本发明涉及机身帽型长桁铺放领域，尤其是涉及一种用于复合材料帽型长桁铺放的装置
背景技术：
复合材料长桁是复合材料机身结构的主要支撑构件，一般通过共交接或共固化工艺与机身蒙皮连接。由于帽型长桁结构最为稳定，机身长桁中90％以上采用帽型长桁。如何高质高效地完成帽型长桁的制造已成为复合材料机身结构制造的关键。
目前，帽型长桁的铺放工艺主要有手工铺放工艺、热隔膜工艺和自动辊压工艺。手工铺放工艺是将预浸料裁切后手动铺放到帽型长桁阳模上，不需要任何专业自动化设备，可以铺贴形状复杂的异型长桁，但铺贴精度差、效率低、质量一致性难以保证，无法满足复合材料帽型长桁大规模制造的要求。热隔膜工艺是在抽真空的条件下，利用隔膜材料的伸展，带动被加热到设定温度的长桁平面铺放预制体中的纤维铺层发生层间滑移，使预制体在模具上发生弯曲，形成帽型长桁的截面形状。热隔膜工艺具有较高的生产效率，但在r角区易形成架桥、褶皱和弯折缺陷，严重影响零件后续的固化质量。自动辊压工艺结合自动送料和牵引系统，将预成型体料片在成型工装加热到设定温度后，通过设置不同组合辊轮机构对长桁预成型体进行辊压成型。
现有技术中，公开号为cn110962367a和cn110733190a的专利申请均采用辊压工艺，虽然自动辊压工艺能连续大批量生产各种截面形状的长桁，但由于依旧采用预成型体料片翻折方式，r角区域成型质量和精度难以保证；此外，该还需要模具转移，增加成型步骤。
技术实现要素：
为克服现有技术存在的问题，本发明提供用于复合材料帽型长桁铺放的装置。
一种用于复合材料帽型长桁铺放的装置，包括设有预浸带放卷轴和衬纸回收轴的铺放头支撑结构，所述铺放头支撑结构上依次安装有作用于预浸带的第一柱形导向辊、第一鼓形导向辊、带料预变形约束组件、帽顶面压实辊、帽腰面压实辊、帽缘面压实辊、最终成型压实辊、衬纸变形约束组件、第二鼓形导向辊和第二柱形导向辊。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
可选的，所述第一鼓形导向辊为中部直径大于两端直径的鼓形回转体，用于预浸带在柱形导向辊和带料预变形约束组件之间变形过渡。
可选的，所述第二鼓形导向辊的为中部直径大于两端直径的鼓形回转体，用于衬纸在衬纸变形约束组件和柱形导向辊之间变形过渡。
可选的，所述带料预变形约束组件包括第一导向辊和第一导向板，预浸带由第一导向辊和第一导向板间通过，第一导向辊对预浸带施加滚动约束，第一导向板对预浸带施加滑动约束，用于预浸带的帽型控形；但不增加预浸带输送的摩擦阻力。
可选的，所述衬纸变形约束组件包括第二导向辊和第二导向板，衬纸由第二导向辊和第二导向板间通过，第二导向辊对衬纸施加滚动约束，第二导向板对衬纸施加滑动约束，用于衬纸的帽型控形；但不增加衬纸输送的摩擦阻力。
可选的，所述帽顶面压实辊的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角小于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度大于帽型长桁阴模帽顶高度。
帽型的中部直径大于两端直径，中部为帽顶面，中部与两端间通过帽腰面过度。帽顶面压实辊能够将预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽顶面及帽顶面与帽腰面相交的r角区域压实贴合，同时不会造成预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽腰面接触，避免了铺放褶皱或架桥缺陷。
可选的，所述帽腰面压实辊的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角等于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度大于帽型长桁阴模帽顶高度。能够将预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽腰面及帽腰面与帽缘相交的r角区域压实贴合，同时不会造成预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽缘面接触，避免了铺放褶皱或架桥缺陷。
可选的，所述帽缘面压实辊的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角大于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度小于帽型长桁阴模帽顶高度；能够将预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽顶面压实贴合。
可选的，所述最终成型压实辊的轴向截面呈帽型，截面尺寸与帽型长桁阴模截面呈帽型相似关系，但略大于帽型长桁阴模截面尺寸；为压实辊弹性变形预留变形量，实现预浸带与帽型长桁阴模的最终全贴合压实。
可选的，所述帽顶面压实辊、帽腰面压实辊、帽缘面压实辊和最终成型压实辊表面采用弹性材料；
所述帽顶面压实辊、帽腰面压实辊、帽缘面压实辊和最终成型压实辊均设置有气缸驱动压紧。
本发明的优点在于：
1)装置带有带料预变形导向辊及导向板，能够约束带料并初步弯曲成帽型，实现预浸带铺放前的预变形；
2)由帽顶面压实辊、帽腰面压实辊和帽缘面压实辊构成的多级压实棍，能够实现对帽型曲面从中间向两侧的逐步压实，避免了褶皱、架桥缺陷，达到预浸带与帽型长桁阴模的逐步全面贴合；
3)最终成型压实辊设置为与帽型长桁阴模一次全贴合压实，实现了预浸带与帽型长桁阴模的最终紧密贴合；
4)帽顶面压实辊、帽腰面压实辊、帽缘面压实辊、最终成型压实辊采用弹性材料制造，并由气缸驱动与帽型长桁阴模压紧，气动机构及压辊本身均具有变形能力，实现形状和压力的自适应，保证了r角区域的压实。
附图说明
图1是复合材料帽型长桁铺放的装置左侧视图；
图2是复合材料帽型长桁铺放的装置正视图；
图3是复合材料帽型长桁铺放的装置右侧视图；
图4是复合材料帽型长桁铺放的装置示意图；
图5是带料预变形约束组件轴侧图；
图6是衬纸变形约束组件轴侧图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如附图1-6所示，一种用于复合材料帽型长桁铺放的装置由第一柱形导向辊1、第一鼓形导向辊2、带料预变形约束组件3、帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7、衬纸变形约束组件8、第二鼓形导向辊9、第二柱形导向辊10和铺放头支撑结构16装配而成。其中，第一柱形导向辊1、第一鼓形导向辊2、带料预变形约束组件3、帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7、衬纸变形约束组件8、第二鼓形导向辊9和第二柱形导向辊10依次安装在铺放头支撑结构16上。帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7带有气缸驱动及导轨导向结构，能够沿垂直入帽型长桁阴模表面13方向下压。
如附图1所示，第一鼓形导向辊2为中部直径大于两端直径的鼓形回转体，用于预浸带12在柱形导向辊1和带料预变形约束组件3之间变形过渡。
如图5所示，带料预变形约束组件3包括第一导向辊17和第一导向板18，预浸带由第一导向辊17和第一导向板18间通过，第一导向辊17对预浸带施加滚动约束，第一导向板18对预浸带施加滑动约束，用于预浸带的帽型控形，但不增加预浸带输送的摩擦阻力。
帽顶面压实辊4的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角小于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度大于帽型长桁阴模帽顶高度。能够将预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽顶面及帽顶面与帽腰面相交的r角区域压实贴合，同时不会造成预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽腰面接触，避免了铺放褶皱或架桥缺陷。
帽腰面压实辊5的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角等于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度大于帽型长桁阴模帽顶高度。能够将预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽腰面及帽腰面与帽缘相交的r角区域压实贴合，同时不会造成预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽缘面接触，避免了铺放褶皱或架桥缺陷。
帽缘面压实辊6的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角大于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度小于帽型长桁阴模帽顶高度，能够将预变形的预浸带与帽型长桁阴模帽顶面压实贴合。
最终成型压实辊7的轴向截面呈帽型，截面尺寸与帽型长桁阴模截面呈帽型相似关系，但略大于帽型长桁阴模截面尺寸，为压实辊弹性变形预留变形量，实现预浸带与帽型长桁阴模的最终全贴合压实。
本实施例中，上述帽型的中部直径大于两端直径，中部为帽顶面，中部与两端间通过帽腰面过度。
如图6所示，衬纸变形约束组件8包括第二导向辊20和第二导向板19，衬纸由第二导向辊20和第二导向板19间通过，第二导向辊20对衬纸施加滚动约束，第二导向板19对衬纸施加滑动约束，用于衬纸的帽型控形，但不增加衬纸输送的摩擦阻力。
第二鼓形导向辊9的为中部直径大于两端直径的鼓形回转体，用于衬纸14在衬纸变形约束组件8和柱形导向辊10之间变形过渡，但不增加衬纸输送的摩擦阻力。
在另一优选的实施例中，帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6和最终成型压实辊7表面采用弹性材料。
本发明具体工作过程如下：
1、根据复合材料长桁的尺寸定制预浸带料的宽度和铺层；
2、根据复合材料长桁的轴线规划铺放路径及裁切位置，根据复合材料长桁的厚度规划铺层的数量；
3、预浸带卷安装于预浸带放卷轴11上，通过人工引导将预浸带依次穿过第一柱形导向辊1、第一鼓形导向辊2、带料预变形约束组件3、帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7、衬纸变形约束组件8、第二鼓形导向辊9、第二柱形导向辊10，最终回收到衬纸回收轴15；
4、铺带设备在预设铺放路径的驱动下裁切预浸带的起始边缘，并回收废料；
5、铺带设备在预设铺放路径的驱动下运动至铺放起始位置，并沿帽型长桁轴线开始运动，同时通过气缸驱动帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7依次下压；
6、铺带设备在预设铺放路径的驱动下裁切预浸带的末端边缘，并回收废料；
7、铺带设备在预设铺放路径的驱动下运动至铺放末端位置，并继续沿帽型长桁轴线开始运动，直至帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7越过预浸带的末端边缘，通过气缸驱动帽顶面压实辊4、帽腰面压实辊5、帽缘面压实辊6、最终成型压实辊7依次抬起；
8、完成当前路径的铺放后，使铺带设备退回初始位置，然后开始下一条铺放路径循环。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种用于复合材料帽型长桁铺放的装置，包括设有预浸带放卷轴(11)和衬纸回收轴(15)的铺放头支撑结构，其特征在于，所述铺放头支撑结构(15)上依次安装有作用于预浸带的第一柱形导向辊(1)、第一鼓形导向辊(2)、带料预变形约束组件(3)、帽顶面压实辊(4)、帽腰面压实辊(5)、帽缘面压实辊(6)、最终成型压实辊(7)、衬纸变形约束组件(8)、第二鼓形导向辊(9)和第二柱形导向辊(10)。
2.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述第一鼓形导向辊(2)为中部直径大于两端直径的鼓形回转体，用于预浸带(12)在柱形导向辊(1)和带料预变形约束组件(3)之间变形过渡。
3.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述第二鼓形导向辊(9)的为中部直径大于两端直径的鼓形回转体，用于衬纸(14)在衬纸变形约束组件(8)和柱形导向辊(10)之间变形过渡。
4.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述带料预变形约束组件(3)包括第一导向辊(17)和第一导向板(18)，预浸带由第一导向辊(17)和第一导向板(18)间通过，第一导向辊(17)对预浸带施加滚动约束，第一导向板(18)对预浸带施加滑动约束，用于预浸带的帽型控形。
5.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述衬纸变形约束组件(8)包括第二导向辊(20)和第二导向板(19)，衬纸由第二导向辊(20)和第二导向板(19)间通过，第二导向辊(20)对衬纸施加滚动约束，第二导向板(19)对衬纸施加滑动约束，用于衬纸的帽型控形。
6.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述帽顶面压实辊(4)的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角小于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度大于帽型长桁阴模帽顶高度。
7.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述帽腰面压实辊(5)的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角等于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度大于帽型长桁阴模帽顶高度。
8.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述帽缘面压实辊(6)的轴向截面呈帽型，帽腰面与帽顶面的夹角大于帽型长桁阴模帽腰面与帽顶面的夹角，帽顶高度小于帽型长桁阴模帽顶高度。
9.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述最终成型压实辊(7)的轴向截面呈帽型，截面尺寸与帽型长桁阴模截面呈帽型相似关系，但略大于帽型长桁阴模截面尺寸。
10.根据权利要求1所述的用于复合材料帽型长桁铺放的装置，其特征在于，所述帽顶面压实辊(4)、帽腰面压实辊(5)、帽缘面压实辊(6)和最终成型压实辊(7)表面采用弹性材料；
所述帽顶面压实辊(4)、帽腰面压实辊(5)、帽缘面压实辊(6)和最终成型压实辊(7)均设置有气缸驱动压紧。
技术总结