CN103568334B - 一种热塑性复合材料缠绕设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热塑性复合材料缠绕设备，该设备包括小车、芯轴、缠绕机构和机架，所述的小车和芯轴安装在机架上，所述的缠绕机构安装在小车上，通过三轴联动控制小车水平往复运动、芯轴和缠绕机构旋转运动。与现有技术相比，本发明为热塑性缠绕提供了一种自动化程度较高的缠绕设备，能够实现热塑性缠绕的工业化生产。

Description

一种热塑性复合材料缠绕设备
技术领域
本发明属于复合材料缠绕成型技术领域，尤其涉及一种热塑性复合材料缠绕设备。
背景技术
缠绕成型是复合材料成型中一种非常重要的工艺，缠绕成型得到的复合材料具有高强度、低密度等优异的性能，其在管道、压力容器、航空航天等领域具有广泛应用。缠绕成型根据树脂基体的不同又可以分为热固性缠绕和热塑性缠绕，热固性缠绕在我国的发展历史已经有几十年了，缠绕工艺和设备都比较成熟。但是热固性缠绕由于其树脂基体是热固性材料，使得该材料在环保上及抗冲击等方面有所欠缺，与此同时，随着国家对高性能新型复合材料及环保产品的大力发展，热塑性缠绕将会有广阔的发展空间。
热塑性缠绕一般采用二步法实现，第一步先制备连续纤维增强热塑性树脂预浸渍材料，第二步即将预浸渍材料通过缠绕设备缠绕成所需制品。由于连续纤维增强热塑性树脂预浸渍材料是一种固体形态，无法直接进行缠绕，这与热固性缠绕工艺存在着本质区别，工艺的不同从而使得对缠绕设备也具有不同的要求。因此设计开发一套适用于热塑性缠绕的设备是热塑性缠绕发展的必备条件。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动化程度高、易实现工业化生产的热塑性复合材料缠绕设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，该设备包括小车、芯轴、缠绕机构和机架，所述的小车和芯轴安装在机架上，所述的缠绕机构安装在小车上，通过三轴联动控制小车水平往复运动、芯轴和缠绕机构旋转运动。
所述的小车安装在机架上的丝杠上，通过交流伺服电机驱动丝杠使得小车做往复直线运动。
所述的芯轴一端通过卡盘固定在机架上，另一端通过顶针固定在机架上，通过交流伺服电机驱动卡盘转动，进而带动芯轴旋转。
所述的缠绕机构包括支撑座、驱动装置、转筒、红外加热器、导辊、放卷装置和张力仪，所述的支撑座固定在小车上，所述的驱动装置由伺服电机、传动装置及滚动轴承组成，所述的伺服电机连接传动装置，传动装置及滚动轴承连接转筒，伺服电机控制驱动传动装置驱动转筒转动，所述的红外加热器包括第一红外加热器和第二红外加热器，其中第一红外加热器安装在转筒上，对缠绕前预浸渍材料进行加热，第二红外加热器安装在小车上，对已缠绕在芯轴上的预浸渍材料进行加热；待缠绕的热塑性复合材料由放卷装置放卷经导辊牵引至芯轴，进行缠绕。
所述的放卷装置为预浸带片材放卷装置或者复合纤维纱架。
所述的放卷装置为预浸带片材放卷装置时，放卷装置安装固定在转筒上，与转筒一起旋转；所述的放卷装置为复合纤维纱架时，放卷装置直接落座在地上。
所述的支撑座将转筒和驱动装置固定在小车上。
所述的传动装置为齿轮或者同步齿形带。
所述的滚动轴承配合传动装置使转筒易于转动。
所述的转筒固定在支撑座上，用于控制缠绕角度，并固定第一红外加热器，转筒前端设有保温头，用于减小预浸渍材料从转筒到芯轴的过程中的温度损失；所述的导辊连接固定在转筒上，用于控制缠绕张力和方向；所述的转筒上还连接固定有张力仪，用于测量缠绕过程中的张力大小；所述的放卷装置用于放卷，并带有张力控制装置。
与现有技术相比，本发明为热塑性缠绕提供了一种自动化程度较高的缠绕设备，能够实现热塑性缠绕的工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1热塑性缠绕设备的结构示意图；
图2为本发明实施例2热塑性缠绕设备的结构示意图。
图中，(1)小车、(2)芯轴、(3)缠绕机构、(4)支撑座、(5)齿轮、(6)伺服电机、(7)滚动轴承a、(8)滚动轴承b、(9)导辊a、(10)导辊b、(11)转筒、(12)红外加热器a、(13)红外加热器b、(14)红外加热器c、(15)张力仪、(16)保温头、(17)放卷装置、(17’)纱架、(18)导纱板。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种热塑性复合材料缠绕设备，该设备为三轴联动控制***缠绕机，其结构组成包括小车1、芯轴2、缠绕机构3和机架，所述的小车1和芯轴2安装在机架上，所述的缠绕机构3安装在小车1上，通过三轴联动控制小车1水平往复运动、芯轴2和缠绕机构3旋转运动。本发明中缠绕机构3是热塑性缠绕与热固性缠绕最大的区别所在，也是本发明的核心部分。
所述的小车1安装在机架上的丝杠上，通过交流伺服电机驱动丝杠做往复直线运动，所述的芯轴2一端通过卡盘固定在机架上，另一端通过顶针固定在机架上，通过交流伺服电机驱动卡盘转动，进而带动芯轴旋转。所述的缠绕机构3包括支撑座4、齿轮5、伺服电机6、滚动轴承a7、滚动轴承b8、转筒11、第一加热装置(包括红外加热器a12、红外加热器b13)、第二加热装置(红外加热器c14)、导辊a9、导辊b10、放卷装置17和张力仪15，所述的支撑座4固定在小车1上，用于将转筒11和齿轮5、伺服电机6、滚动轴承a7、滚动轴承b8固定在小车上，伺服电机6控制齿轮5驱动转筒11转动，转筒11两端设置的滚动轴承a7和滚动轴承b8配合齿轮5驱动使转筒11易于转动。所述的红外加热器a12和红外加热器b13连接安装在转筒11上，对预浸渍材料加热熔融，所述的放卷装置17安装在转筒11上，红外加热器c14固定在小车上，用于对已缠绕在芯轴2表面的预浸渍材料加热熔融，转筒11前端设有保温头10，有利于减小预浸渍材料从转筒11到芯轴2的过程中的温度损失。
本发明热塑性缠绕设备使用步骤如下：首先通过放卷装置17将预浸渍材料进行放卷，并牵引至芯轴2上固定，根据工艺控制一定的张力，由张力仪15显示并进行调节，之后开启红外加热器a12、红外加热器b13、红外加热器c14，红外加热器a12、红外加热器b13用于加热预浸渍材料并使之熔融，红外加热器c14用于对芯轴加热，使缠绕在芯轴表面的预浸渍材料熔融，使得经过外加热器a12、红外加热器b13后熔融的预浸渍材料与经过红外加热器c14加热后熔融的预浸渍材料基材更好的粘结，获得质量好的缠绕制品，由于热塑性树脂冷却固化速度快，因此保温头16能够减小熔融预浸渍材料温度的损失，使熔融的预浸渍材料在达到芯轴2的时候不至于固化；然后通过程序控制芯轴2转速、小车1行进速度和转筒11的转动角度来控制整个缠绕过程的缠绕角度和缠绕轨迹。其中齿轮5、伺服电机6和滚动轴承a7、滚动轴承b8用于控制和驱动转筒11转动。该缠绕设备适用于片材状预浸渍材料。
实施例2
如图2所示，一种热塑性复合材料缠绕设备，该设备为三轴联动控制***缠绕机，其结构组成包括小车1、芯轴2、缠绕机构3和机架，所述的小车和芯轴安装在机架上，所述的缠绕机构安装在小车上，通过三轴联动控制小车水平往复运动、芯轴和缠绕机构旋转运动。本发明中缠绕机构3是热塑性缠绕与热固性缠绕最大的区别所在，也是本发明的核心部分。
本发明热塑性缠绕设备使用步骤如下：首先将纱架17上复合纤维预浸渍材料通过导纱板18牵引至芯轴上并固定，根据工艺控制一定的张力，由张力仪15显示并进行调节，之后开启外加热器a12、红外加热器b13和红外加热器c14，其中红外加热器a12、红外加热器b13用于加热预浸渍材料并使之熔融，红外加热器c14用于对芯轴加热，使缠绕在芯轴表面的预浸渍材料熔融，使得经过红外加热器a12、红外加热器b13后熔融的预浸渍材料与经过红外加热器c14加热后熔融的预浸渍材料基材更好的粘结，获得质量好的缠绕制品，由于热塑性树脂冷却固化速度快，因此保温头16能够减小熔融预浸渍材料温度的损失；然后通过程序控制芯轴2转速、小车1行进速度和转筒11的转动角度来控制整个缠绕过程的缠绕角度和缠绕轨迹。其中齿轮5、伺服电机6和滚动轴承a7、滚动轴承b8用于控制和驱动转筒11转动。该缠绕设备适用于复合纤维预浸渍材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，该设备包括小车、芯轴、缠绕机构和机架，所述的小车和芯轴安装在机架上，所述的缠绕机构安装在小车上，通过三轴联动控制小车水平往复运动、芯轴和缠绕机构旋转运动；所述的缠绕机构包括支撑座、驱动装置、转筒、红外加热器、导辊、放卷装置和张力仪，所述的支撑座固定在小车上，所述的驱动装置由伺服电机、传动装置及滚动轴承组成，所述的伺服电机连接传动装置，传动装置及滚动轴承连接转筒，伺服电机控制驱动传动装置驱动转筒转动，所述的红外加热器包括第一红外加热器和第二红外加热器，其中第一红外加热器安装在转筒上，对缠绕前预浸渍材料进行加热，第二红外加热器安装在小车上，对已缠绕在芯轴上的预浸渍材料进行加热；待缠绕的热塑性复合材料由放卷装置放卷经导辊牵引至芯轴，进行缠绕；所述的转筒固定在支撑座上，用于控制缠绕角度，并固定第一红外加热器，转筒前端设有保温头，用于减小预浸渍材料从转筒到芯轴的过程中的温度损失；所述的导辊连接固定在转筒上，用于控制缠绕张力和方向；所述的转筒上还连接固定有张力仪，用于测量缠绕过程中的张力大小；所述的放卷装置用于放卷，并带有张力控制装置。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，所述的小车安装在机架上的丝杠上，通过交流伺服电机驱动丝杠使得小车做往复直线运动。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，所述的芯轴一端通过卡盘固定在机架上，另一端通过顶针固定在机架上，通过交流伺服电机驱动卡盘转动，进而带动芯轴旋转。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，
所述的放卷装置为预浸带片材放卷装置或者复合纤维纱架。
5.根据权利要求4所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，所述的放卷装置为预浸带片材放卷装置时，放卷装置安装固定在转筒上，与转筒一起旋转；所述的放卷装置为复合纤维纱架时，放卷装置直接落座在地上。
6.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，所述的支撑座将转筒和驱动装置固定在小车上。
7.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，所述的传动装置为齿轮或者同步齿形带。
8.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料缠绕设备，其特征在于，所述的滚动轴承配合传动装置使转筒易于转动。
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