厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置及其成型方法与流程

1.本发明属于纤维复合材料设计制造领域，特别是涉及一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置及其成型方法。


背景技术：

2.纤维复合材料以其轻质高强的优异特性在各行各业的应用越来越多，在纺织领域，相比于传统纺织交叉铺网机用金属工作辊，纤维复合材料辊具有低挠曲度、重量轻、低转动惯性、转动速度高等优点。这就对不同厚度、不同尺寸型号规格的纤维复合材料纺织辊成型设计提出了要求。
3.而纤维复合材料纺织辊两端没有封头，在成型过程中，如何在直筒段上进行纤维连续缠绕成型，特别是对小角度缠绕的复合材料辊筒在成型中如何实现测地线连续缠绕是个问题，而厚度较大时，如何解决连续缠绕过程中两端相对较快堆积起来的厚度避免对产品段缠绕线型的影响，并使用多团纱宽纱片实现大前进量一次性成型也是丞待解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置及其成型方法，实现了无封头直筒纤维复合材料辊筒的连续纤维测地线缠绕成型，并解决了大厚度尺寸的辊筒缠绕成型时两端厚度的堆积问题，实现了纤维复合材料辊筒的一次成型。该成型方法安装定位简单、纱片定位环可重复利用，小角度缠绕时的超越行程短，可成型大厚度尺寸辊筒，应力变形小，节省了原材料，降低了成本，提高了效率。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型方法，具体包括以下步骤：
6.(1)首先将前端纱片定位环和后端纱片定位环分别安装在芯模的前后两端的配合位置处，
7.(2)安装好纱片定位环的芯模通过前端定位孔和缠绕机的前端装卡，通过后端顶尖孔和缠绕机的后端顶尖连接定位，保证芯模中心轴线位于同一高度，且芯模和缠绕机稳定装卡，通过缠绕机的多轴控制实现芯模的转动和纱片的缠绕；
8.(3)成型完成后，通过前端定位孔和固化炉旋转装配的连接安装，实现产品的旋转固化。
9.更进一步的，步骤(1)中，所述芯模、前端纱片定位环和后端纱片定位环上均匀涂抹脱模剂，待脱模剂干后进行缠绕成型。
10.更进一步的，步骤(2)中，缠绕过程中，纵向缠绕的起纱点和落纱点分别位于纱片定位环的外侧，保证纱片的内侧落纱位置距离定位针50mm，以实现不同缠绕角度在无封头直筒段上的测地线缠绕。
11.更进一步的，步骤(2)中，缠绕厚壁辊筒时，厚度每超过10mm，要在环向缠绕结束后
固定两端纱片定位环处，并在靠近定位针20mm处的纤维切断区域位置沿轴向切断两端纤维，形成纤维复合材料不完全壁厚半成品，清理掉两端切断后纤维区纤维后继续缠绕成型，至缠绕结束，固定纤维，进行旋转固化成型。
12.一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置，包括芯模、前端纱片定位环、前端定位孔、后端顶尖孔和后端纱片定位环，所述前端纱片定位环和后端纱片定位环分别安装在芯模前后两端的配合位置处，所述芯模的前端设置有前端定位孔，后端设置有后端顶尖孔。
13.更进一步的，所述前端定位孔和缠绕机前端装卡，所述后端顶尖孔和缠绕机的后端顶尖连接定位。
14.更进一步的，所述前端纱片定位环和后端纱片定位环结构相同，均由定位环底座和定位针构成，所述定位环底座的周向均匀分布有若干定位针。
15.更进一步的，所述定位针的长度根据纤维复合材料辊筒的壁厚可调节长短。
16.更进一步的，所述定位针通过粘接剂和定位环针孔连接固定，尖端部位为圆角过渡以免损伤纤维。
17.更进一步的，所述定位环底座的周向均匀分布有间距为8mm的定位针。
18.与现有技术相比，本发明所述的一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置及其成型方法的有益效果是：
19.(1)本发明所述的一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置及其成型方法，实现了无封头直筒纤维复合材料辊筒的连续纤维测地线缠绕成型，并解决了大厚度尺寸的辊筒缠绕成型时两端厚度的堆积问题，实现了纤维复合材料辊筒的一次成型。
20.(2)本发明设计了可拆卸式纱片定位环，纱片定位环上安装有可拆卸式定位钉，将纱片定位环安装到无封头直筒型模具的两端，在缠绕成型过程中连续纤维在两端落纱后，通过定位钉对纤维在端头的固定，保证了纤维随缠绕机在 y轴运动中通过芯模的x轴转动将纤维沿测地线展落在芯模上，保证在y轴运动中，芯模上持续展落的纤维线型稳定，尤其对小角度缠绕时，挂线环的使用不需要考虑超越行程，降低了对模具长度和挠度的要求，并且节省了原材料。
21.(3)本发明对于厚壁纤维复合材料辊筒，在纵向成型时，两端包角和转角会使两端端头的厚度涨幅比筒身厚度的快，缠绕至一定层数时，就会影响堆厚区附近产品纤维的稳定和产品的孔隙率、含胶量。本发明通过对端头固定后，在挂线环处设计切断工艺，并可以根据厚度多次进行该工艺设计，解决了厚壁辊筒纵向成型时的厚度涨幅快的问题，实现了纤维复合材料辊筒的一次成型。
22.(4)本发明所述的厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置，安装定位简单，通过芯模两端台阶的设计定位挂线环，定位挂线环从两端穿入至台阶处即可。
23.(5)本发明的纱片定位环可重复利用，尤其小角度缠绕时，挂线钉将纤维在端头处固定，大幅缩短了小角度缠绕的超越行程，可成型大厚度尺寸辊筒，应力变形小，节省了原材料，降低了成本，提高了效率。
附图说明
24.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实
施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1为本发明所述的一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置的主视图；
26.图2为本发明所述的定位环底座的结构示意图；
27.图3为本发明所述的纱片定位环的结构示意图；
28.图4为本发明所述的一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置的芯模端部示意图；
29.图5为本发明所述的一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置的局部示意图；
30.其中，1-芯模、2-前端纱片定位环、3-纤维复合材料辊筒、4-前端定位孔、5 后端顶尖孔、6-后端纱片定位环、7-定位环底座、8-定位针、9-纤维复合材料不完全壁厚、10-切断区域、11-芯模与定位环配合面。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.一、具体实施方式一，参见图1-5说明本实施方式，一种厚壁多角度纤维复合材料辊筒，包括芯模1、前端纱片定位环2、前端定位孔4、后端顶尖孔5和后端纱片定位环6，所述前端纱片定位环2和后端纱片定位环6分别安装在芯模1前后两端的配合位置处，所述芯模1的前端设置有前端定位孔4，后端设置有后端顶尖孔5。
33.所述前端定位孔4和缠绕机前端装卡，所述后端顶尖孔5和缠绕机的后端顶尖连接定位。通过前端定位孔4和缠绕机前端装卡，保证缠绕过程中芯模1 无自转发生。
34.所述前端纱片定位环2和后端纱片定位环6结构相同，均由定位环底座7 和定位针8构成，所述定位环底座7的周向均匀分布有若干定位针8。上述纱片定位环也叫定位挂线环，主要用于纤维的定位和挂靠。
35.所述定位针8的长度根据纤维复合材料辊筒的壁厚可调节长短。
36.所述定位针8通过粘接剂和定位环针孔连接固定，尖端部位为圆角过渡以免损伤纤维。
37.纱片定位环由定位环底座7和定位针8构成，可重复使用。定位环底座7 的周向均匀分布有中心间距为8mm的定位针孔，定位针8的长度根据纤维复合材料辊筒的壁厚可调节长短，通过502粘接剂和定位环针孔连接固定，尖端部位为圆角过渡以免损伤纤维。纱片定位环端面通过定位环配合面11和芯模1 进行配合使用，定位环配合面11防止了纱片定位环沿轴向的移动。
38.纱片定位环为可拆卸式纱片定位环，定位环底座7上安装有可拆卸式定位钉8，将纱片定位环安装到无封头直筒型芯模1的两端，在缠绕成型过程中连续纤维在两端落纱后，通过定位钉8对纤维在端头的固定，保证了纤维随缠绕机在y轴运动中通过芯模1的x轴转动将纤维沿测地线展落在芯模1上，保证在y轴运动中，芯模1上持续展落的纤维线型稳定，尤其对小角度缠绕时，挂线环的使用不需要考虑超越行程，降低了对模具长度和挠度的要求，并且节省了原材料。
39.本发明所述的厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型装置，安装定位简单，通过芯模1两端台阶的设计定位挂线环，定位挂线环从两端穿入至台阶处即可。
40.所述的厚壁多角度纤维复合材料辊筒的成型方法，具体包括以下步骤：
41.步骤(1)首先将前端纱片定位环2和后端纱片定位环6分别安装在芯模1 的前后两端的配合位置处，安装好纱片定位环的芯模通过前端定位孔4和后端顶尖孔5和缠绕机的前端装卡盘和后端顶尖连接定位，前端的缠绕机装卡盘锁紧后，在前端定位孔4内穿入螺栓，用定向磁铁在螺栓头部磁吸固定，防止缠绕过程中螺栓掉出和芯模1的自转。保证芯模的中心轴线位于同一高度，且芯模1和缠绕机稳定装卡，通过缠绕机的多轴控制实现芯模的转动和纱片的缠绕。
42.所述芯模1、前端纱片定位环2和后端纱片定位环6上均匀涂抹脱模剂，待脱模剂干后进行缠绕成型。
43.步骤(2)安装好纱片定位环的芯模1通过前端定位孔4和缠绕机的前端装卡，通过后端顶尖孔5和缠绕机的后端顶尖连接定位，保证芯模1的中心轴线位于同一高度，且芯模1和缠绕机稳定装卡，通过缠绕机的多轴控制实现芯模的转动和纱片的缠绕；
44.缠绕过程中，纵向缠绕的起纱点和落纱点分别位于纱片定位环的外侧，保证纱片的内侧落纱位置距离定位针8有50mm，以实现不同缠绕角度在无封头直筒段上的测地线缠绕。纤维复合材料辊筒主要承受均布的径向载荷，要求辊筒具有很高的刚度。缠绕工艺涉及5
°‑
90
°
不同角度的组合设计，纵向小缠绕角缠绕时，作用在辊筒上的正压力会明显减小，含胶量随之增大，同体积的辊筒纤维含量明显减少，影响辊体的刚度，需要设计一定的环向缠绕层，增加作用在辊筒上的正压力，减少辊筒的含胶量。
45.缠绕成型时，纱片定位环上定位针8的均布排列，可以实现产品上分纱梳和端头定位的作用，将缠绕机分纱宽度进一步在芯模上继承，配合芯模的转动、缠绕机绕丝嘴的转角，将缠绕机分纱宽度通过定位针保持宽度不变，避免不同缠绕角度下，尤其是小角度时多团纤维丝束的堆积问题。
46.步骤(2)中，缠绕厚壁辊筒时，厚度每超过10mm，要在环向缠绕结束后固定两端纱片定位环处，并在靠近定位针8有20mm处的纤维切断区域10位置沿轴向切断两端纤维，形成纤维复合材料不完全壁厚半成品9，清理掉两端切断后纤维区纤维后继续缠绕成型，至缠绕结束，固定纤维，进行旋转固化成型。
47.同时，定位针8的定位分纱功能，使得小角度缠绕时的超越行程大大缩短，能够在定位针8作用下快速稳定纤维位置，实现测地线稳定产热闹。当纤维复合材料辊筒的壁厚不大于10mm时，根据设计的缠绕铺层连续缠绕成型至结束。
48.当缠绕厚壁辊筒时，随着纵向缠绕时，两端起纱点和落纱点处纤维缠绕停留包角时厚度的堆积，两端厚度的涨幅相对较快，靠近两端位置处会形成渐变增厚区，树脂含量相对较大，且容易形成纤维架空，导致空隙较多，从而影响性能。
49.因此，厚度每超过10mm，要在环向缠绕结束后用50mm宽的耐高温胶带从定位针8处向里恻进行周向缠绕3圈，固定两端纱片定位环处的纤维，固定后在靠近定位针向里20mm处沿周向用壁纸刀将纤维切断，清理掉两端纤维后继续缠绕成型，纤维复合材料辊筒的纵向和环向在此基础上成型时，避免了局部堆积架空问题和高树脂含量问题，可以实现厚壁纤维复合材料辊筒的一次成型，且保证厚壁辊筒的性能均匀性和同一直径周向时的线型一致
性。至缠绕结束时，用胶带固定纤维，完成纤维复合材料辊筒的成型。通过前端定位孔4和固化旋转接头上的孔进行连接，实现旋转高温固化成型。
50.步骤(3)成型完成后，通过前端定位孔4和固化炉旋转装配的连接安装，实现产品的旋转固化。
51.本发明对于厚壁纤维复合材料辊筒，在纵向成型时，两端包角和转角会使两端端头的厚度涨幅比筒身厚度的快，缠绕至一定层数时，就会影响堆厚区附近产品纤维的稳定和产品的孔隙率、含胶量。本发明通过对端头固定后，在挂线环处设计切断工艺，并可以根据厚度多次进行该工艺设计，解决了厚壁辊筒纵向成型时的厚度涨幅快的问题，实现了纤维复合材料辊筒的一次成型。
52.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。