RU2653987C1 - Articles from fibrous material and fibrous composite manufacturing method and automated system for its implementation - Google Patents
Articles from fibrous material and fibrous composite manufacturing method and automated system for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653987C1 RU2653987C1 RU2017105122A RU2017105122A RU2653987C1 RU 2653987 C1 RU2653987 C1 RU 2653987C1 RU 2017105122 A RU2017105122 A RU 2017105122A RU 2017105122 A RU2017105122 A RU 2017105122A RU 2653987 C1 RU2653987 C1 RU 2653987C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fibrous material
- shell
- platforms
- predetermined shape
- receiving device
- Prior art date
Links
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000009727 automated fiber placement Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009945 crocheting Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
- B29C53/58—Winding and joining, e.g. winding spirally helically
- B29C53/60—Winding and joining, e.g. winding spirally helically using internal forming surfaces, e.g. mandrels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к автоматизированному комплексу и способу изготовления изделий из волокнистого материала или волокнистого композита. Данное изобретение может быть применено в авиа-космической, автомобильной, судостроительной и других промышленностях для создания деталей из композиционных материалов, а также для соединения деталей из разных материалов в конструкционные композитные изделия. Также данное изобретение можно отнести к ткачеству и использовать для создания оплеточных, плетельных и других станков в этой области.The present invention relates to an automated complex and method for manufacturing products from a fibrous material or a fibrous composite. This invention can be applied in aerospace, automotive, shipbuilding and other industries to create parts from composite materials, as well as to connect parts from different materials to structural composite products. Also, this invention can be attributed to weaving and used to create braiding, braiding and other machines in this area.
Применительно к настоящему изобретению под композитным материалом понимается любой материал, состоящий из матрицы (полимерное связующие) и непрерывных армирующих волокон (стекловолокно, углеволокно и др.) в виде нитей, жгутов, лент.In relation to the present invention, a composite material is understood to be any material consisting of a matrix (polymer binders) and continuous reinforcing fibers (fiberglass, carbon fiber, etc.) in the form of threads, bundles, tapes.
Уровень техникиState of the art
В производстве изделий из композитных материалов используются разнообразные способы и инструменты.In the manufacture of products from composite materials, a variety of methods and tools are used.
При ручном способе укладки армирующего материала (нити, жгуты, ленты, полотна) в подготовленную форму с одновременной или последующей пропиткой связующими веществами, персоналу, выполняющему эту работу, необходимо обладать соответствующими знаниями, квалификацией, опытом. Пары полимерных связующих, частицы армирующего материала вредны для здоровья человека, а соответствующие защитные меры усложняют условия работы. Все это приводит к низкой производительности и увеличению конечной стоимости изделия.With the manual method of laying the reinforcing material (threads, tows, tapes, sheets) in the prepared form with simultaneous or subsequent impregnation with binders, the personnel performing this work must have the appropriate knowledge, qualifications, experience. Pairs of polymer binders, particles of reinforcing material are harmful to human health, and appropriate protective measures complicate the working conditions. All this leads to low productivity and an increase in the final cost of the product.
Существуют другие способы укладки волокна, так в документе WO 2000038904 описывается способ и устройство для создания композитных изделий методом намотки. Для реализации этого метода, форме (как правило, цилиндр) придают вращательное движение, а питающее устройство, выдающее волокно, перемещают вдоль оси вращения формы. В документе WO 2005018917 описано устройство для нанесения волокнистого композита в виде лент или нитей на заготовку в виде цилиндра, посредством питающих устройств, которые установлены с возможностью поворота на опорной оси на кольце. Цилиндр с возможностью вращения вокруг своей оси, на который укладывается волокно, находится внутри кольца, причем это кольцо может перемещаться вдоль оси цилиндра. Документ WO 2006/060270 является развитием предыдущего и дополняется тем, что питающие устройства установлены на линейные направляющие с возможностью поворота на опорной оси. В документе US 5301885 тот же принцип намотки, только добавлены зацепы по краям заготовки, что позволило укладывать волокнистый композит в более продольном направлении относительно заготовки. Эти методы хорошо зарекомендовали себя при производстве трубной продукции. Если изначально деталь, на которую необходимо произвести намотку волокна имеет сложную форму, то применение этих методов затруднительно, а также нет возможности, чтобы одновременно наматываемые волокна укладывались в разных направлениях и переплетались между собой.There are other ways of laying fiber, as document WO 2000038904 describes a method and apparatus for creating composite products by winding. To implement this method, the form (usually a cylinder) is given a rotational movement, and the feed device issuing the fiber is moved along the axis of rotation of the form. WO2005018917 describes a device for applying a fibrous composite in the form of tapes or threads to a blank in the form of a cylinder, by means of feeding devices that are mounted to rotate on a support axis on a ring. The cylinder is rotatable around its axis, on which the fiber is laid, is located inside the ring, and this ring can move along the axis of the cylinder. Document WO 2006/060270 is a development of the previous one and is supplemented by the fact that the feeding devices are mounted on linear guides with the possibility of rotation on the supporting axis. In the document US 5301885 the same winding principle, only hooks were added along the edges of the workpiece, which allowed laying the fibrous composite in a more longitudinal direction relative to the workpiece. These methods have proven themselves in the manufacture of pipe products. If initially the part on which it is necessary to wind the fiber has a complex shape, then the application of these methods is difficult, and there is also no possibility for the simultaneously wound fibers to be stacked in different directions and intertwined.
В документе US 3397847 от 1966 г. описано устройство, позволяющее наматывать волокнистый материал на деталь (в частности поворот трубы) для ее усиления. Дальнейшее развитие этого метода и устройства, описываемое в документе DE 000003843488 от 1988 г., позволило осуществлять намотку волокнистого материала на деталь (в частности поворот трубы имеющий больший угол поворота) и использовать в качестве подающего устройства, появившиеся к этому моменту времени роботизированные манипуляторы для удержания и перемещения детали в зоне намотки. В этом же документе рассматривается метод, в котором деталь, имеющая продолговатую форму, перемещается через оплеточную машину, что позволяет уложить волокнистый материал на эту деталь с переплетением волокон. Аналогичный метод с оплеточной машиной упоминается в документе ЕР 0523471 А1 от 1990 г., где дополнительно вводятся продольные волокна под оплетку. С небольшими изменениями, этот же метод с оплеточной машиной и с подачей продольных волокон упоминается в документе US 8006601 B2 от 2007 г.In the document US 3397847 from 1966 describes a device that allows you to wind the fibrous material on the part (in particular the rotation of the pipe) to strengthen it. Further development of this method and device, described in document DE 000003843488 of 1988, allowed the fibrous material to be wound on a part (in particular, turning a pipe having a larger angle of rotation) and to use robotic manipulators that appeared at this point in time to hold and moving the part in the winding zone. In the same document, a method is considered in which a part having an elongated shape is moved through a braiding machine, which allows laying fibrous material on this part with interweaving of fibers. A similar method with a braiding machine is mentioned in document EP 0523471 A1 of 1990, where longitudinal braided fibers are additionally introduced. With slight modifications, the same method with a braiding machine and with the feeding of longitudinal fibers is mentioned in document US 8006601 B2 of 2007.
Что касается оплеточных машин, то в документе US 445256 A от 1890 г. описывается устройство, использующее кулачковые и рычажные механизмы, которое позволяет уложить волокна с переплетением в виде оплетки на центральную продольную нить. А в документе US 894022 от 1906 г. описывается оплеточная машина, в которой реализован захват и перемещение питающих устройств (катушек с нитью) с помощью шестеренок. Это принцип работы оплеточных машин используется по сегодняшний день, а последующие патенты, касающиеся оплеточных машин, были направлены на модернизацию их узлов.As for braiding machines, US Pat. No. 5,455,256 A dated 1890 describes a device using cam and link mechanisms that allows layered fibers to be woven in the form of a braid on a central longitudinal thread. And in the document US 894022 from 1906 describes a braiding machine, which implements the capture and movement of power devices (spools of thread) using gears. This is the principle of operation of braiding machines used to date, and subsequent patents relating to braiding machines, were aimed at upgrading their components.
В документе WO 2006027476 описан инструмент, где питающие устройства установлены на кольцо, которое вращается вокруг своей центральной оси. В центр кольца вводится деталь, тем самым, питающие устройства совершают вращение вокруг детали и осуществляют укладку волокна на деталь в плоскости кольца, причем есть возможность менять угол между плоскостью кольца и деталью.WO2006027476 describes a tool where the feeding devices are mounted on a ring that rotates around its central axis. A part is introduced into the center of the ring, thereby feeding devices rotate around the part and lay the fiber on the part in the plane of the ring, and it is possible to change the angle between the plane of the ring and the part.
В документе US 83942228 описан инструмент, где питающее устройство установлено на рельсовую направляющую в виде кольца, что позволяет питающему устройству совершать вращающее движение вокруг детали в плоскости кольца.US 83942228 describes a tool where the feeding device is mounted on a rail in the form of a ring, which allows the feeding device to rotate around a part in the plane of the ring.
В документе KR 1020020035083 описан инструмент и способ укладки волокна на деталь в виде цилиндра, что по своей сути напоминает вязание крючком.KR 1020020035083 describes a tool and method for laying fiber on a part in the form of a cylinder, which in essence resembles crocheting.
В документе RU 2411125 описывается инструмент и способ, позволяющий автоматизировать процесс укладки ленты (препрега) на поверхность имеющую малую кривизну. Если деталь имеет сложную форму (грани, выпуклости, углы и т.п.), то применение этого метода затруднено или невозможно, к тому же этот метод является дорогостоящий с технической точки зрения.The document RU 2411125 describes a tool and method for automating the process of laying a tape (prepreg) on a surface having a small curvature. If the part has a complex shape (faces, bulges, angles, etc.), then the application of this method is difficult or impossible, moreover, this method is expensive from a technical point of view.
Из рассмотренных выше примеров можно сделать вывод: большинство существующих методов имеет узкую направленность в области применения и часто требуется участие человека в их работе, что препятствует автоматизации производства и влиянию человеческого фактора на качество производимых изделий.From the above examples, we can conclude: most existing methods have a narrow focus in the field of application and often require human participation in their work, which prevents the automation of production and the influence of the human factor on the quality of manufactured products.
В дальнейшем, при раскрытии сущности предлагаемого в этом документе изобретения, будет показано, как предлагаемый автоматизированный комплекс для изготовления изделий из волокнистого материала и волокнистого композита, заменит большую часть описанных выше устройств, повысит производительность, исключит влияние человеческого фактора в процессе производства, а также позволит создавать трехмерные волокнистые изделия и конструкции.In the future, when disclosing the essence of the invention proposed in this document, it will be shown how the proposed automated complex for the manufacture of products from fiber material and fiber composite will replace most of the devices described above, increase productivity, eliminate the influence of the human factor in the manufacturing process, and also allow create three-dimensional fibrous products and structures.
Предлагаемый автоматизированный комплекс для изготовления изделий из волокнистого материала и волокнистого композита относится к автоматизированным устройствам для укладки волокнистого материала, так называемым системам Automated Fiber Placement (AFP - системы) и значительно расширяет диапазон их применения.The proposed automated complex for manufacturing products from fibrous material and fiber composite relates to automated devices for laying fibrous material, the so-called Automated Fiber Placement systems (AFP systems) and significantly expands the range of their application.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В соответствии с настоящим изобретением, согласно одному из вариантов, предлагается способ изготовления изделий из волокнистого материала или волокнистого композита, позволяющий обеспечить движение питающих устройств, выдающих волокнистый материал или волокнистый композит по пространственно-временной схеме относительно предопределенной формы, сборки деталей для их соединения или относительно принимающего устройства при производстве погонажных изделий. Под погонажными изделиями в данном документе, понимаются изделия в виде двутавров, тавров, швелеров, труб, уголков, канатов и т.д., созданных путем трехмерного переплетения волокнистого материала или волокнистого композита. В данном документе принимающее устройство, получая переплетенный волокнистый материал или волокнистый композит от питающих устройств, осуществляет окончательную формовку, при необходимости пропитку волокнистого материала связующим и последующую сушку этого связующего. Для осуществления движения питающих устройств по пространственно-временной схеме относительно предопределенной формы (сборки деталей, принимающего устройства) последних, частично или полностью окружают оболочкой из магнитного материала, причем оболочка может быть различной формы (плоскость, цилиндр, сфера, тор и т.д. или различная комбинация этих форм), а питающие устройства устанавливают на колесные платформы, причем последние снабжены постоянными магнитами, установленными в днище платформ или в колесах. Благодаря магнитам, установленным на платформах, последние могут удерживаться на оболочке из магнитного материала в любом пространственном положение. Платформы, также снабжены источниками энергии, тяговыми и рулевыми двигателями, системой управления, что позволяет им перемещаться по поверхности оболочки. Позиционирование платформы на поверхности оболочки осуществляется с помощью установленной на платформе видеокамеры, направленной на участок поверхности оболочки под платформой, причем по всей поверхности оболочки нанесен рисунок. Система управления платформы, получая информацию с видеокамеры, отслеживает изменение координат платформы и выдает, согласно заданному алгоритму движения, соответствующие команды рулевым и тяговым двигателям. На оболочке или рядом с ней организуется автоматический пункт загрузки, который при необходимости соединяется мостом с оболочкой, для свободного перемещения платформ между пунктом загрузки и оболочкой. В пункте загрузки на платформы осуществляется загрузка волокнистого материала (волокнистого композита) путем замены питающих устройств или намоткой волокнистого материала (волокнистого композита) в питающее устройство, для этого на платформе располагают устройство сматывания волокнистого материала. Причем, устройство сматывания волокнистого материала работает совместно с системой управления платформы и регулирует натяжение волокнистого материала в процессе его укладки. Платформы оборудованы устройством разрезания волокнистого материала для беспрепятственного покидания оболочки при завершении алгоритма работы. Для автоматического начала процесса укладки волокнистого материала на предопределенную форму, в пункте загрузке волокнистый материал загружается сразу на две платформы с соединением волокнистого материала между платформами, после чего, эта пара платформ совместно перемещается на оболочку, где платформы двигаясь в разные стороны, охватывают своим волокнистым материалом предопределенную форму. После чего, каждая платформа движется индивидуально, согласно своему алгоритму работы. В пункте загрузки осуществляется зарядка источников энергии на платформах и загрузка в систему управления платформы алгоритма работы.In accordance with the present invention, in one embodiment, a method for manufacturing articles of fibrous material or a fibrous composite is provided, which allows for the movement of feeding devices delivering the fibrous material or fibrous composite in a spatio-temporal pattern relative to a predetermined shape, assembly of parts for joining them, or relatively receiving device in the manufacture of molded products. Molded products in this document are understood to be products in the form of I-beams, brands, channels, pipes, corners, ropes, etc., created by three-dimensional weaving of a fibrous material or a fibrous composite. In this document, the receiving device, receiving the interwoven fibrous material or the fibrous composite from the feeding devices, performs the final molding, if necessary, impregnation of the fibrous material with a binder and subsequent drying of this binder. To carry out the movement of the supply devices in a spatio-temporal pattern with respect to a predetermined shape (assembly of parts, a receiving device), the latter is partially or completely surrounded by a shell of magnetic material, and the shell can be of various shapes (plane, cylinder, sphere, torus, etc. or a different combination of these forms), and the feeding devices are mounted on wheeled platforms, the latter equipped with permanent magnets mounted in the bottom of the platforms or in the wheels. Thanks to the magnets mounted on the platforms, the latter can be held on the shell of magnetic material in any spatial position. The platforms are also equipped with energy sources, traction and steering engines, a control system that allows them to move around the surface of the shell. The platform is positioned on the shell surface using a video camera mounted on the platform, aimed at a portion of the shell surface under the platform, and a pattern is applied across the entire shell surface. The platform control system, receiving information from the video camera, tracks the change in platform coordinates and issues, according to the specified motion algorithm, the corresponding commands to the steering and traction engines. An automatic loading point is organized on the shell or next to it, which, if necessary, is connected by a bridge to the shell for the free movement of the platforms between the loading point and the shell. At the loading point on the platform, the fibrous material (fibrous composite) is loaded by replacing the feeding devices or by winding the fibrous material (fibrous composite) into the feeding device, for this, a fibrous material winding device is placed on the platform. Moreover, the device for winding the fibrous material works in conjunction with the control system of the platform and regulates the tension of the fibrous material in the process of laying. The platforms are equipped with a device for cutting fibrous material to freely leave the shell at the completion of the operation algorithm. To automatically start the process of laying the fibrous material on a predetermined shape, at the loading point, the fibrous material is loaded onto two platforms at once with the connection of the fibrous material between the platforms, after which this pair of platforms moves together to the shell, where the platforms moving in different directions, cover their fibrous material predefined form. After which, each platform moves individually, according to its algorithm of work. At the loading point, energy sources are charged on the platforms and the operation algorithm is loaded into the platform control system.
При производстве погонажных изделий, когда платформы выдают волокнистый материал на принимающее устройство и нет необходимости усложнять форму оболочки, необходимо первоначально подать волокнистый материал на принимающее устройство, в дальнейшем пары платформ с соединенным между ними волокнистым материалом переплетают последний с волокнистым материалом платформ, которые уже выдают свой волокнистый материал на принимающее устройство. Таким образом, платформы, выработавшие свой волокнистый материал, направляются в пункт загрузки, а новая пара платформ начинает работу с уже работающими платформами в автоматическом режиме и этот процесс может продолжаться бесконечно.In the manufacture of molded products, when the platforms dispense fibrous material to the receiving device and there is no need to complicate the shape of the shell, it is necessary to initially supply the fibrous material to the receiving device, later pairs of platforms with fiber material connected between them intertwine the latter with the fibrous material of the platforms that already issue their fibrous material on the receiving device. Thus, the platforms that have developed their fibrous material are sent to the loading point, and a new pair of platforms starts working with existing platforms in automatic mode and this process can continue indefinitely.
Так как в результате движения платформ нанесенный на поверхность оболочки рисунок может стираться, в данном документе рассматривается вариант, когда вместо рисунка по всей поверхности оболочки, моста и пункта загрузки вмонтированы точечные источники видимого или инфракрасного излучения, в количестве, обеспечивающем попадание как минимум двух источников видимого или инфракрасного излучения в поле зрение установленной на платформе видеокамеры в любой момент времени при работе автоматизированного комплекса.Since, as a result of the movement of the platforms, the pattern applied to the surface of the shell can be erased, this document considers the option when, instead of the pattern, point sources of visible or infrared radiation are mounted on the entire surface of the shell, bridge and loading point in an amount that ensures that at least two sources of visible or infrared radiation in the field of vision of a video camera installed on the platform at any time during the operation of the automated complex.
Согласно другому варианту осуществления изобретения рассматривается способ, отличающийся от предыдущего тем, что по всей поверхности оболочки, моста и пункта загрузки, изготовленных из материала, который не взаимодействует с магнитным полем, вмонтированы электромагниты, а платформы, не обязательно колесные, снабжены постоянными магнитами в днище. Система управления автоматизированного комплекса осуществляет управление электромагнитами, которые взаимодействуя с постоянными магнитами на платформах, осуществляют удержание и перемещение платформ согласно заданному алгоритму работы. Платформы соприкасаются днищем с поверхностью, по которой перемещаются, в местах соприкосновения используются материалы с низким коэффициентом трения и допускается наличие смазывающих веществ. Дальнейшие принципы работы соответствует вышеописанному способу.According to another embodiment of the invention, a method is considered that differs from the previous one in that along the entire surface of the shell, bridge and loading point made of a material that does not interact with the magnetic field, electromagnets are mounted, and platforms, not necessarily wheeled, are equipped with permanent magnets in the bottom . The control system of the automated complex manages the electromagnets, which, interacting with the permanent magnets on the platforms, hold and move the platforms according to a given algorithm of work. The platforms touch the bottom with the surface on which they are moving, materials with a low coefficient of friction are used in the places of contact and lubricants are allowed. Further principles of operation correspond to the above method.
Кроме того в процессе работы к предопределенной форме или к сборке деталей или на принимающем устройстве могут присоединяться дополнительные детали, которые закрепляются на производимом изделии последующей укладкой волокнистого материала.In addition, during operation, additional parts can be attached to a predetermined form or to an assembly of parts or on a receiving device, which are fixed to the manufactured product by subsequent laying of the fibrous material.
В данном документе, как вариант осуществления изобретения рассматривается автоматизированный комплекс для изготовления изделий из волокнистого материала или волокнистого композита.In this document, as an embodiment of the invention, an automated complex for the manufacture of products from a fibrous material or a fibrous composite is considered.
Для более глубокого понимания сущности предлагаемой группы изобретений, приведем несколько вариантов их осуществления при помощи иллюстраций.For a deeper understanding of the essence of the proposed group of inventions, we present several options for their implementation using illustrations.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе автоматизированного комплекса для изготовления фюзеляжа самолета.FIG. 1 is a schematic perspective view of an automated complex for manufacturing an aircraft fuselage.
Фиг. 2 - схематичный вид в перспективе автоматизированного комплекса для укладки волокнистого материала на трубную продукцию.FIG. 2 is a schematic perspective view of an automated complex for laying fibrous material on pipe products.
Фиг. 3 - схематичный вид в перспективе автоматизированного комплекса для изготовления композитной двутавровой балки.FIG. 3 is a schematic perspective view of an automated complex for manufacturing a composite I-beam.
Фиг. 4 - схематичный вид в перспективе автоматизированного комплекса для изготовления композитного тороидального баллона, для наглядности, часть оболочки не показана.FIG. 4 is a schematic perspective view of an automated complex for manufacturing a composite toroidal balloon; for clarity, a portion of the shell is not shown.
Фиг. 5 - схематичный вид в перспективе автоматизированного комплекса для изготовления композитных автомобильных дисков, для наглядности, оболочка показана на заднем плане.FIG. 5 is a schematic perspective view of an automated complex for manufacturing composite automobile rims, for clarity, the shell is shown in the background.
Фиг. 6 - схематичный вид в разрезе предопределенной формы для производства композитных автомобильных дисков с выдвинутым подвижным элементом.FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a predetermined shape for manufacturing composite automobile wheels with an extended movable member.
Фиг. 7 - схематичный вид в разрезе предопределенной формы для производства композитных автомобильных дисков с задвинутым подвижным элементом.FIG. 7 is a schematic sectional view of a predetermined shape for the production of composite automobile wheels with a retractable movable member.
Фиг. 8 - схематичный вид с боку колесной платформы с разрезами, где можно видеть видеокамеру и постоянные магниты в колесах.FIG. 8 is a schematic side view of a wheeled platform with cuts, where you can see the video camera and permanent magnets in the wheels.
Фиг. 9 - схематичный вид в перспективе платформы с постоянными магнитами на поверхности оболочки с разрезом, где можно видеть вмонтированные в оболочку электромагниты.FIG. 9 is a schematic perspective view of a platform with permanent magnets on the surface of the shell with a section where electromagnets mounted in the shell can be seen.
Фиг. 10 - схематичный вид в перспективе процесса создания космического искусственного объекта тороидальной формы.FIG. 10 is a schematic perspective view of the process of creating a space artificial object of a toroidal shape.
Как показано на фиг. 1, автоматизированный комплекс (10) содержит оболочку (11), которая окружает предопределенную форму (12). Платформы (1), которые после загрузки на них волокнистого материала (2) следуют от пункта загрузки (13), через люк (15), по мосту (14) и попадают на внутреннюю поверхность оболочки (11). После того, как заданное количество платформ покинет пункт загрузки (13) и окажется внутри оболочки (11), закрывается люк (15). Затем платформы (1) двигаясь по пространственно-временной схеме относительно предопределенной формы (12), укладывают на нее волокнистый материал (2). После того, как на платформах (1) закончится волокнистый материал (2), открывается люк (15) и платформы (1) следуют в пункт загрузки (13), после загрузки на них волокнистого материала (2) и обновления алгоритма работы процесс повторяется. Для ускорения процесса укладки волокнистого материала (2) на предопределенную форму (12), платформ (1) может быть в два раза больше, пока одни укладывают волокнистый материал (2) на предопределенную форму (12), на другие платформы (1) осуществляется загрузка волокнистого материала (2), обновление алгоритма их работы и зарядка их источника энергии в пункте загрузки (13).As shown in FIG. 1, an automated complex (10) contains a shell (11) that surrounds a predetermined shape (12). Platforms (1), which, after loading fibrous material (2) onto them, follow from the loading point (13), through the hatch (15), along the bridge (14) and enter the inner surface of the shell (11). After the specified number of platforms leaves the loading point (13) and is inside the shell (11), the hatch (15) closes. Then the platforms (1) moving in a spatio-temporal pattern with respect to a predetermined shape (12), lay fibrous material on it (2). After the fibrous material (2) ends on the platforms (1), the hatch (15) opens and the platforms (1) follow to the loading point (13), after the fibrous material (2) is loaded onto them and the operation algorithm is updated, the process is repeated. To speed up the process of laying the fibrous material (2) on a predetermined shape (12), the platforms (1) can be twice as many, while some lay the fibrous material (2) on a predetermined shape (12), loading on other platforms (1) fibrous material (2), updating the algorithm of their work and charging their energy source at the loading point (13).
Как показано на фиг. 2, автоматизированный комплекс (20) содержит оболочку (21) в виде цилиндра, по центральной оси которого подается трубная заготовка (22). Платформы (1) после загрузки на них волокнистого материала (2) в пункте загрузки (23) следуют по мосту (24) на внутреннюю поверхность оболочки (21) и укладывают волокнистый материал на трубную заготовку (22). Как видно, в данном случае нет необходимости организовывать люк, как в предыдущем примере. Форма оболочки (21) в виде цилиндра дает возможность платформам (1) двигаться с повышенной скоростью, так как центробежная сила будет направлена на поверхность оболочки (21) под платформой (1).As shown in FIG. 2, the automated complex (20) contains a shell (21) in the form of a cylinder, along the central axis of which a tube billet (22) is fed. Platforms (1) after loading fibrous material (2) onto them at the loading point (23) follow the bridge (24) to the inner surface of the sheath (21) and lay the fibrous material on the tube stock (22). As you can see, in this case there is no need to organize the hatch, as in the previous example. The shape of the shell (21) in the form of a cylinder allows the platforms (1) to move with increased speed, since the centrifugal force will be directed to the surface of the shell (21) under the platform (1).
Как показано на фиг. 3, автоматизированный комплекс (30) содержит оболочку (31) в виде плоскости, расположенной напротив принимающего устройства (34), которое окончательно формирует переплетенный волокнистый материал (2) в композитную двутавровую балку (32). Как видно, в данном случае загрузочный пункт (33) располагается на поверхности оболочки (31). На фиг. 3 показано, как платформы (1) с соединенным между ними волокнистым материалом (2), переплетают его с волокнистым материалом (2) с других платформ (1), которые уже выдают свой волокнистый материал (2) на принимающее устройство (34). Возможность добавления волокнистого материала (2), в процессе работы автоматизированного комплекса (30), делает возможным создание погонажных изделий любой длины.As shown in FIG. 3, the automated complex (30) contains a shell (31) in the form of a plane opposite the receiving device (34), which finally forms an intertwined fibrous material (2) into a composite I-beam (32). As can be seen, in this case, the loading point (33) is located on the surface of the shell (31). In FIG. Figure 3 shows how the platforms (1) with the fibrous material (2) connected between them, intertwine it with the fibrous material (2) from other platforms (1), which already issue their fibrous material (2) to the receiving device (34). The possibility of adding fibrous material (2), during the operation of the automated complex (30), makes it possible to create molded products of any length.
Как показано на фиг. 4, автоматизированный комплекс (40) содержит оболочку (41) в виде тора, окружающую предопределенную форму (42), которая так же имеет форму тора. В данном случае оболочка (41) должна разделяться на составные части для извлечения или загрузи предопределенной формы (42). Для перемещения платформ (1) от пункта загрузки (не показан) на внутреннюю поверхность оболочки (41), в последней необходимо реализовывать люк (не показан) и мост (не показан) аналогичный, как на фиг. 1.As shown in FIG. 4, the automated complex (40) contains a shell (41) in the form of a torus surrounding a predetermined shape (42), which also has the shape of a torus. In this case, the shell (41) must be divided into its constituent parts to extract or load the predetermined form (42). To move the platforms (1) from the loading point (not shown) to the inner surface of the shell (41), in the latter it is necessary to implement a hatch (not shown) and a bridge (not shown) similar to that in FIG. one.
Как показано на фиг. 5, автоматизированный комплекс (50) содержит оболочку в виде сферы, состоящей из двух полусфер (51). Для наглядности, в данном случае оболочка, состоящая из двух полусфер (51) показана раскрытой и смещенной на задний план, причем платформы (1) показаны, как они расположены в пространстве относительно предопределенной формы (52) в процессе работы. В качестве подающего устройства (53) удерживающего и перемещающего предопределенную форму (52) используется роботизированный манипулятор. В данном случае, платформы (1) могут перемещаться внутрь оболочки, когда она разделена на полусферы (51).As shown in FIG. 5, the automated complex (50) contains a shell in the form of a sphere consisting of two hemispheres (51). For clarity, in this case, a shell consisting of two hemispheres (51) is shown open and shifted to the background, and platforms (1) are shown how they are located in space relative to a predetermined shape (52) during operation. As a feeding device (53) holding and moving a predetermined shape (52), a robotic manipulator is used. In this case, the platforms (1) can move inside the shell when it is divided into hemispheres (51).
На фиг. 6, фиг. 7 показана предопределенная форма (52) с подвижным элементом (53). Для того, чтобы сформировать вогнутый участок композитного автомобильного диска (54) в районе ступицы колеса или в районе подвижного элемента (53), необходимо, чтобы волокнистый материал (2) в данной области имел запас по длине. Для этого, укладка волокнистого материала (2) на предопределенную форму осуществляется с выдвинутым подвижным элементом (53), как на фиг. 6. По мере укладки волокнистого материала (2) на предопределенную форму (52), подвижный элемент (53) постепенно задвигается во внутрь предопределенной формы (52). После того, как на предопределенную форму (52) будет наложена контрформа и автомобильный композитный диск (54) примет форму, как показано на фиг. 7 произойдет равномерное натяжение волокнистого материала (2) в области соприкосновения последнего с подвижным элементом (53) или, что тоже самое, в области ступицы. Результатом данных мероприятий будут высокие прочностные характеристики производимой продукции.In FIG. 6, FIG. 7 shows a predetermined shape (52) with a movable element (53). In order to form a concave portion of the composite automobile disk (54) in the region of the wheel hub or in the region of the movable element (53), it is necessary that the fibrous material (2) in this area have a margin in length. For this, the laying of the fibrous material (2) on a predetermined shape is carried out with the movable element (53) extended, as in FIG. 6. As the fibrous material (2) is laid on a predetermined shape (52), the movable element (53) is gradually pushed into the inside of the predetermined shape (52). After the preform has been superimposed on the predetermined shape (52) and the automobile composite disk (54) takes the form as shown in FIG. 7 there will be a uniform tension of the fibrous material (2) in the area of contact of the latter with the movable element (53) or, what is the same, in the area of the hub. The result of these measures will be high strength characteristics of the products.
На фиг. 8 изображена колесная платформа (60) с разрезами, позволяющими увидеть примерное расположение постоянных магнитов (8) в колесах (7) платформы и видеокамеру (6) направленную на участок (9) поверхности оболочки (11, 21, 31, 41, 51). Показано питающее устройство (3), устройство натяжения и сматывания (4), устройство разрезания (5) волокнистого материала (2).In FIG. Figure 8 shows a wheeled platform (60) with cuts allowing you to see an approximate arrangement of permanent magnets (8) in the wheels (7) of the platform and a video camera (6) directed to a portion (9) of the shell surface (11, 21, 31, 41, 51). A feeding device (3), a tensioning and winding device (4), a cutting device (5) for fibrous material (2) are shown.
На фиг. 9 изображена платформа (67) с питающим устройством (63), скользящая по поверхности оболочки (61). Движение и удержание платформы (67) на поверхности оболочки (61) осуществляется взаимодействием электромагнитов (62) вмонтированных в поверхность оболочки (61) с постоянными магнитами (66) расположенными на платформе (67). Платформа (67) оснащена устройством натяжения и сматывания (64) волокнистого материала (2) и устройством его разрезания (65).In FIG. 9 shows a platform (67) with a feed device (63), sliding on the surface of the shell (61). The movement and holding of the platform (67) on the surface of the shell (61) is carried out by the interaction of electromagnets (62) mounted in the surface of the shell (61) with permanent magnets (66) located on the platform (67). The platform (67) is equipped with a device for tensioning and winding (64) the fibrous material (2) and a device for cutting it (65).
На фиг.10 показан процесс создания искусственного объекта в космосе. На станции загрузки (73) осуществляется загрузка волокнистого материала сразу на две платформы (71) с соединением волокнистого материала между платформами, а также всего необходимого (топливо для ракетных двигателей, зарядка аккумуляторов и пр.). На платформах установлены устройство разрезания волокнистого материала, устройство натяжения и сматывания волокнистого материала, солнечные батареи. Платформы (71) синхронно двигаясь вокруг предопределенной надувной формы (72) в виде тора. Как описывалось выше, в данном процессе важную роль играет устройство натяжения и сматывания, с помощью которого по мере укладки волокнистого материала регулируется расстояние от платформ (71) до предопределенной формы (72). Что приводит к изменению скорости, с которой платформы (71) вращаются вокруг предопределенной формы (72).Figure 10 shows the process of creating an artificial object in space. At the loading station (73), the fibrous material is loaded onto two platforms (71) at once with the connection of the fibrous material between the platforms, as well as everything necessary (fuel for rocket engines, charging batteries, etc.). A device for cutting fibrous material, a device for tensioning and reeling up fibrous material, and solar panels are installed on the platforms. Platforms (71) synchronously moving around a predetermined inflatable form (72) in the form of a torus. As described above, in this process an important role is played by the tensioning and winding device, with which, as the fibrous material is laid, the distance from the platforms (71) to a predetermined shape (72) is controlled. This leads to a change in the speed with which the platforms (71) rotate around a predetermined shape (72).
Что касается искусственных космических объектов, то постройка космического объекта, подобного автоматизированному комплексу (30) необходимых размеров, дает возможность создания каната длиной десятки тысяч километров, соединяющего поверхность планеты и космический объект, так называемый - космический лифт.As for artificial space objects, the construction of a space object, similar to an automated complex (30) of the required size, makes it possible to create a rope tens of thousands of kilometers long, connecting the planet’s surface and a space object, the so-called space elevator.
Очевидно, что настоящее изобретение может иметь и другие различные варианты его осуществления, причем его различные компоненты могут быть подвергнуты модификации, использоваться в различных комбинациях, если они входят в рамки изобретения.Obviously, the present invention may have other various options for its implementation, and its various components can be modified, used in various combinations, if they are included in the scope of the invention.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105122A RU2653987C1 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Articles from fibrous material and fibrous composite manufacturing method and automated system for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017105122A RU2653987C1 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Articles from fibrous material and fibrous composite manufacturing method and automated system for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2653987C1 true RU2653987C1 (en) | 2018-05-15 |
Family
ID=62153071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017105122A RU2653987C1 (en) | 2017-02-16 | 2017-02-16 | Articles from fibrous material and fibrous composite manufacturing method and automated system for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2653987C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204274U1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-05-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» | A device for the manufacture of composite products by winding |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1222190A3 (en) * | 1981-09-03 | 1986-03-30 | Таурус Гумиипари Валлалат (Инопредприятие) | Device for manufacturing flexible hoses with filament-like armour |
| EP0523471A1 (en) * | 1990-02-14 | 1993-01-20 | MAN Ceramics GmbH | Method of manufacturing fibre reinforced products |
| US5320696A (en) * | 1988-02-02 | 1994-06-14 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | In-line consolidation of braided structures |
| WO2006027476A1 (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Digital Composite Systems | Method for producing an elongated hollow piece made of a composite material such as a windmill blade comprising a braided shell, a windmill blade and braiding machine |
| WO2011082709A1 (en) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | Vestas Wind Systems A/S | Winding machine |
| US8006601B2 (en) * | 2007-08-10 | 2011-08-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fiber reinforced resin member and method of manufacturing the same, and apparatus manufacturing fiber fabric |
-
2017
- 2017-02-16 RU RU2017105122A patent/RU2653987C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1222190A3 (en) * | 1981-09-03 | 1986-03-30 | Таурус Гумиипари Валлалат (Инопредприятие) | Device for manufacturing flexible hoses with filament-like armour |
| US5320696A (en) * | 1988-02-02 | 1994-06-14 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | In-line consolidation of braided structures |
| EP0523471A1 (en) * | 1990-02-14 | 1993-01-20 | MAN Ceramics GmbH | Method of manufacturing fibre reinforced products |
| WO2006027476A1 (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Digital Composite Systems | Method for producing an elongated hollow piece made of a composite material such as a windmill blade comprising a braided shell, a windmill blade and braiding machine |
| US8006601B2 (en) * | 2007-08-10 | 2011-08-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fiber reinforced resin member and method of manufacturing the same, and apparatus manufacturing fiber fabric |
| WO2011082709A1 (en) * | 2010-01-08 | 2011-07-14 | Vestas Wind Systems A/S | Winding machine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU204274U1 (en) * | 2020-09-28 | 2021-05-18 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» | A device for the manufacture of composite products by winding |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11161297B2 (en) | Control methods for additive manufacturing system | |
| CN109906136B (en) | System and method for controlling additive manufacturing | |
| US10766191B2 (en) | Additive manufacturing system having in-head fiber weaving | |
| CN101861242B (en) | Method and device for producing a fiber composite component | |
| EP2436511B1 (en) | Method and apparatus for laying up barrel-shaped composite structures | |
| US20180126638A1 (en) | Additive manufacturing system having interchangeable nozzle tips | |
| ES2841113T3 (en) | Composite tape lamination method on convex radii | |
| CN101379237B (en) | Three-dimensional textile component structure consisting of high-tensile threads and method for producing said structure | |
| CN105246673A (en) | Manufacturing arrangement and method for manufacture of rotor blade | |
| CN104755241A (en) | Method and device for producing preforms for producing a rotor blade | |
| US20060169396A1 (en) | Method for producing a three-dimensional preform | |
| CN112157926B (en) | Fiber reinforced composite material winding forming equipment and winding forming process thereof | |
| Munro | Review of manufacturing of fiber composite components by filament winding | |
| DE102010047361A1 (en) | Method for manufacturing fiber-reinforced component i.e. gas tank, involves producing winding pattern of fiber, and coiling fiber on molding body by rotation of molding body, and rotating body by drive around longitudinal axle within holder | |
| US10759113B2 (en) | Additive manufacturing system having trailing cure mechanism | |
| US20190315056A1 (en) | System for continuously manufacturing composite structure | |
| CN107743439A (en) | For laying the device of the composite products with fabric | |
| RU2653987C1 (en) | Articles from fibrous material and fibrous composite manufacturing method and automated system for its implementation | |
| KR20170088518A (en) | the manufacture system of hollow type preform comprising rim of automobile wheel and the manufacture method of hollow type preform comprising rim of automobile wheel and the preform for rim of automobile wheel | |
| US20140300027A1 (en) | Systems and methods for applying a braid to an irregular core | |
| US20140093309A1 (en) | Device for automated connection of two components, a wound joint connection and a method of connecting two components in a joint region | |
| US20140065312A1 (en) | Inline resin-infused fiber placement systems and methods | |
| JP2024514242A (en) | Process and system for wrapping filament around a wrapping support | |
| Gessler | Braided reinforcements for composites | |
| JP5817275B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for fiber reinforced plastic |