一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其设有一金属芯轴，所述金属芯轴包括一呈圆柱状的芯轴本体部以及对应设置在所述芯轴本体部两端的两轴承支撑部，所述轴承支撑部与所述芯轴本体部呈同轴设置，其外径小于所述芯轴本体部的外径，其中，所述芯轴本体部的外侧面包覆有弹性胶层，所述弹性胶层的外侧包覆有辊面胶层。本发明的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，便于加工制造，生产成本低，具有较好的使用寿命及可维修性，克服了现有技术的缺陷。
【专利说明】一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊
【技术领域】
[0001]本发明属于航空专用自动铺带装备技术，涉及一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊。
【背景技术】
[0002]先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性和工艺性好等特点，尤其适用于大型结构及整体结构，是理想的航空结构材料，其在飞机上的用量日益增多，应用范围从次承力结构(舱门、整流罩、安定面等)扩展到主承力结构(机翼、机身等)，目前复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料，复合材料还广泛应用于航天、船舶、风力发电等领域。因此，复合材料低成本制造技术是目前国际复合材料【技术领域】的核心问题，复合材料自动铺放技术是复合材料低成本制造技术的研究重点。
[0003]目前，带有双超声波切刀切割系统和在线检测系统的10轴自动铺带机已经成为自动铺带机的标准配置，铺带成型质量显著提高，铺带效率已是手工铺叠的数十倍，不仅大大提高了复合材料构件的生产效率，降低了生产成本，而且通过铺带工艺参数和技术指标的精确控制，极大提高了复合材料构件质量的可靠性和稳定性，特别适合大尺寸和复杂构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，并极大地降低了材料的废品率和制造工时。
[0004]然而，目前的自动铺带机上，其复合材料铺放装置采用的铺放压辊大都是国外进口压辊，价格昂贵，易损坏，采购渠道单一，供货周期长，严重制约了国内复合材料自动铺放装置行业的发展；另外，现有的复合材料铺放压辊均采用缠绕式结构，加工工艺复杂，制造成本高昂，使用寿命周期短，易损坏，可维修性差。
[0005]有鉴于此，本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验，研制出一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，以期解决现有技术存在的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是在于提供一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，便于加工制造，生产成本低，具有较好的使用寿命及可维修性，克服了现有技术的缺陷。
[0007]为此，本发明提出一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，所述覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊设有一金属芯轴，所述金属芯轴包括一呈圆柱状的芯轴本体部以及对应设置在所述芯轴本体部两端的两轴承支撑部，所述轴承支撑部与所述芯轴本体部呈同轴设置，其外径小于所述芯轴本体部的外径，其中，所述芯轴本体部的外侧面包覆有弹性胶层，所述弹性胶层的外侧包覆有辊面胶层。
[0008]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述芯轴本体部的外侧面沿轴向依次设有第一螺纹段及第二螺纹段，所述第一螺纹段的螺纹与所述第二螺纹段的螺纹的螺旋方向相反，所述弹性胶层包覆在所述第一螺纹段及第二螺纹段的外侧，其中，所述第一螺纹段及第二螺纹段的长度相同。[0009]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述第一螺纹段的螺纹为右旋螺纹，所述第二螺纹段的螺纹为左旋螺纹，或者，所述第一螺纹段的螺纹为左旋螺纹，所述第二螺纹段的螺纹为右旋螺纹。
[0010]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述第一螺纹段与所述第二螺纹段的螺纹截面形状分别为三角形。
[0011]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述弹性胶层与所述芯轴本体部胶接固定。
[0012]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述弹性胶层由天然橡胶制成。
[0013]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述辊面胶层由PTFE胶带制成，其粘贴包覆于所述弹性胶层的外侧面。
[0014]如上所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其中，所述芯轴本体部与所述轴承连接部为一体成型，并由45号钢制成。
[0015]本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，便于加工制造，延长了复合材料铺放压辊的使用寿命，提高了复合材料铺放压辊的可维修性，降低了复合材料铺放压辊的制造成本，能够用于翼面类结构的大型复合材料铺带机中的复合材料预浸带的铺放。
[0016] 本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，通过由内至外依次设置有金属芯轴、弹性胶层以及辊面胶层，形成内、中、外三层结构，其中，内层的金属芯轴保证了复合材料铺放压辊的刚性；中层为弹性胶层，保证复合材料铺放压辊的弹性，在铺放复合材料要求的铺放压力作用下，弹性胶层产生的弹性变形量控制在2~3mm左右，在铺放复合材料预浸带过程中保证铺放压力的均匀性，并在弹性胶层发生弹性变形过程中，弹性胶层能始终与辊面胶层保持紧密贴合状态；外层为辊面胶层，保证复合材料铺放压辊的表面特性，使复合材料预浸带铺放时不与待铺放的复合材料产生粘连。
[0017]本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，在铺放过程中遇有模具的待铺放表面发生变化时，能够依靠复合材料铺放压辊本身的弹性变形，使得复合材料预浸带铺放压力得以在辊子轴线方向均匀化，避免对复合材料预浸带的内部纤维结构造成破坏，为实现对大型复合材料构件的自适应铺放奠定了基础，从而为大飞机中大型复合材料飞机壁板的研制提供装备基础。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中:
[0019]图1为本发明的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊的平面示意图。
[0020]图2为沿图1中A-A线的剖视图。
[0021]图3为沿图1中B-B线的剖视图。
[0022]主要元件标号说明:
[0023]1 金属芯轴11 芯轴本体部
[0024]12 轴承支撑部 2 弹性胶层
[0025]3辊面胶层【具体实施方式】
[0026]本发明提供一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，所述金属芯轴包括一呈圆柱状的芯轴本体部以及对应设置在所述芯轴本体部两端的两轴承支撑部，所述轴承支撑部与所述芯轴本体部呈同轴设置，其外径小于所述芯轴本体部的外径，其中，所述芯轴本体部的外侧面包覆有弹性胶层，所述弹性胶层的外侧包覆有辊面胶层。
[0027]本发明覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，便于加工制造，延长了复合材料铺放压辊的使用寿命，提高了复合材料铺放压辊的可维修性，降低了复合材料铺放压辊的制造成本，能够用于翼面类结构的大型复合材料铺带机中的复合材料预浸带的铺放。
[0028]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊的【具体实施方式】、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过【具体实施方式】的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
[0029]图1为本发明的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊的平面示意图。图2为沿图1中A-A线的剖视图。图3为沿图1中B-B线的剖视图。
[0030]如图1至图3所示，本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊100，设有一金属芯轴1，所述金属芯轴1包括一呈圆柱状的芯轴本体部11以及对应设置在所述芯轴本体部11两端的两轴承支撑部12，所述轴承支撑部12与所述芯轴本体部11呈同轴设置，其外径小于所述芯轴本体部11的外径，以用于连接轴承等其它部件，其中，所述芯轴本体部11的外侧面包覆有弹性胶层2，所述弹性胶层2的外侧包覆有辊面胶层3。
[0031]本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，通过由内至外依次设置有金属芯轴、弹性胶层以及辊面胶层，形成内、中、外三层结构，其中，内层的金属芯轴保证了复合材料铺放压辊的刚性；中层为弹性胶层，保证复合材料铺放压辊的弹性，在铺放复合材料要求的铺放压力作用下，弹性胶层产生的弹性变形量控制在2?3mm左右，在铺放复合材料预浸带过程中保证铺放压力的均匀性，并在弹性胶层发生弹性变形过程中，弹性胶层能始终与辊面胶层保持紧密贴合状态；外层为辊面胶层，保证复合材料铺放压辊的表面特性，使复合材料预浸带铺放时不与待铺放的复合材料产生粘连。
[0032]为了平衡及消除金属芯轴在加工制造中产生的表面应力，所述芯轴本体部11的外侧面沿轴向依次设有第一螺纹段及第二螺纹段(图中未标示)，所述第一螺纹段的螺纹与所述第二螺纹段的螺纹的螺旋方向相反，所述弹性胶层2包覆在所述第一螺纹段及第二螺纹段的外侧。通过设置该第一螺纹段及第二螺纹段，还能进一步提高芯轴本体部表面的粗糙程度，增强弹性胶层与芯轴本体部的连接牢固性，其中，所述第一螺纹段及第二螺纹段的长度相同。在实施应用时，还可使第一螺纹段与第二螺纹段的总长度与该芯轴本体部的长度相同，以达到更佳的使用效果。
[0033]优选的实施方式是，所述第一螺纹段的螺纹为右旋螺纹，所述第二螺纹段的螺纹为左旋螺纹，或者，所述第一螺纹段的螺纹为左旋螺纹，所述第二螺纹段的螺纹为右旋螺纹。另外，所述第一螺纹段与所述第二螺纹段的螺纹截面形状(即牙型)分别为三角形(图中未示出)。[0034]在上述各可行的实施方式中，优选所述弹性胶层2与所述芯轴本体部11胶接固定。当芯轴本体部的表面设置螺纹后，可将胶预先涂布在螺纹上以及填充于螺纹的沟槽中，增强了弹性胶层与芯轴本体部的胶接紧固程度，具有更佳的工作可靠性。
[0035]另外，优选所述弹性胶层2由天然橡胶制成，天然橡胶(NR)弹性大，定伸强力高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨、耐寒性好，加工性佳，易与其它材料粘合，综合性能优于多数合成橡胶。
[0036]所述棍面胶层3由PTFE(Polytetrafluoroethene,聚四氟乙烯)胶带制成，其粘贴包覆于所述弹性胶层2的外侧面。在实施制作时，优选采用0.15_厚的PTFE胶带，可将该PTFE胶带螺旋缠绕在该弹性胶层的表面，以形成该辊面胶层，当该辊面胶层有磨损时，可以直接更换，维护简单方便。由于PTFE胶带具有很强的胶接强度，可直接贴于各种大平面及规则表面上，操作可靠简单，免去喷涂四氟材料需专业设备、特殊工艺及必须运输到专业喷涂厂加工等限制，降低了本发明的生产成本，另外，该PTFE胶带具有耐气候性、抗老化，能在_180°C超低温情况下保持原有的柔软性，从而保证该辊面胶层和该弹性胶层的贴合性，同时，PTFE胶带表面具有非粘着性，表面光滑，不易粘附任何物质，此外，利用PTFE还具有耐腐蚀性、高绝缘性、防静电等优点，从而保证该辊面胶层的使用性能和使用寿命。
[0037]在具体工作时，该金属芯轴是主要的机械支撑体，必须具有足够的刚性，才能保证施加铺放压力的均匀性和稳定性，因此，优选所述芯轴本体部11与所述轴承连接部12为一体成型，并由45号钢制成。由于其具体加工过程为公知技术，在此不作赘述。
[0038]本发明提供的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其具体的工作过程与现有技术相同，在此不再赘述。但与现有的缠绕式结构相比，本发明便于加工制造，延长了复合材料铺放压辊的使用寿命，提高了复合材料铺放压辊的可维修性，降低了复合材料铺放压辊的制造成本，能够用于翼面类结构的大型复合材料铺带机中的复合材料预浸带的铺放。
[0039]本发明提出的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，在铺放过程中遇有模具的待铺放表面发生变化时，能够依靠复合材料铺放压辊本身的弹性变形，使得复合材料预浸带铺放压力得以在辊子轴线方向均匀化，避免对复合材料预浸带的内部纤维结构造成破坏，为实现对大型复合材料构件的自适应铺放奠定了基础，从而为大飞机中大型复合材料飞机壁板的研制提供装备基础。
[0040]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，所述覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊设有一金属芯轴，所述金属芯轴包括一呈圆柱状的芯轴本体部以及对应设置在所述芯轴本体部两端的两轴承支撑部，所述轴承支撑部与所述芯轴本体部呈同轴设置，其外径小于所述芯轴本体部的外径，其特征在于，所述芯轴本体部的外侧面包覆有弹性胶层，所述弹性胶层的外侧包覆有辊面胶层。
2.如权利要求1所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述芯轴本体部的外侧面沿轴向依次设有第一螺纹段及第二螺纹段，所述第一螺纹段的螺纹与所述第二螺纹段的螺纹的螺旋方向相反，所述弹性胶层包覆在所述第一螺纹段及第二螺纹段的外侧，其中，所述第一螺纹段及第二螺纹段的长度相同。
3.如权利要求2所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述第一螺纹段的螺纹为右旋螺纹，所述第二螺纹段的螺纹为左旋螺纹，或者，所述第一螺纹段的螺纹为左旋螺纹，所述第二螺纹段的螺纹为右旋螺纹。
4.如权利要求3所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述第一螺纹段与所述第二螺纹段的螺纹截面形状分别为三角形。
5.如权利要求1至4任一项所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述弹性胶层与所述芯轴本体部胶接固定。
6.如权利要求5所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述弹性胶层由天然橡胶制成。
7.如权利要求1或6所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述辊面胶层由PTFE胶带制成，其粘贴包覆于所述弹性胶层的外侧面。
8.如权利要求7所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述芯轴本体部与所述轴承连接部为一体成型，并由45号钢制成。
9.如权利要求1所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述弹性胶层由天然橡胶制成。
10.如权利要求1所述的覆膜式胶辊结构的复合材料铺放压辊，其特征在于，所述芯轴本体部与所述轴承连接部为一体成型，并由45号钢制成。
【文档编号】B29C70/38GK103640233SQ201310726724
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】范钰伟, 谭永生, 张永康, 马志涛, 李维涛 申请人:中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所