本發(fā)明涉及復合材料纏繞成型，具體涉及一種擴張段碳層密實纏繞成型方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、擴張段是火箭發(fā)動機噴管中提高能量轉換效率的關鍵部件，要承受高溫、燒蝕和力學載荷的綜合作用。樹脂基擴張段具有可靠性高、生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)點，在國內外廣泛應用于高性能固體火箭發(fā)動機。擴散段絕熱層一般由碳纖維層和高硅氧纖維層組成，或由單一的碳纖維層組成。其中碳纖維層主要負責抵抗燒蝕作用，而高硅氧纖維層主要提供隔熱保護。

2、然而，傳統(tǒng)普通纏繞程序僅僅適用于擴張段為直錐或者碳層厚度均一的情況，而對于擴張段為曲線，碳層厚度前后有變化時，若纏繞程序進給量過大，則導致與模具相貼處翻邊，產(chǎn)品內形面與模具貼合不緊密，產(chǎn)生縫隙，導致內形面溢膠嚴重，影響后續(xù)使用；若纏繞程序進給量過小，則導致布帶與模具外型面未貼住，纏繞過程中極易滑坡。

3、因此，有必要提供一種擴張段碳層密實纏繞成型方法及系統(tǒng)，以解決上述背景技術中提到的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，包括：基于預設三維坐標系獲取曲面回轉體纏繞模具的纏繞面的截面曲線方程y；根據(jù)所述截面曲線方程y確定所述纏繞模具的最小纏繞直徑和最大纏繞直徑；

2、根據(jù)所述最小纏繞直徑確定曲面纏繞起點a,根據(jù)所述最大纏繞直徑確定曲面纏繞終點d；

3、將纏繞小車調整至所述曲面纏繞起點a，并將布帶搭接至所述曲面纏繞起點a，根據(jù)所述截面曲線方程y和產(chǎn)品尺寸設定分區(qū)纏繞程序，并確定各纏繞區(qū)域的纏繞起點和纏繞終點，控制所述纏繞小車在所述纏繞模具表面進行分區(qū)纏繞；

4、對纏繞結束后的產(chǎn)品進行梯度熱壓固化處理；

5、將固化后的產(chǎn)品加工至所需尺寸。

6、優(yōu)選地，所述曲面纏繞起點a和曲面纏繞終點d分別為所述最小纏繞直徑和最大纏繞直徑上的任意一點。

7、優(yōu)選地，所述分區(qū)纏繞包括：曲面纏繞區(qū)和水平纏繞區(qū)，所述曲面纏繞區(qū)先于所述水平纏繞區(qū)進行纏繞；

8、所述曲面纏繞區(qū)沿所述曲面纏繞起點a至曲面纏繞終點d設置有若干曲面纏繞層，各所述曲面纏繞層的曲面纏繞終點d沿所述纏繞模具的截面處于同一水平；

9、所述水平纏繞區(qū)位于所述曲面纏繞終點d一側，且水平纏繞區(qū)的纏繞層范圍覆蓋各所述曲面纏繞層的曲面纏繞終點d。

10、優(yōu)選地，曲面纏繞層的分層纏繞方法包括：以所述曲面纏繞起點a為基準，沿所述纏繞模具的軸線方向向遠離所述曲面纏繞終點d的一側，對所述截面曲線方程y的x取值范圍進行均勻分段，根據(jù)所述x取值范圍的分段數(shù)值對各所述曲面纏繞層進行逐層纏繞。

11、優(yōu)選地，所述曲面纏繞區(qū)的纏繞程序設置方法為：

12、對所述截面曲線方程y進行一階求導，得到斜率；

13、根據(jù)所述分段的長度，計算每個分段間隔點的理論角度α，所述角度α為布帶與所述纏繞模具的夾角；

14、計算得出各所述曲面纏繞層各層的每轉進給量f=布帶厚度/sinα，并進行程序編輯。

15、優(yōu)選地，所述水平纏繞區(qū)的纏繞程序設置方法為：

16、根據(jù)各曲面纏繞層的曲面纏繞終點d確定所述水平纏繞區(qū)的纏繞范圍，基于所述預設三維坐標系，得出所述纏繞范圍的端點坐標值，以每轉進給量f=布帶寬度/2，進行程序編輯。

17、本發(fā)明還提供了一種擴張段碳層密實纏繞成型系統(tǒng)，包括三維建模模塊、軌跡生成模塊、控制模塊、熱壓固化模塊和后處理模塊，所述三維建模模塊用于基于預設三維坐標系構建曲面回轉體纏繞模具的數(shù)字化模型，并通過所述數(shù)字化模型獲取纏繞模具的截面曲線方程y，根據(jù)所述截面曲線方程y計算所述纏繞模具的最小纏繞直徑和最大纏繞直徑；

18、所述軌跡生成模塊與所述三維建模模塊連接，用于對所述纏繞模具進行曲面和水平區(qū)域纏繞軌跡的生成，所述軌跡生成模塊基于所述最小纏繞直徑和最大纏繞直徑分別確定曲面纏繞起點a和曲面纏繞終點d，并基于所述曲面纏繞終點d確定水平纏繞的纏繞范圍；

19、所述控制模塊包括纏繞小車定位機構、曲面纏繞控制器和水平纏繞控制器，所述纏繞小車定位機構用于驅動所述纏繞小車至纏繞起點a，并保持布帶初始搭接；所述曲面纏繞控制器用于基于所述截面曲線方程y的一階導數(shù)動態(tài)計算每層纏繞角度α，并實時調整每轉進給量f；所述水平纏繞控制器用于在平面坐標系下以設定進給量f實施水平纏繞；

20、所述熱壓固化模塊用于對所述纏繞層進行梯度熱壓固化；

21、所述后處理模塊用于對熱壓固化后的纏繞層進行拆模加工處理。

22、優(yōu)選地，所述曲面纏繞控制器包括纏繞角度補償模塊和反饋模塊，當所述反饋模塊檢測到實際帶厚與標準值偏差超過±5%時，所述纏繞角度補償模塊自動修正曲面纏繞進給量f。

23、優(yōu)選地，所述熱壓固化模塊包括真空預緊單元，用于在升溫初期建立真空環(huán)境。

24、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種擴張段碳層密實纏繞成型方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果：

25、本發(fā)明中，依據(jù)纏繞模具的曲率變化對纏繞模具的纏繞面進行區(qū)域劃分，以適應復雜曲面，避免布帶纏繞時重疊、遺漏或過渡不均勻的情況，提高纏繞質量；并通過動態(tài)調節(jié)每層曲面纏繞層的布帶纏繞角度，使布帶在曲面纏繞區(qū)始終沿法向進行纏繞，避免因固定進給量和纏繞方向導致的出現(xiàn)布帶翻邊或布帶滑坡等現(xiàn)象。

技術特征：

1.一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，其特征在于，所述曲面纏繞起點a和曲面纏繞終點d分別為所述最小纏繞直徑和最大纏繞直徑上的任意一點。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，其特征在于，所述分區(qū)纏繞包括：曲面纏繞區(qū)和水平纏繞區(qū)，所述曲面纏繞區(qū)先于所述水平纏繞區(qū)進行纏繞；

4.根據(jù)權利要求3所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，其特征在于，曲面纏繞層的分層纏繞方法包括：以所述曲面纏繞起點a為基準，沿所述纏繞模具的軸線方向向遠離所述曲面纏繞終點d的一側，對所述截面曲線方程y的x取值范圍進行均勻分段，根據(jù)所述x取值范圍的分段數(shù)值對各所述曲面纏繞層進行逐層纏繞。

5.根據(jù)權利要求4所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，其特征在于，所述曲面纏繞區(qū)的纏繞程序設置方法為：

6.根據(jù)權利要求3所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型方法，其特征在于，所述水平纏繞區(qū)的纏繞程序設置方法為：

7.一種擴張段碳層密實纏繞成型系統(tǒng)，其特征在于，包括三維建模模塊、軌跡生成模塊、控制模塊、熱壓固化模塊和后處理模塊，所述三維建模模塊用于基于預設三維坐標系構建曲面回轉體纏繞模具的數(shù)字化模型，并通過所述數(shù)字化模型獲取纏繞模具的截面曲線方程y，根據(jù)所述截面曲線方程y計算所述纏繞模具的最小纏繞直徑和最大纏繞直徑；

8.根據(jù)權利要求7所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型系統(tǒng)，其特征在于，所述曲面纏繞控制器包括纏繞角度補償模塊和反饋模塊，當所述反饋模塊檢測到實際帶厚與標準值偏差超過±5%時，所述纏繞角度補償模塊自動修正曲面纏繞進給量f。

9.根據(jù)權利要求7所述的一種擴張段碳層密實纏繞成型系統(tǒng)，其特征在于，所述熱壓固化模塊包括真空預緊單元，用于在升溫初期建立真空環(huán)境。

技術總結
本發(fā)明公開了一種擴張段碳層密實纏繞成型方法及系統(tǒng)，包括基于預設三維坐標系獲取曲面回轉體纏繞模具的纏繞面的截面曲線方程Y；根據(jù)所述截面曲線方程確定所述纏繞模具的最小纏繞直徑和最大纏繞直徑；根據(jù)所述最小纏繞直徑確定曲面纏繞起點A；根據(jù)所述最大纏繞直徑確定曲面纏繞終點D；將纏繞小車調整至所述曲面纏繞起點A，并將布帶搭接至所述曲面纏繞起點A，根據(jù)所述截面曲線方程和產(chǎn)品尺寸設定分區(qū)纏繞程序，并確定各纏繞區(qū)域的纏繞起點和纏繞終點，控制所述纏繞小車在所述纏繞模具表面進行分區(qū)纏繞；對纏繞結束后的產(chǎn)品進行梯度熱壓固化處理；將固化后的產(chǎn)品加工至所需尺寸。

技術研發(fā)人員：張粉,秦鋒,魏旭航,張新航,馬俊,王江輝,劉浪浪
受保護的技術使用者：陜西普利美材料科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15