. Величина уплотнения зависит от жесткости пружины, поэтому перед началом работы требуется регулировка жесткости пружины, чтобы увеличить силу прижима на уплотняющем механизме. Для этого регулировочный винт 9 подкручивают с помощью инструмента вручную. При регулировке положения штока относительно прижимной площадки, используется принцип работы клина. Регулировочный винт 9, упирающийся в призму 8, оказывает толкающее воздействие на призму, что позволяет оказывать скользящее воздействие на шток 7, изменяя расстояние по центральной оси корпуса между штоком и прижимной опорой 5 вспомогательного шарика, что в свою очередь позволяет менять жесткость пружины. Так система регулировки усилия прижима уплотняющего механизма воздействует на шарики, которые в свою очередь начинают оказывать большее или меньшее усилие на уплотняемый материал.The sealing mechanism, pre-attached to the equipment for automated laying of carbon fiber, is placed on the surface of the tooling. The sealing mechanism moves along a given curvilinear trajectory of a certain radius using equipment for automated laying out of carbon fiber. The sealing ball 3 and the auxiliary ball 4, overcoming the force of rolling friction, rotate. The rotation of the balls along a curvilinear trajectory is possible due to the contact patch of a small area between them and the tooling. This fact makes it possible to lay out the carbon fiber along a curvilinear trajectory of various radii. The balls in the process of movement have a clamping effect on the material, thereby compacting it to the surface of the display. The amount of compaction depends on the stiffness of the spring, therefore, before starting work, it is necessary to adjust the spring stiffness in order to increase the pressing force on the compacting mechanism. To do this, the adjusting screw 9 is tightened manually with a tool. When adjusting the position of the rod relative to the pressure pad, the principle of the wedge is used. The adjusting screw 9, resting against the prism 8, exerts a pushing effect on the prism, which makes it possible to exert a sliding effect on the stem 7, changing the distance along the central axis of the housing between the stem and the clamping support 5 of the auxiliary ball, which in turn allows you to change the spring stiffness. Thus, the pressure adjustment system of the sealing mechanism acts on the balls, which in turn begin to exert more or less force on the material to be compacted.

В результате использования предлагаемого уплотняющего устройства для выкладки углеродного волокна осуществляется возможность выкладки ленты углеволокна по криволинейной схеме, что повышает качество изготавливаемых из углеродного волокна деталей.As a result of using the proposed sealing device for laying out carbon fiber, it is possible to lay out a carbon fiber tape in a curved pattern, which improves the quality of parts made from carbon fiber.

Claims (1)

Уплотняющий механизм для автоматизированной выкладки ленты из углеродного волокна, выполненный в виде тела вращения, оказывающего давление на армирующий материал, отличающийся тем, что содержит уплотнительный и вспомогательный шарики, установленные в фиксирующем кольце цилиндрического корпуса вдоль их общей оси, причем вспомогательный шарик контактирует с прижимной площадкой для передачи давления через пружину, шток и призму от регулировочного винта к уплотнительному шарику, при этом призма и регулировочный винт расположены в ортогональном отверстии корпуса. A sealing mechanism for automated laying out of a carbon fiber tape, made in the form of a body of rotation that exerts pressure on the reinforcing material, characterized in that it contains a sealing and auxiliary balls installed in the fixing ring of a cylindrical body along their common axis, the auxiliary ball being in contact with the pressure pad to transfer pressure through the spring, rod and prism from the adjusting screw to the sealing ball, while the prism and adjusting screw are located in the orthogonal hole of the housing.
RU2022134088U 2022-12-23 Sealing mechanism for automatic laying out of carbon fiber tape RU216764U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU216764U1 true RU216764U1 (en) 2023-02-28

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU990419A1 (en) * 1981-04-03 1983-01-23 Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии Apparatus for pressing blanks of metallic powder
RU117110U1 (en) * 2011-12-02 2012-06-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации LAYOUT HEAD FOR AUTOMATED LAYING OF COMPLEX SHAPED PRODUCTS FROM POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU990419A1 (en) * 1981-04-03 1983-01-23 Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии Apparatus for pressing blanks of metallic powder
RU117110U1 (en) * 2011-12-02 2012-06-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации LAYOUT HEAD FOR AUTOMATED LAYING OF COMPLEX SHAPED PRODUCTS FROM POLYMERIC COMPOSITE MATERIALS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8562881B2 (en) Fibre composite profile component and process and apparatus for continuous production
US4726924A (en) Method of planar forming of zero degree composite tape
US4720255A (en) Apparatus for planar forming of zero degree composite tape
CN110356019B (en) Large-deformation flexible pressing device for automatic wire laying
RU216764U1 (en) Sealing mechanism for automatic laying out of carbon fiber tape
CN109664525B (en) Equipment and method for producing high-performance composite materials such as pipe plates
DE4103342C1 (en)
CA1195600A (en) Belt-type press
DE102013226739A1 (en) Forming tool, shaping device and method for deforming a semifinished fiber containing reinforcing fibers
EP3147109A1 (en) Laying device and laying method for producing a fibre composite scrim for forming a fibre composite component
EP3597412B1 (en) Shaping device for fiber material and shaping method for fiber material
CN201471723U (en) Spiral winding device for wound pipes
GB2492594A (en) Tow placement apparatus and method
EP0056689B1 (en) Rings for fluid drive assemblies
RU216903U1 (en) Roller for laying carbon fiber
CN115805701A (en) Conveying device for flexible composite pipe production
CN212860652U (en) Abrasion-proof concave-convex refraction embosser
CN114311752A (en) Compression roller mechanism with self-adaptive function
CN109047424A (en) A kind of bellows forming machine
CN114407352A (en) Continuous fiber 3D printer and method for manufacturing composite material component
US20140174638A1 (en) Thread displacement device
CN210553137U (en) Production device of arc-shaped glass fiber reinforced plastic section bar
KR101461179B1 (en) Non-conductive layer formed on the surface of the roll of industrial and manufacturing method
CN208583863U (en) A kind of bellows forming machine
CN101879534A (en) Needle tube rolling tip pulling machine