Ролик для укладки углеволокна

Настоящая полезная модель относится к области изготовления изделий из композиционных материалов и может быть использована для прикатывания пропитанной клеящим материалом утлеволоконной ленты - препрега при нанесении углеволокна на оснастку.
Из существующего уровня техники известно устройство изготовления изделий из лент композитного материала (патент US20170342227, Composite material and related articles and methods, опубликован 30.11.2017). Устройство включает систему подачи препрега, нагревательный элемент, систему отрезания препрега, систему прижима. Система прижима состоит из постоянно давящего на препрег прикатывающего ролика.
Недостатком данного технического решения является невозможность контроля в реальном времени силы прижима препрега к оснастке.
Также известна автоматическая машина для нанесения пленки (патент JP2005297513, Automatic laminating machine, опубликован 27.10.2005). Автоматическая машина использует «метод прямого прессования», при котором лента из термопластичного препрега наносится на поверхность с одновременным нагревом и прессованием при помощи уплотняющего ролика, после чего наносится термопластичная смола и осуществляется дальнейшее затвердевание путем естественного (или принудительного) охлаждения. Автоматическая машина включает систему подачи препрега, нагревательный элемент, систему отрезания препрега, систему прижима. Система прижима состоит из двух плит, соединенных несколькими пружинными элементами регулировки силы прижатия, на одном из которых размещены два валика с натянутой между ними бесконечной лентой, служащей для укладки препрега на поверхность.
Недостатками данного технического решения являются постоянная жесткость пружин, регулирующих силу прижима препрега к оснастке, что отрицательно сказывается на качестве выкладки углеволокна, а также невозможность получения сигнала обратной связи о силе прижима препрега к оснастке.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для укладки волокнистого композита и метод укладки волокнистого композита при производстве оболочки из волокнистого композита для формирования компонента из волокнистого композита (патент US 11426953 В2, Fiber Composite Laying Device And Fiber Composite Laying Method For Producing A Fiber Composite Scrim For Forming A Fiber Composite Component, дата опубликования 30.08.2022), которое включает позиционирующий манипулятор, укатывающий ролик, расположенный на ролике массив датчиков давления и микромеханических устройств создания давления, устройство дистанционной передачи сигнала. Уплотняющий ролик выполнен в форме валика, установленного с возможностью вращения на направляющей оси. На наружной поверхности ролика расположен массив датчиков давления, предназначенный для определения локального давления уплотнения на композит и микромеханические устройства, служащие для немедленного регулирования давления уплотнения. Уплотняющий ролик в данном устройстве позволяет уменьшить ошибки и неточности при укладке композита.
Недостатком данного технического решения являются сложность конструкции, потому что выходной сигнал снимается от множества датчиков давления, что отрицательно сказывается на его (выходного сигнала) качестве, а это в свою очередь негативно отразится на качестве полученного продукта.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является упрощение получаемого сигнала обратной связи о развиваемом давлении на препрег, создаваемым системой прижима, и повышение качества изделия.
Данная задача решается за счет того, что в известном устройстве для укладки волокнистого композита выполненном в виде прижимного валика, установленного с возможностью вращения на направляющей оси, согласно полезной модели, валик представляет собой полый цилиндр, внутри которого размещена втулка, установленная с помощью подшипника на направляющей оси, причем на внешней поверхности втулки выполнены проточка, в которой с охватом всей поверхности проточки установлен линейный тензорезисторный датчик, и пазы для вывода контактов пленочного тензорезисторного датчика на торцевую грань втулки, при этом с двух торцевых граней втулки на направляющей оси жестко установлены контактные площадки с щетками, с обеспечением контакта между щетками и токопроводящими контактами, нанесенными на торцевые грани втулки.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность получения цифрового сигнала с линейного тензорезисторного датчика, который и является обратной связью о давлении ролика на поверхность.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид ролика в сборе. На фиг. 2 изображен ролик в разобранном состоянии. На фиг. 3 показан ролик для укладки углеволокна в разрезе.
Ролик для укладки углеволокна содержит втулку 1, размещенную с помощью роликового подшипника 6, посаженного на ось 7, внутри прижимного валика 3. Втулка 1 выполнена из металла, например стали 12Х18Н10Т. На внешней поверхности втулки выполнена проточка для установки пленочного тензорезисторного датчика 2. Тензорезисторный датчик представляет собой гибкую ленту, на которую зигзагообразно укладывается проволока, концами соединяемая с двумя контактами. Тензорезисторный датчик кольцом охватывает всю поверхность проточки. Проточка имеет ширину, равную ширине пленочного тензорезисторного датчика 2 и глубину, необходимую для удерживания пленочного тензорезисторного датчика от соскальзывания. На втулке 1 выполнены два паза (см. вид А на фиг. 2), выходящие на ее торцевые стороны для отведения контактов пленочного тензорезисторного датчика. На торцах втулки 1 выполнены токопроводящие контакты из меди 4, имеющие форму концентрических окружностей (см. фиг. 3). Они могут быть нанесены, например, гальваническим способом. Контактные площадки 5 имеют контактные щетки, и жестко закреплены на оси 7 с обеих торцевых граней втулки с обеспечением контакта с медными контактами 4. Прижимной валик 3 выполнен из материала с низкими адгезивными свойствами по отношению к препрегу и высокой термостойкостью, например, резины.
Прижимной валик 3 надевается на втулку 1 после установки пленочного тензорезисторного датчика 2 и проведения контактов от пленочного тензорезисторного датчика на торец втулки.
Роликовые подшипники 6 запрессованы в отверстие втулки, во внутренние кольца роликовых подшипников запрессована неподвижная ось 7. На неподвижной оси 7 сделано крепление для контактной площадки 5 с щетками.
Ролик для укладки углеволокна работает следующим образом.
Ролик размещают на поверхности, предназначенной для выкладки углеволокна. При оказании давления промышленным манипулятором на неподвижную ось 7 и ее линейном перемещении вдоль требуемого направления выкладки параллельно самой себе, возникает сила трения качения прижимного валика 3 о поверхность контакта. В результате этого прижимной валик 3 вместе с внутренней втулкой 1 получает вращение относительно оси подшипника 6. Сила давления на ленту передается через прижимной валик на пленочный тензорезисторный датчик 2 и изменяет его емкость. Измеренный сигнал передается через контактную щетку 5 на медный контакт 4 и, проходя через тензорезисторный датчик 2, преобразуется и подается на медный контакт и контактную щетку, расположенные на противоположном торце втулки 1. Далее сигнал передается в блок управления манипулятором и на механизм изменения давления, который в свою очередь регулирует силу прижима ролика. Полученный сигнал обратной связи позволяет в реальном времени регулировать силу давления, оказываемую на ролик, улучшая качество выкладки углеволокна.
В результате использования предлагаемого ролика для укладки углеволокна, упрощается конструкция, улучшается качество выходного сигнала, что повышает качество изготовляемых из углеволокна деталей.