一种预浸带缠绕或铺放成型的柔性压辊机构的制作方法

本发明涉及一种复合材料预浸带自动化成型领域，特别是涉及一种预浸带缠绕或铺放成型的柔性压辊机构。

背景技术：

复合材料预浸带缠绕、铺放技术是降低复合材料结构件制造成本，提高航空航天领域复合材料用量的关键技术和重要手段。随着大型飞机、大型运载火箭等重大项目的实施，开展复合材料预浸带缠绕、铺放相关技术的研究对进一步提高复合材料加工制造水平及扩大复合材料在航空航天领域应用具有重大意义。预浸带缠绕、铺放成型工艺过程可描述为首先将预浸带在预备机构中完成预浸带的张紧和预定形状的切割使之形成平行的预浸带、丝；再将预浸带、丝由加热装置加热到所需的工艺温度后由压辊将预浸带、丝按照预定的轨迹或路径以合适的速度铺贴到模具或层合板表面。目前预浸带复合材料缠绕、铺放成型所采用的压辊均为不可变形的刚性压辊或是变形很小的高分子材料压辊，采用这种压辊只能实现规则曲面或平面的预浸带成型，无法实现结构复杂的自由曲面类复合材料结构件的成型。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种预浸带缠绕或铺放成型的柔性压辊机构，解决了现有预浸带复合材料缠绕、铺放成型所采用的压辊，无法实现结构复杂的自由曲面类复合材料结构件的成型。

本发明提供的一种预浸带缠绕或铺放成型的柔性压辊机构，包括第二气辊支架、第一气辊支架、设有充气通道的中心轴、气辊衬筒和设有充气嘴的气辊，其中，气辊套装在中心轴上，气辊衬筒置于气辊和中心轴之间；气辊衬筒与中心轴之间设有密闭空间，所述密闭空间与气辊上的充气嘴、中心轴上的充气通道互通；第一气辊支架设置有两个，分别安装在中心轴的两端，同时，两个第一气辊支架的另一端通过第二气辊支架连接。

优选地，中心轴的一端内部开有轴向气道，中心轴的中间位置内部开有径向气道，其中，径向气道与轴向气道相通，同时，轴向气道的开口端设置有气嘴，径向气道与密闭空间互通。

优选地，中心轴的圆周上开设有两个环形槽，两个环形槽置于中心轴上径向中截面的两侧；气辊衬筒为中空结构，且其内部设置有两个与环形槽间隙配合的环形挡板，所述密闭空间通过环形挡板与环形槽构成；所述气辊衬筒上开设有与密闭空间相通的通气孔，所述密闭空间通过通气孔与气辊上的充气嘴相通。

优选地，通气孔与气嘴之间设置有气嘴密封圈。

优选地，所述环形槽与环形挡板之间设置有两个轴密封圈。

优选地，中心轴上自两个第一气辊支架相向的方向依次设置轴承端盖、气辊卡盘和深沟球轴承，其中，深沟球轴承设置在中心轴的轴肩处。

优选地，气辊为环形筒体结构，所述充气嘴开设在气辊的内侧壁上。

优选地，气辊衬筒的圆周外侧与环形挡板的内侧壁之间开设有第一润滑油储存孔。

优选地，所述环形挡板的侧壁上开设有倾斜的第二润滑油储存孔，所述第二润滑油储存孔与第一润滑油储存孔相通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种预浸带缠绕或铺放成型的柔性压辊机构，首先通过第二气辊支架将整个机构固定在复合材料预浸带成型机上，通过中心轴上的充气管道向整个装置充气，气体通过充气管道进行密闭空间内，再由密闭空间进入气辊内；同时按照要求设定气辊充气压力，即可用于自由曲面类复合材料结构件的成型。在成型过程中可根据需要实施调整气辊充气压力的大小，来改变气辊的成型压力。本发明提供的柔性压辊既能实现平面、凸面、凹面、回转面的复合材料成型，又能完成自由曲面的复合材料成型。因此，采用柔性压辊是实现自由曲面类结构件复合材料成型的有效手段，从根本上解决了“低成本、高性能”制造问题。

进一步的，通过轴密封圈保证上气辊衬筒和下气辊衬筒相对于中心轴旋转时是完全密封不泄露气体。

进一步的，在上气辊衬筒和下气辊衬筒上均开设的第一润滑油储存孔，保证了挡板底面和环形槽底面的润滑。

进一步的，在挡板靠近中心轴径向中截面一侧的侧面上开设的倾斜第二润滑油储存孔，保证了挡板靠近中心轴径向中截面一侧的侧面与环形槽侧面之间的润滑。

附图说明

图1是压辊机构爆炸图；

图2是压辊机构立体图；

图3是上(下)气辊衬筒结构示意图；

图4是气辊结构示意图；

图5是中心轴剖面图；

图6是密封螺钉结构示意图；

图7是气嘴密封圈结构示意图；

其中，1、第二气辊支架2、气嘴密封圈3、中心轴301、轴向气道302、径向气道4、轴密封圈5、轴承端盖6、第一气辊支架7、气嘴8、下气辊衬筒9、气辊卡盘10、深沟球轴承11、上气辊衬筒12、密封螺钉13、气辊1301、充气嘴14、挡板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供的一种预浸带缠绕或铺放成型的柔性压辊机构，包括第二气辊支架1、第一气辊支架6、设有充气通道的中心轴3、气辊衬筒和设有充气嘴1301的气辊13，其中，气辊13套装在中心轴3上，气辊衬筒置于气辊13和中心轴3之间；气辊衬筒与中心轴3之间设有密闭空间，所述密闭空间与气辊13上的充气嘴1301、中心轴3上的充气通道互通；第一气辊支架6设置有两个，分别安装在中心轴3的两端，同时，两个第一气辊支架6的另一端通过第二气辊支架1连接。

具体地，中心轴3为三阶式阶梯轴，分别为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴，且第一阶梯轴和第三阶梯轴的轴径相等，第二阶梯轴的轴径大于第一阶梯轴和第三阶梯轴的轴径；同时，第三阶梯轴上开设有两个环形槽，所述两个环形槽置于中心轴3上的径向中截面(径向中截面是指中心轴3的中间位置的径向截面)两侧。

环形槽的侧面和底面粗糙度ra值要求小于0.8μm；环形槽底面圆柱与中心轴3的同轴度公差值要求小于6μm；环形槽侧面与地面圆柱的垂直度公差值要求小于5μm。

如图3所示，气辊衬筒包括上气辊衬筒11和下气辊衬筒8，上气辊衬筒11和下气辊衬筒8的结构相同，其内部设置有两个结构相同的半圆环形结构的挡板14，两个挡板14之间设置有间隔，所述间隔与中心轴3上的径向中截面相配合，在安装时要保证中心轴3的径向中截面与上气辊衬筒11和下气辊衬筒8的间隔重合。同时，所述挡板14与环形槽间隙配合，且密闭空间是通过挡板14与环形槽构成的。

加工半圆环挡板14的底面和侧面时，要求与中心轴3上环形槽底面和侧面要求按照同一公差等级标准。

所述环形槽内安装有两个轴密封圈4，所述轴密封圈4置于远离中心轴3径向中截面的一侧；通过轴密封圈4保证上气辊衬筒11和下气辊衬筒8相对于中心轴3旋转时是完全密封不泄露气体。

如图6所示，为了保证半圆环形挡板14底面和环形槽底面的润滑，在上气辊衬筒11和下气辊衬筒8上均开设有第一润滑油储存孔，第一润滑油储存孔自气辊衬筒的圆周外侧开向半圆环形挡板14的内侧壁；且第一润滑油储存孔的轴线为半圆环形挡板14的径向中截面与轴向中截面(轴线中截面是指半圆环形挡板14中间位置的轴向截面)的交线，同时，所述第一润滑油储存孔内设置有密封螺钉12，密封螺钉12置于上气辊衬筒11或下气辊衬筒8的外圆周表面上；通过密封螺钉12保证上气辊衬筒11或下气辊衬筒8润滑油孔中的润滑油不外泄。

工作时，中心轴3是固定不动的，上气辊衬筒11和下气辊衬筒8一同绕中心轴3的轴向作旋转运动，上气辊衬筒11和下气辊衬筒8上的第一润滑油储存孔中的润滑油在重力的作用下流向半圆环型挡板14的底面与中心轴3上环形槽底面相配合的间隙处，能起到保护润滑和的作用。

为了保证挡板14靠近中心轴3径向中截面一侧的侧面与环形槽侧面之间的润滑，在挡板14靠近中心轴3径向中截面一侧的侧面上开设有倾斜的第二润滑油储存孔。

同时，上气辊衬筒11上设有通气孔，密闭空间通过通气孔与充气嘴1301相通。

如图5所示，中心轴3的一端内部开有轴向气道301，中心轴3的中间位置内部开有径向气道302，其中，径向气道302与轴向气道301相通，径向气道302与轴向气道301构成中心轴3上的充气通道；同时，轴向气道301的开口端设置有气嘴7，径向气道302与密闭空间互通。

中心轴3上自两个第一气辊支架6相向的方向依次设置轴承端盖5、气辊卡盘9和深沟球轴承10，其中，深沟球轴承10设置在中心轴3的轴肩处。

具体地，两个深沟球轴承10分别套装在第一阶梯轴和第二阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴之间的轴肩处；两个气辊卡盘9和两个轴承端盖5分别套装装在第一阶梯轴和第二阶梯轴上。

气辊卡盘9通过内六角螺栓分别固定在气辊衬筒的两端侧面；轴承端盖5通过螺栓分别固定在气辊卡盘9的外侧面上。

第一气辊支架6通过其端部开设的矩形圆孔分别与中心轴3两端的矩形圆轴配合；第二气辊支架1通过螺栓固定在第一气辊支架6上。

如图4所示，气辊13为环形筒体结构，所述充气嘴1301开设在气辊13的内侧壁上，且充气嘴1301的轴线与上气辊衬筒11上的通气孔的轴线重合。

如图7所示，同时，在充气嘴1301与上气辊衬筒11上的通气孔之间设置气嘴密封圈2，通过气嘴密封圈2保证气辊13的充气嘴1301与上气辊衬筒11和下压辊衬筒8之间完全密封不漏气。

整个压力气辊机构在工作时：

压缩空气从气嘴7由中心轴3的轴向气道301进入，经过中心轴3的径向气道302，进入由中心轴3的环形槽和上气辊衬筒11、下气辊衬筒8的半圆环型板、轴密封圈4所形成的密闭空间，再经由上气辊衬筒11上的通气孔经过气嘴密封圈2进入气辊13内。该机构在预浸带缠绕或铺放成型时可通过调节气辊中空气压力的大小来实施调整预浸带成型压力的大小。

将整个装置通过第二气辊支架1固定在复合材料预浸带成型机上，通过气嘴7将整个装置与空气压缩机的气管相连，按照要求设定气辊充气压力即可用于自由曲面类复合材料结构件的成型。在成型过程中可根据需要实施调整气辊充气压力的大小，来改变气辊的成型压力。