SU1052405A1

SU1052405A1 - Method and device for pressing-down composite materials

Info

Publication number: SU1052405A1
Application number: SU823500207A
Authority: SU
Inventors: Юрий Михайлович Ерофеев; Михаил Иванович Павленко; Александр Иванович Ковган; Вадим Николаевич Пшеничный
Original assignee: Предприятие П/Я Ж-1287
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1982-10-15
Publication date: 1983-11-07

Abstract

1. Способ прикатки изделий из композиционных материалов, включающий воздействие на укладываемый в процессе намотки на оправку материал ролика, совершающего колебательное движение заданной частоты и амплитуды и расположенного поперек материала, отличающийс тем, что, с целью повышени качества изготавливаемых крупногабаритных изделий при намотке ленты, переменной щирины, воздействие ролика на материал осуществл ют послойно по синусоиде от одной его кромки к другой с увеличением амплитуды колебаний пр мо пропорционально увеличению щирины укладываемого материала. Ш (Л сд ю 4 О ел /////. ; АДЛЛ- ЛЛ Г Фиг. 11. Method of rolling products from composite materials, including the effect on the material of a roller placed during the winding on the mandrel, which performs an oscillatory motion of a given frequency and amplitude and located across the material, characterized in that, in order to improve the quality of manufactured large-sized products when the tape is wound, the variable the width, the impact of the roller on the material is carried out in layers along a sinusoid from one edge to another with increasing amplitude of oscillations directly proportional to the increase the width of the laid material. W (L c d o 4 O ate /////.; ADLL-LL G Fig. 1

Description

2. Устройство дл прикатки изделий из композиционных материалов, включающее вращающуюс оправку, прикаточный ролик с приводом колебательного движени , отличающеес тем, что, с целью повышени качества изготавливаемых крупногабаритных изделий и уменьщени габаритов устройства , прикаточный ролик смонтирован на ползуне , св занном с приводом колебательного движени в виде кривощипно-шатунного механизма с кривошипом, образованным винтом и гайкой-дцарниром- с шагом, увеличивающим амплитуду колебаний пр мо пропорционально увеличению щирины укладываемого на оправку материала, причем, ползун расположен в направл ющих, установленных с возможностью перемещени вдоль оси оправки.2. A device for rolling articles from composite materials, including a rotating mandrel, an oscillating-motion stitching roller, characterized in that, in order to improve the quality of manufactured large-sized articles and to reduce the overall dimensions of the apparatus, the stitching roller is mounted on a slider connected with an oscillating-motion actuator in the form of a crank mechanism with a crank formed by a screw and a dzarnir nut with a step that increases the amplitude of oscillations in direct proportion to the increase in u irins of the material to be stacked on the mandrel; moreover, the slider is located in guides mounted for movement along the mandrel axis.

3. Устройство по п. 2, отличающеес тем, что ширина прикаточного ролика больше или -равна величине смещени укладываемого материала за один его двойной ход.3. A device according to claim 2, characterized in that the width of the stitching roller is greater than or equal to the displacement of the laid material in one single double stroke.

tt

Изобретение относитс к изготовлению деталей из композиционного материала методом намотки.The invention relates to the manufacture of parts made of a composite material by the winding method.

Известно устройство дл прикатки изделий из композиционного материала, состо щее из охватываемых бесконечной лентой роликов, которые смонтированы на шарнирно соединенных под углом друг к другу рычагах , соединенных щарнирно со штоками силовых цилиндров 1.A device for compacting articles from a composite material is known, consisting of rollers covered by an endless belt, which are mounted on pivotally connected levers at an angle to each other, which are connected hingedly to the rods of the power cylinders 1.

В этом устройстве реализован способ, по которому композиционную ленту прикатывают по профилю детали вдоль ленты.In this device, a method is implemented in which a composite tape is rolled along a part profile along a tape.

Недостатком способа, реализованном в данном устройстве, вл етс то, что прикатку осуществл ют вдоль ленты, прижима ее по всей ширине роликом. Это приводит к тому, что если лента широка , а это более производительно, то и размеры прикаточного ролика возрастают. К тому же, вследствие того, что лента выполнена в виде траковой гусеницы,,то по вл ютс между траками участки неприжатой ленты, чтб снижает качество прижати ленты.The disadvantage of the method implemented in this device is that the rolling is carried out along the belt, pressing it across the entire width with a roller. This leads to the fact that if the tape is wide, and this is more productive, then the size of the stitching roller will increase. Moreover, due to the fact that the tape is made in the form of a track caterpillar, sections of unstressed tape appear between the tracks, which reduces the quality of the pressing of the tape.

Недостатком данного устройства вл етс то, что в случае создани крупногабаритных деталей необходима намотка широкой лентой переменной ширины, вс.1едствие чего резко возрастают габариты устройства , что усложн ет установку.The disadvantage of this device is that in the case of creating large-sized parts, winding with a wide tape of variable width is necessary, and the dimensions of the device dramatically increase, which complicates the installation.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ прикатки изделий из композиционных материалов, включающий воздействие на укладываемый в процессе намотки на оправку материал ролика, совершающего колебательное движение заданной частоты и амплитуды и расположенного поперек .этого материала 2.The closest to the invention is a method of rolling products from composite materials, including the effect on the material of a roller placed on the mandrel during winding on a mandrel, which oscillates a given frequency and amplitude and is located across this material 2.

В известном способе используют преобразование энергии электрических колебаний в энергию механических колебаний ультразвуковой частоты прикаточного ролика в процессе намотки материала на оправку.In the known method, the energy of electrical oscillations is converted into the energy of mechanical oscillations of the ultrasonic frequency of the stitching roller in the process of winding the material on the mandrel.

Известный способ не предполагает изменение параметров колебаний ролика при намотке ленты переменной ширины.The known method does not imply a change in the parameters of oscillations of the roller when the tape is wound with a variable width.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл пропитки изделий из композиционных материалов, включающее вращающуюс оправку, прикаточный ролик с приводом колебательного движени 2. Известное устройство содержит прикаточный ролик из магнитострикционного или пьезоэлектрического материала, преобразующего энергию электрических колебаний в энергию механических колебаний. Это устройство не имеет средств изменени параметров колебаний прикаточного ролика при изменении ширины укладываемой на оправку ленты.Closest to the present invention is a device for impregnating articles made of composite materials, including a rotating mandrel, a stitching roller with an oscillating motion drive 2. The known device comprises a stitching roller made of a magnetostrictive or piezoelectric material that converts the energy of electrical oscillations into the energy of mechanical oscillations. This device does not have the means to change the vibration parameters of the stitching roller when changing the width of the tape laid on the mandrel.

Однако при намотке широкой лентой тре-However, when winding wide tape

5 буетс громоздкое устройство с большим усилием прижати , а это снижает качество детали, так как широким роликом трудно обеспечить по всей ширине ленты равномерное прижатие, особенно если это профильна поверхность.5 bumps a bulky device with a large pressing force, and this reduces the quality of the part, since it is difficult to ensure a uniform pressing across the entire width of the belt, especially if it is a profile surface.

0 Целью изобретени вл етс повышение качества издели при намотке ленты переменной ширины, а также повышение качества изготавливаемых крупногабаритных изделий и уменьшение габаритов.0 The aim of the invention is to improve the quality of the product when winding a tape of variable width, as well as improving the quality of manufactured large-sized products and reducing the size.

2 Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу прикатки изделий из композиционных материалов, включающему воздействие на укладываемый в процессе намотки на оправку материал ролика, совершающего колебательное движение заданной2 The goal is achieved by the fact that according to the method of rolling products from composite materials, including the impact on the material of the roller, which oscillates a predetermined motion, laid on the mandrel during winding

0 частоты и амплитуды и расположенного поперек материала, воздействие на материал осуществл ют послойно по синусоиде от одной его кромки и к другой с увеличением амплитуды колебаний пр мо пропорционально увеличению щирины укладываемого материала.0, the frequencies and amplitudes of the material located transversely, the impact on the material is carried out in layers along a sinusoid from one of its edges and to the other with an increase in the amplitude of oscillations directly proportional to the increase in the width of the material being laid.

Кроме того, в устройстве дл пропитки изделий из композиционных материалов, включающем вращающуюс оправку, прикаточный ролик с приводом колебательного движени , прикаточный ролик смонтирован на ползуне, св занном с приводом колебательного движени в виде кривошипно-шатунного механизма с кривошипом, образованным винтом и гайко-шарниром с шагом, увеличирающим амплнтуду колебаний пр мо пропорцнонально увеличению ширины укладываемого на оправку материала, причем ползун расположен в направл юших, установлены с возможностью перемещени вдоль оси оправки. Ширина прикаточного ролика в устройстве выполнена больше или. равна величине смешени ленты укладываемого материала за один его двойной ход. На фиг. 1 И 2 представлена схема способа прикатки; на фиг. 3 - устройство, вид сверху; на фиг. 4 - то же, вид сбоку. При намотке композиционной ленты 1 на оправку 2 осуществл ют прикатку каждого сло ленты поперек ее роликом 3 (фиг. 1), цилиндрические участки детали прикатывают другими роликами (фиг. 2 и 3) вдоль ленты. Прикатка двух слоев ленты а и б осуществл етс следующим образом. При намотке сло а прикаточный ролик 3 совершает поперек ленты 1 прикаточное движение из положени О в положение О и назад. При этом величина двойных ходов достигает , например, 1400 при скорости ленты, например, 14 м/мин. Прикатка идет по синусоиде (фиг. 2). Увеличива или уменьша скорость ленты, увеличивают или уменьшают шаг синусоиды, т. е. уменьшают или увеличивают количество прикаточных движений ролика на единицу длины композиционной ленты. При этом, ввиду того, что лента выполнена переменной ширины, измен ют в процессе намотки амплитуду А синусоиды ролика 3. Устройство дл осуществлени способа включает корпус 4, в котором выполнены направл ющие 5 дл перемещени по ним каретки б с прикаточным роликом 3, прикатываюшим профильную часть детали. Дл прикатки цилиндрических участков и фланцев детали в корпусе 4 смонтированы ролики 7 и 8, которые установлены на ползунах 9 и поджимаютс пружинами 10. Величина хода ползуна 9 регулируетс гайками 11. Перемещение каретки 6 осуществлено от электродвигател 12 через винт 13 и гайку 14. Перемещение ролика 3 в подвижных направл ющих 15 выполнено кривощипно-шатунным механизмом от электродвигател 16 через клиноременную передачу 17, головку 18 с электродвигателем 19 через кривошип , выполненный в виде винта 20, гайку-шарнир 21, шатун 22 и цолзунок 23. Дл регулировани амплитуды осцилл ции ползунке 23 с роликом 3 на кривошипе 20 установлен флажок 24, включающий датчики 25 и 26, дающие сигналы на электродвигатель 19. Перемещение подвижных направл ющих 15 осуществлено от электродвигател 27 через клиноременную передачу 28, винт 29 и гайку 30. Ограничение хода направл ющих 15 выполнено посредством датчика 31 и флажка 32. Прикаточный ролик 3 закреплен в ползунке 23 на оси 33 и поджимаетс к ленте пружиной 34. Дл включени электродвигателей 27, 19, 12 к 16 через счетно-импульсное реле 35 на валу детали установлен флажок 36. Устройство работает следующим образом . Намотка препрега на оправку 2.производитс лентой 1 переменной ширины, котора имеет вид одностороннего клина. Такой раскрой ленты необходим дл того, чтобы обеспечить возможность укладывать ее на цилиндрическую и коническую поверхность методом горизонтальной намотки. Такой способ укладки устран ет сползание ленты с конической поверхности и дает возможность производить прикатывание поверхности горизонтальным способом. Ленту 1 заправл ют на оправке 2 с правой стороны узким концом и закрепл ют на ней. Ролики 7 и 8 предназначены дл прикатывани только цилиндрической поверхности издели . Ролик 8 установлен возле оправки 2 с зазором, равным двум толщинам ленты, с помощью гаек 11, которые, упира сь в торец корпуса 4, не позвол ют ролику 8 коснутьс поверхности оправки 2. В дальнейшем при наматывании на оправку 2 двух слоев ленты ролик 8 начинает прикатывать ленту вдоль ее направлени движени . Ролики 7 и 8 необходимы лишь в тех случа х, когда деталь имеет фланцы (показано), так как ролик 3 в этом случае не может прикатать прикомлевую часть и фланец. Если же в детали нет фланцев, то и ролики 7 и 8 не нужны. Включают привод вращени оправки 2, котора наматывает на себ препрег ленты и, сделав один оборот, флажком 36 через счетно-импульсное реле 35 выдают сигнал на включение электродвигател 16, который посредством клиноременной передачи 17 вращает головку 18, и на включение электродвигател 19. Головка 18, враща сь через винт 20, гайку-шарнир 21, шатун 22, перемещает возвратно-поступательно ползунок 23 с прикаточным роликом 3 вдоль направл ющих 15. За каждый оборот оправки 2 электродвигатель 19 вращает винт 20, который перемещает гайку-шарнир 21 на величину, равную шагу, и увеличивает амплитуду колебаний ползуна 23 на величину, равную приращению ширины ленты 1, до срабатывани датчиков 25 и 26 от флажка 24. Направл ющие 15 в начале работы смещены внраво и по мере того как ползунок 23 смещаетс влево, смещаютс и направл ющие 15. Это перемещение осуществл етс за счет того, что от сигнала, поступиБщего от счетно-импульсного реле 35 на электродвигатель 27, вращаетс винт 29 в гайке 30 и перемещает направл ющие 15 до тех пор, пока флажок 32 не соверщит один оборот и не разомкнет цепь в датчике 31. Причем, при увеличении амплитуды ролика 3 на щаг винта 20 происходит на такую же величину перемещение направл ющих 15 от электродвигател 27, который через электрическую цепь взаимосв зан с электродвигателем 19 (показано на фиг. 3 пунктиром). По мере увеличени толщины намотки каретка 6 перемещаетс в направл ющих 5 посредством привода через винт 13 и гайку 14 согласно сигналов от расчетноимпульснрго реле 35. В процессе работы при движении наматываемой композиционной ленты, например. со скоростью 14 м/мин и осцилл ции прикаточного ролика 1400 двойных ходов в минуту за один двойной ход лента смещаетс на 10 мм. При обработке крупногабаритных деталей, например, диаметром 1500 мм и более это смещение перекрываетс щириной прикаточного ролика, котора выбираетс большей, чем 10 мм, например 15 или 20 мм. При этом неприкатанных участков на изделии нет, что повышает качество прикатки , а следовательно, и изготавливаемого издели в целом, несмотр на любую его конфигурацию. Величину смещени ленты можно уменьщить уменьшением скорости движени ленты или увеличением числа двойных ходов прикаточного ролика. Предлагаемое изобретение позвол ет повысить качество изготовлени крупногабаритных композиционных деталей- путем намотки щирокой лентой переменной ширины за счет того, что прикатку роликом ведут послойно строчками поперек прикатываемой ленты. При этом снижаютс габариты устройства и упрощаетс его конструкци .In addition, in a device for impregnating articles made of composite materials, including a rotating mandrel, a stitching roller with an oscillating motion drive, a stitching roller is mounted on a slider connected with an oscillatory motion drive in the form of a crank-connecting rod mechanism with a crank formed by a screw and a nut-hinge in increments that increase the amplitude of oscillations directly proportional to the increase in the width of the material placed on the mandrel, the slider being located in the directions, mounted with the possibility of moving Yeni along the axis of the mandrel. The width of the stitching roller in the device is made larger than or. equal to the size of the mixing tape of the stacked material in one single double stroke. FIG. 1 and 2 shows the scheme of the method of rolling; in fig. 3 - the device, top view; in fig. 4 - the same, side view. When winding the composite tape 1 onto the mandrel 2, each layer of the tape is rolled across its roller 3 (Fig. 1), the cylindrical parts of the part are rolled by other rollers (Fig. 2 and 3) along the tape. Prikatka two layers of tape a and b is as follows. During the winding of the layer, the stitch roller 3 performs a stitching movement across the belt 1 from position O to position O and back. The value of double strokes reaches, for example, 1400 at a belt speed of, for example, 14 m / min. Rolling goes on a sinusoid (Fig. 2). Increasing or decreasing the tape speed increases or decreases the sinusoid pitch, i.e. reduces the number of additional movements of the roller per unit length of the composite tape. Moreover, due to the fact that the tape is made of variable width, the amplitude A of the sine wave of roller 3 changes during winding. The device for carrying out the method includes a body 4 in which guides 5 are made to move the carriage b along it with a roller roller 3 which rolls the profile part of the part. For rolling in the cylindrical sections and flanges of the part in the housing 4, rollers 7 and 8 are mounted, which are mounted on sliders 9 and pressed by springs 10. The stroke of slide 9 is adjusted by nuts 11. The carriage 6 is moved from the electric motor 12 through the screw 13 and the nut 14. Moving roller 3 in the movable guides 15 is made by a crank mechanism from the electric motor 16 through a V-belt transmission 17, the head 18 with the electric motor 19 through the crank, made in the form of a screw 20, a hinge nut 21, a connecting rod 22 and a slider 23. For controlling the amplitude of oscillation of slider 23 with roller 3 on crank 20, flag 24 is set, including sensors 25 and 26, giving signals to motor 19. Moving guides 15 is moved from motor 27 via V-belt transmission 28, screw 29 and nut 30. Stroke limitation the guides 15 are made by means of a sensor 31 and a flag 32. The prikatochny roller 3 is fixed in slider 23 on axis 33 and is pressed to the belt by spring 34. For switching on electric motors 27, 19, 12 to 16, a fl right side 36. The device works as follows. The winding of the prepreg on the mandrel 2. is produced by a tape 1 of variable width, which has the form of a one-sided wedge. Such cutting of the tape is necessary in order to ensure that it can be laid on a cylindrical and conical surface by the method of horizontal winding. This method of laying eliminates the slipping of the tape from the conical surface and makes it possible to roll the surface in a horizontal way. Tape 1 is threaded on mandrel 2 on the right side with a narrow end and fixed on it. The rollers 7 and 8 are intended to roll only the cylindrical surface of the product. The roller 8 is installed near the mandrel 2 with a gap equal to two thicknesses of the tape, using nuts 11, which, abutting against the end of the body 4, do not allow the roller 8 to touch the surface of the mandrel 2. Subsequently, when winding 2 layers of tape on the mandrel 2 begins to roll the tape along its direction of movement. Rollers 7 and 8 are needed only in those cases where the part has flanges (shown), since roller 3 in this case cannot roll in the prikomlevy part and flange. If there are no flanges in the part, then rollers 7 and 8 are not needed. The rotational drive of the mandrel 2 is turned on, which winds up a prepreg tape and, making one revolution, a flag 36 through a pulse-counting relay 35 gives a signal to turn on the electric motor 16, which rotates the head 18 by means of a belt drive 17 and to turn on the electric motor 19. Head 18 , rotating through the screw 20, the nut-hinge 21, the connecting rod 22, moves the reciprocating slider 23 with the stitching roller 3 along the rails 15. For each rotation of the mandrel 2, the electric motor 19 rotates the screw 20, which moves the nut-hinge 21 by the amount equal to the step, and increases the amplitude of oscillation of the slider 23 by an amount equal to the increment of the width of the tape 1, until sensors 25 and 26 are triggered from the flag 24. The guides 15 at the beginning of operation are shifted to the inside and as the slider 23 is shifted to the left, the guides 15. This movement is due to the fact that the screw 29 in the nut 30 rotates from the signal coming from the calculating relay 35 to the electric motor 27 until the flag 32 takes one turn and unlocks circuit in the sensor 31. Moreover, when uve ichenii roller 3 amplitude schag screw 20 occurs at the same amount of displacement of the guide 15 from the motor 27, which through the circuit is interconnected to the motor 19 (shown in FIG. 3 dotted line). As the winding thickness increases, the carriage 6 moves in the guides 5 by means of a drive through the screw 13 and the nut 14 according to signals from the impulse-calculated relay 35. In operation, during movement of the winding composite tape, for example. at a speed of 14 meters per minute and an oscillation of a stitching roller 1400 double strokes per minute in one double stroke, the tape is displaced by 10 mm. When machining large-sized parts, for example, with a diameter of 1500 mm and more, this displacement is covered by a width of the prikatochny roller, which is chosen greater than 10 mm, for example 15 or 20 mm. At the same time there are no non-rolled sections on the product, which improves the quality of stitching and, consequently, the manufactured product as a whole, despite any configuration. The magnitude of the displacement of the belt can be reduced by decreasing the speed of the belt or increasing the number of double strokes of the stitching roller. The present invention allows to improve the quality of manufacturing large-sized composite parts by winding with a wide tape of variable width due to the fact that rolling with a roller is carried out in layers of lines across the rolled-in tape. This reduces the size of the device and simplifies its design.

fpuzAfpuzA

Claims

1. The method of rolling products from composite materials, including the impact on the material of the roller that is oscillating in a predetermined frequency and amplitude and placed across the material, which is stacked during winding on the mandrel, characterized in that, in order to improve the quality of large-sized products made when winding the tape, the variable width, the impact of the roller on the material is carried out in layers along a sinusoid from one of its edges to another with an increase in the amplitude of oscillations is directly proportional to the increase in rins of stacked material.

FIG. /

2. A device for rolling products from composite materials, including a rotating mandrel, a pressure roller with an oscillating motion drive, characterized in that, in order to improve the quality of large-sized products and reduce the dimensions of the device, the pressure roller is mounted on a slider associated with the vibrational motion drive in in the form of a crank mechanism with a crank formed by a screw and a hinge nut, with a step increasing the amplitude of vibrations in direct proportion to the increase in width s laid on the mandrel material, and ¹ , the slider is located in the guides installed with the possibility of movement along the axis of the mandrel.

3. The device according to p. 2, characterized in that the width of the press roller is greater than or equal to the displacement of the material to be laid in one double stroke of it.