一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置

本发明涉及复合材料加工，具体涉及一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置。

背景技术：

1、热塑性预浸料缠绕成型技术是一种利用热塑性树脂预浸渍的连续纤维带或丝束，通过缠绕工艺制造复合材料管、罐、壳体等环形或近似环形结构的方法。在缠绕过程中，通过加热装置将预浸料加热至熔融温度，使树脂流动并粘结纤维，形成复合材料层。缠绕完成后，通过冷却使树脂迅速固化并保持形状。

2、热塑性预浸料缠绕成型技术适用于热塑性树脂体系，结合了热塑性树脂的加工优势和缠绕工艺的结构优势，特点是成型速度快，可逆性强，环保节能，且具有优异的耐化学腐蚀性、抗冲击性、耐磨性等性能。因此，热塑性预浸料在一些特定应用场景下具有较大的发展潜力。

3、为实现热塑性预浸料缠绕成型结构件的高精度、高性能和高可靠性设计需求，需获得热塑性复合材料设计计算的工程常数。复合材料环形样件力学性能是计算工程常数的关键指标，因此，制备热塑性复合材料样件进行力学性能测试，其中，复合材料环形样件为直径150mm*宽度6mm*的圆环。

4、目前环形样件芯模种类具有两种，如附图中图1所示，图1所示的环形样件芯模a为一大一小不同直径的芯模环间隔排列，并被固定在一起，纤维丝束只缠绕在凹进去的小直径芯模环的外表面，经过固化之后，直接形成6mm宽的圆环，也就是所需的环形样件，无需切割，固化结束之后，把不同直径的芯模环分离，即可取出圆环，但是，由于热塑性材料在固化时会与金属芯模表面粘结在一起，因此不好脱模，通常会采用从侧边敲击使其脱落的方式，然而此方式会损坏固化后的环形样件，影响测试数据。

5、图1所示的环形样件芯模b为单一的筒状芯模，纤维丝束缠绕在筒状芯模外表面，经固化脱模之后形成筒状的样品，之后再进行切割得到6mm宽的圆环，也就是所需的环形样件。但是，由于热塑性材料在固化时会与金属芯模表面粘结在一起，因此不好脱模，通常会采用从侧边敲击使其脱落的方式，然而此方式会损坏固化后的环形样件，影响测试数据。

6、由于热塑性预浸料固化后易于与金属芯模粘结的特性，现有的环形样件芯模均不便于脱模，使得在制备热塑性预浸料环形样件脱模时会损坏环形样件，从而影响测试数据。

7、同时，又由于热塑性预浸料在缠绕之前是干料而非湿料的特性，现有的环形样件成型装置主要针对湿法缠绕，在对热塑性预浸料进行缠绕成型时，热塑性预浸料无法根据预设位置进行缠绕固定，各层热塑性预浸料之间无法粘结，使得热塑性预浸料带缠绕无法更好的控制，从而影响最终成品质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，以解决现有技术中的环形样件生产装置用热塑性预浸料来生产的环形样件无法满足测试要求技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，包括可变径芯模和设置在所述可变径芯模中心轴线上的芯轴，所述可变径芯模通过芯轴安装在机架上，在所述机架上通过多根导轨安装有气动压辊机构；

4、其中，在所述可变径芯模和所述芯轴之间设置有节段加热棒组，热塑性预浸料缠绕至可变径芯模上后，所述节段加热棒组按照温度控制序列对热塑性预浸料进行加热，与此同时，所述气动压辊机构在所述导轨上按照压力控制序列被驱动至指定起始点开始施加压力以提高所述热塑性预浸料的层间粘结强度。

5、进一步地，所述可变径芯模包括金属蒙皮和设置在所述金属蒙皮内部的呈螺旋状的回力卷簧，所述回力卷簧设置在所述金属蒙皮与芯轴之间，且所述回力卷簧内侧的端部与所述芯轴固定连接，另一端在自身弹力作用下与所述金属蒙皮贴合连接以对所述金属蒙皮进行支撑，所述回力卷簧随芯轴正向转动而收缩，以此放弃对金属蒙皮内壁的支撑；

6、所述节段加热棒组固定安装在所述回力卷簧的同一层上，且所述节段加热棒组跟随所述回力卷簧的收缩或伸张而同步运动。

7、进一步地，所述节段加热棒组包括至少三组节段加热棒，三组所述节段加热棒围绕所述芯轴均匀分布；

8、所述节段加热棒由顺次设置的多个加热棒组成，且每个所述加热棒均独立与温度控制系统电性连接，所述温度控制系统按照温度控制序列对每一个加热棒进行独立控温。

9、进一步地，在所述金属蒙皮两端均可拆卸连接有端盖，所述芯轴两端均穿过端盖并与所述端盖转动连接；

10、在所述金属蒙皮与芯轴之间设有呈螺旋状设置的螺旋收纳盒，所述螺旋收纳盒内部设有容纳腔，且所述螺旋收纳盒的中心部和外侧部均开设有与容纳腔相连通的开口，使得回力卷簧的中心部依次穿过两个开口后与芯轴固定连接，而使得回力卷簧的部分设置在容纳腔内部，且所述螺旋收纳盒靠近端盖的两端分别与端盖连接，使得回力卷簧转动时，所述螺旋收纳盒对回力卷簧限位。

11、进一步地，所述气动压辊机构包括套设在所述导轨上的两组弧形架，所述弧形架通过安装在所述机架上的螺纹杆驱动；

12、在两个所述弧形架对应的位置上均固定安装有伸缩气缸，所述伸缩气缸的运动端上安装有压辊。

13、进一步地，所述压辊包括固定轴和转动安装在所述固定轴外表面的转动辊，在所述固定轴两端均固定连接有伸缩气缸，通过伸缩气缸伸缩来调节转动辊与金属蒙皮之间距离，从而调节压辊对金属蒙皮表面的挤压力，同时，所述转动辊与金属蒙皮表面挤压时发生转动。

14、进一步地，所述弧形架的圆心设置在金属蒙皮的中心轴上，所述伸缩气缸通过螺栓固定在弧形架任意位置上，进而调节压辊与水平面的倾斜角度。

15、进一步地，在所述芯轴端部外表面转动连接有测试盘，在所述测试盘上设有热电偶和光栅传感器，在所述可变径芯模转动对热塑性丝束缠绕时，所述热电偶对可变径芯模上样件温度检测，以及所述光栅传感器对可变径芯模上样件应变检测。

16、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

17、本发明采用可变径芯模对热塑性预浸料进行缠绕式的环状加工，通过芯轴的配合使其直径可以变化，从而便于样件加工后的脱模，减少对样件的损伤，在通过回力卷簧对金属蒙皮支撑时，利用节段加热棒组对热塑性预浸料进行环状分区控温，且采用浮动方式的安装对每一个环状均匀加热，同时采用气动压辊机构配合温度控制对热塑性预浸料进行差异化的可控压合，有利于热塑性预浸料的层间粘结。

技术特征：

1.一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种用于热塑性预浸料缠绕工艺的成型辅助装置，包括可变径芯模和设置在所述可变径芯模中心轴线上的芯轴，所述可变径芯模通过芯轴安装在机架上，在所述机架上通过多根导轨安装有气动压辊机构。本发明采用可变径芯模对热塑性预浸料进行缠绕式的环状加工，通过芯轴的配合使其直径可以变化，从而便于样件加工后的脱模，减少对样件的损伤，在通过回力卷簧对金属蒙皮支撑时，利用节段加热棒组对热塑性预浸料进行环状分区控温，且采用浮动方式的安装对每一个环状均匀加热，同时采用气动压辊机构配合温度控制对热塑性预浸料进行差异化的可控压合，有利于热塑性预浸料的层间粘结。技术研发人员：祖磊,曹学文,张桂明,扶建辉,王华毕,潘和林,吴乔国受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20