一种多端环成型加工装置及其加工方法与流程

1.本发明属于纤维复合材料设计制造领域，特别是涉及一种多端环成型加工装置及其加工方法。


背景技术：

2.纤维复合材料回转体类产品以其轻质高强的优异特性在航空航天领域越来越多被用做回转体设备或结构的防护体。用作防护体的回转体类产品多为端环结构，长度小但使用量大，并且外表面需要具备一定的圆度和光洁度，以及保证回转体产品的尺寸精度和接口精度。纤维复合材料回转体类产品多采用纤维缠绕成型工艺在金属芯模上进行成型并固化，为了实现产品的使用需求，需要对固化完成后的纤维复合材料回转体进行机械车加工。而为了保证回转体产品的圆度和避免机械加工过程中回转体的变形，需要在脱模前借助芯模的支撑作用对回转体进行机械加工，以保证机械加工过程中纤维复合材料回转体产品的稳定性。
3.但纤维复合材料和金属芯模的热膨胀特性差异较大，升温固化过程中两者的膨胀系数不匹配，当固化完成恢复至室温时，金属芯模和纤维复合材料回转体之间的界面配合发生微变化，当机械车加工时往往因为车加工的径向力使得纤维复合材料对金属芯模产生自转，不能进行机械加工，并且当端环防护体产品量大时，单一生产需要多套金属芯模，成本高且效率低。这就对机械加工过程中如何保证复合材料回转体和金属芯模的相对稳定以实现机械加工，并且在需求量大时如何进行低成本高效生产提出了要求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了解决上述背景技术中提到的技术问题，本发明提出一种多端环成型加工装置及其加工方法，通过止动设计实现了稳定的机械加工，保证了机械加工过程中复合材料回转体和金属芯模的位置相对稳定，同时通过多端环一次成型和加工设计实现了满足大批量生产时的低成本高效生产需求。本发明多端环成型加工装置及方法的成型效率高、机械加工过程稳定、操作简便、成本低。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多端环成型加工方法，具体包括以下步骤：
6.(1)芯模止动螺纹孔拧入螺栓后固定缠绕机卡盘和芯模的周向相对位置，定位台阶和卡盘端面的配合固定缠绕机和芯模的轴向相对位置，将止动螺栓均匀涂刷一层脱模剂后拧入芯模的止动螺纹孔；
7.(2)将缠绕程序的超越行程部分设计在止动螺纹孔处的区域范围内，纤维连续缠绕成型过程中的纤维纱束自然落放在止动螺栓的周围，并将止动螺栓包围在超越行程区域范围内，直到缠绕成型完成；
8.(3)将固化结束后放置至室温的金属芯模-回转体复合材料吊装安放到机械车床设备上，定位台阶和机械车床设备前卡盘的端面接触配合，在芯模止动螺纹孔中拧入螺栓，
在机械车床设备上固定芯模；
9.(4)机械车加工时先整体车加工纤维复合材料回转体的外径尺寸至满足产品需求，然后量取纤维复合材料回转体的长度，在纤维复合材料回转体的外表面划线，划出n个端环和切断槽，从芯模的尾端依次进行切断，实现n个纤维复合材料产品端环的成型和加工。
10.更进一步地，步骤(4)中，机械车加工切断过程中，靠近芯模后轴一侧的端环没有止动螺栓的固定，在周向上是自由的，当机械车加工至切断槽的底部时，一方面由于升温固化过程中纤维复合材料和金属芯模的膨胀系数不同而使金属芯模和纤维复合材料回转体之间的界面配合发生了松动，另一方面，由于没有周向限定，机械车加工切断时的车加工径向力使得靠近芯模后轴一侧的端环对金属芯模产生自转，待车加工结束后可以顺利从芯模后轴一侧进行脱模。
11.更进一步地，步骤(4)中，机械车加工结束后，拧下止动螺栓，对辅助前端进行车加工，待辅助前端发生自转不能车加工后停止机械加工，脱下辅助前端，完成n个纤维复合材料产品端环的成型和加工。
12.一种多端环成型加工方法所应用到的加工装置，包括止动螺栓、辅助前端、辅助后端和芯模，多个端环套在芯模外周，所述止动螺栓垂直与金属芯模配合，辅助前端和辅助后端位于芯模的芯模筒身两端，用于限制行程。
13.更进一步地，所述芯模包括芯模前轴、芯模后轴和芯模筒身，所述芯模筒身前端安装有芯模前轴，后端安装有芯模后轴，所述芯模前轴、筒身和芯模后轴的同轴度一致，芯模前轴安装固定在缠绕机的前卡盘上，芯模后轴安装固定在缠绕机的后卡盘上。
14.更进一步地，所述芯模前轴的前部设置有芯模止动螺纹孔和定位台阶，芯模止动螺纹孔拧入螺栓后用于固定缠绕机卡盘和芯模筒身的周向相对位置，定位台阶和卡盘端面的配合用于固定缠绕机卡盘和芯模筒身的轴向相对位置。
15.更进一步地，所述芯模筒身上设置有止动螺纹孔，所述止动螺栓与止动螺纹孔配合。
16.更进一步地，所述芯模为金属材质。
17.与现有技术相比，本发明所述的一种多端环成型加工装置及其加工方法的有益效果是：
18.(1)本发明通过止动设计实现了稳定的机械加工，保证了机械加工过程中复合材料回转体和金属芯模的位置相对稳定，同时通过多端环一次成型和加工设计实现了满足大批量生产时的低成本高效生产需求。
19.(2)本发明所述的多端环成型加工装置及加工方法的成型效率高、机械加工过程稳定、操作简便、成本低。
附图说明
20.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：
21.图1为本发明所述多端环成型加工装置的结构示意图；
22.图2为本发明所述的多端环成型加工装置的金属芯模示意图；
23.图3为本发明所述的多端环成型加工装置的纤维复合材料回转体固化后示意图；
24.图4为本发明所述的多端环成型加工装置的端环产品的主视图；
25.图5为本发明所述的多端环成型加工装置的端环产品的侧视图；
26.其中，1-芯模止动螺纹孔，2-芯模前轴，3-止动螺栓，4-辅助前端，5-切断槽，6-端环，7-辅助后端，8-芯模尾部，9-芯模后轴，10-止动螺纹孔，11-定位台阶，12-芯模筒身。
具体实施方式
27.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。
28.参见图1-5说明本实施方式，一种多端环成型加工装置，包括止动螺栓3、辅助前端4、辅助后端7和金属芯模8，多个端环6套在金属芯模8外周，所述止动螺栓3垂直与金属芯模8配合，辅助前端4和辅助后端7位于金属芯模8的芯模筒体12两端，用于限制行程。
29.所述金属芯模8包括芯模前轴2、芯模后轴9和芯模筒身12，所述芯模筒身12前端安装有芯模前轴2，后端安装有芯模后轴9，所述芯模前轴2、筒身12和芯模后轴9的同轴度一致，芯模前轴2安装固定在缠绕机的前卡盘上，芯模后轴9安装固定在缠绕机的后卡盘上。
30.所述芯模前轴2的前部设置有芯模止动螺纹孔1和定位台阶11，芯模止动螺纹孔1拧入螺栓后用于固定缠绕机卡盘和芯模筒身12的周向相对位置，定位台阶11和卡盘端面的配合用于固定缠绕机卡盘和芯模筒身12的轴向相对位置。
31.所述芯模筒身12上设置有止动螺纹孔10，所述止动螺栓3与止动螺纹孔10配合。
32.所述多端环成型加工方法，具体包括以下步骤：
33.(1)金属芯模8包括芯模止动螺纹孔1、芯模前轴2、芯模后轴9、止动螺纹孔10、定位台阶11和芯模筒身12。金属芯模8的芯模前轴2、筒身12和芯模后轴9的同轴度一致。金属芯模8的筒身12的长度按照端环长度的整数倍数设计，一次可以成型n个端环。将金属芯模8的芯模前轴2安装固定在缠绕机的前卡盘上，芯模后轴9安装固定在缠绕机的后卡盘上，同时使定位台阶11和缠绕机前卡盘的端面接触配合，在芯模止动螺纹孔1中拧入螺栓，在缠绕机上固定金属芯模8。缠绕机前卡盘和后卡盘的同轴度一致，装卡后保证了缠绕机和金属芯模8的同轴度一致性，实现了缠绕成型过程中测地线的稳定缠绕。芯模止动螺纹孔1拧入螺栓后固定了缠绕机卡盘和金属芯模8的周向相对位置，定位台阶11和卡盘端面的配合固定了缠绕机和金属芯模8的轴向相对位置。启动缠绕机，旋转金属芯模8，在金属芯模8表面均匀涂刷一层脱模剂，将止动螺栓3均匀涂刷一层脱模剂后拧入金属芯模8的止动螺纹孔10。
34.(2)调用缠绕程序，缠绕成型纤维复合材料回转体，将缠绕程序的超越行程部分设计在止动螺纹孔10处的区域范围内，纤维连续缠绕成型过程中的纤维纱束自然落放在止动螺栓3的周围，并将止动螺栓3包围在超越行程区域范围内，直到缠绕成型完成。
35.(3)将固化结束后放置至室温的金属芯模-回转体复合材料吊装安放到机械车床设备上，金属芯模8的芯模前轴2安装固定在机械车床设备的前卡盘上，芯模后轴9安装固定在机械车床设备的后卡盘上，同时使定位台阶11和机械车床设备前卡盘的端面接触配合，在金属芯模8止动螺纹孔1中拧入螺栓，在机械车床设备上固定金属芯模8。机械车床设备前卡盘和后卡盘的同轴度一致，装卡后保证了机械车床设备和金属芯模8的同轴度一致性，机
加工过程中，止动螺栓3实现了金属芯模8和纤维复合材料回转体的固定，使金属芯模8和纤维复合材料回转体不会发生相对转动，保证了机械车加工的稳定进行。
36.(4)机械车加工时先整体车加工纤维复合材料回转体的外径尺寸至满足产品需求，然后量取纤维复合材料回转体的长度，在纤维复合材料回转体的外表面划线，划出n个端环6和切断槽5，去除两端的缠绕超越行程段辅助前端4和辅助后端7。对纤维复合材料回转体进行切断机加工，从金属芯模8的尾端依次进行切断。机械车加工切断过程中，靠近芯模后轴9一侧的端环没有止动螺栓3的固定，在周向上是自由的。当机械车加工至切断槽5的底部时，一方面由于升温固化过程中纤维复合材料和金属芯模的膨胀系数不同而使金属芯模和纤维复合材料回转体之间的界面配合发生了松动。另一方面，由于没有周向限定，机械车加工切断时的车加工径向力使得靠近芯模后轴9一侧的端环对金属芯模产生自转，待车加工结束后可以顺利从芯模后轴9一侧进行脱模。机械车加工结束后，拧下止动螺栓3，对辅助前端4进行车加工，待辅助前端4发生自转不能车加工后停止机械加工，脱下辅助前端4，完成n个纤维复合材料产品端环6的成型和加工。
37.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。

技术特征：
1.一种多端环成型加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)芯模止动螺纹孔(1)拧入螺栓后固定缠绕机卡盘和芯模(8)的周向相对位置，定位台阶(11)和卡盘端面的配合固定缠绕机和芯模(8)的轴向相对位置，将止动螺栓(3)均匀涂刷一层脱模剂后拧入芯模(8)的止动螺纹孔(10)；(2)将缠绕程序的超越行程部分设计在止动螺纹孔(10)处的区域范围内，纤维连续缠绕成型过程中的纤维纱束自然落放在止动螺栓(3)的周围，并将止动螺栓(3)包围在超越行程区域范围内，直到缠绕成型完成；(3)将固化结束后放置至室温的金属芯模-回转体复合材料吊装安放到机械车床设备上，定位台阶(11)和机械车床设备前卡盘的端面接触配合，在芯模止动螺纹孔(1)中拧入螺栓，在机械车床设备上固定芯模(8)；(4)机械车加工时先整体车加工纤维复合材料回转体的外径尺寸至满足产品需求，然后量取纤维复合材料回转体的长度，在纤维复合材料回转体的外表面划线，划出n个端环(6)和切断槽(5)，从芯模(8)的尾端依次进行切断，实现n个纤维复合材料产品端环(6)的成型和加工。2.根据权利要求1所述的多端环成型加工方法，其特征在于：步骤(4)中，机械车加工切断过程中，靠近芯模后轴(9)一侧的端环没有止动螺栓(3)的固定，在周向上是自由的，当机械车加工至切断槽(5)的底部时，一方面由于升温固化过程中纤维复合材料和金属芯模的膨胀系数不同而使金属芯模和纤维复合材料回转体之间的界面配合发生了松动，另一方面，由于没有周向限定，机械车加工切断时的车加工径向力使得靠近芯模后轴(9)一侧的端环对金属芯模产生自转，待车加工结束后可以顺利从芯模后轴(9)一侧进行脱模。3.根据权利要求2所述的多端环成型加工方法，其特征在于：步骤(4)中，机械车加工结束后，拧下止动螺栓(3)，对辅助前端(4)进行车加工，待辅助前端(4)发生自转不能车加工后停止机械加工，脱下辅助前端(4)，完成n个纤维复合材料产品端环(6)的成型和加工。4.一种根据权利要求1所述的多端环成型加工方法所应用到的加工装置，其特征在于：包括止动螺栓(3)、辅助前端(4)、辅助后端(7)和芯模(8)，多个端环(6)套在金属芯模(8)外周，所述止动螺栓(3)垂直与芯模(8)配合，辅助前端(4)和辅助后端(7)位于金属芯模(8)的芯模筒身(12)两端，用于限制行程。5.根据权利要求4所述的多端环成型加工方法所应用到的加工装置，其特征在于：所述金属芯模(8)包括芯模前轴(2)、芯模后轴(9)和芯模筒身(12)，所述芯模筒身(12)前端安装有芯模前轴(2)，后端安装有芯模后轴(9)，所述芯模前轴(2)、芯模筒身(12)和芯模后轴(9)的同轴度一致，芯模前轴(2)安装固定在缠绕机的前卡盘上，芯模后轴(9)安装固定在缠绕机的后卡盘上。6.根据权利要求4所述的多端环成型加工方法所应用到的加工装置，其特征在于：所述芯模前轴(2)的前部设置有芯模止动螺纹孔(1)和定位台阶(11)，芯模止动螺纹孔(1)拧入螺栓后用于固定缠绕机卡盘和芯模筒身(12)的周向相对位置，定位台阶(11)和卡盘端面的配合用于固定缠绕机卡盘和芯模筒身(12)的轴向相对位置。7.根据权利要求4所述的多端环成型加工方法所应用到的加工装置，其特征在于：所述芯模筒身(12)上设置有止动螺纹孔(10)，所述止动螺栓(3)与止动螺纹孔(10)配合。8.根据权利要求4所述的多端环成型加工方法所应用到的加工装置，其特征在于：所述
芯模(8)为金属材质。

技术总结
本发明提出了一种多端环成型加工装置及其加工方法，解决了机械加工过程中如何保证复合材料回转体和金属芯模的相对稳定以实现机械加工，并且在需求量大时如何进行低成本高效生产的问题。本发明通过止动设计实现了稳定的机械加工，保证了机械加工过程中复合材料回转体和金属芯模的位置相对稳定，同时通过多端环一次成型和加工设计实现了满足大批量生产时的低成本高效生产需求。本发明所述的多端环成型加工装置及加工方法的成型效率高、机械加工过程稳定、操作简便、成本低。成本低。成本低。


技术研发人员：唐桂云 吴伟萍 魏程 孙营 于柏峰 裴放
受保护的技术使用者：哈尔滨玻璃钢研究院有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/10/11