[发明专利]用于在自动化纤维铺放工艺使用的辊子装置

说明书

提供了一种用于在仿形工具上产生复合零件的自动化纤维铺放工艺中使用的辊子装置。螺旋弹簧提供可弯曲的轴，并且辊子覆盖件装配在弹簧轴上。张力机构被安排成沿中心线轴线穿过弹簧轴、并且是可调节的以控制弹簧轴的可弯曲度，以便与工具的特定轮廓更精密地相符。张力机构可以包括延伸穿过弹簧轴的缆线、位于缆线端部处的螺纹部分、以及螺钉，该螺钉被接纳在螺纹部分中并且是可转动的以调节张力机构的长度、并且由此调节弹簧轴的可弯曲度。张力机构可以是手动调节的、通过由使用者控制的马达半手动地调节的、或通过由电子控制器控制的马达自动地调节。

技术领域

本发明涉及在用于产生复合零件的自动化纤维铺放工艺中使用的辊子装置，并且更具体地，实施例涉及一种顺应性辊子装置，一种能够用于自动化纤维铺放工艺的具有可定制的顺应性的辊子装置，该辊子装置采用螺旋弹簧作为轴来在一系列工具轮廓和力水平的情况下提供更均匀的施加压力。

背景技术

自动化纤维铺放(AFP)机用于通过同时将多个窄的平行的单向复合纤维或带状物的条带施加到工具(该工具限定了有待制造的零件的几何形状)上来使复合零件的制造自动化。典型的AFP机可以一次铺设八个或十六个单独的条带，每个条带的宽度是四分之一英寸或二分之一英寸，使得一次施加的材料的组合宽度可以在两英寸与八英寸之间。然而，可能会遇到其他条带宽度或总的宽度。

使用辊子来将这些条带施加到该工具。典型的AFP施加辊子具有刚性核心部分、并且被橡胶表面层覆盖。橡胶允许辊子在一定程度上与工具的轮廓相符，但相符性由于刚性内部核心部分而受到限制。此外，即使当橡胶的柔性足以在辊子的宽度上保持接触时，施加压力也将是不均匀的。压力将在轮廓所引起的橡胶变形最大之处是最大，而在橡胶变形最小之处是最小。这是有问题的，因为仅一个施加压力是理想的，并且辊子上仅有一个点可以提供理想的施加压力。辊子上的所有其他点可能具有对于将条带转移到工具上并且在该工具上压紧而言必然是过高或过低的施加压力。

另一个现有技术方法使用多个分开的、细密地间隔开的辊子。通过这种方法，对于正在施加的每个复合材料条带可以有分开的辊子。因此，可以有八个或十六个独立的辊子，每个辊子具有其用于调节力的机构。虽然在理论上，这将允许均匀的压力和更大的与变化的轮廓相符的能力，但实际上，这些设计是复杂的、容易在辊子之间积聚树脂、并且难以与复合条带保持对齐。

另一种现有技术方法是使用具有柔性轴的宽的单个辊子。这需要表面橡胶层较小的相符性，因为整个辊子能够弯曲以适应其所遇到的轮廓。然而，不能通过此设计来在辊子宽度上实现均匀压力，除了可能针对特定的轮廓和力来优化辊子设计。

此背景技术讨论旨在提供与本发明有关的信息，但该信息不一定是现有技术。

发明内容

实施例通过提供用于在仿形工具上产生复合零件的自动化纤维铺放工艺中使用的顺应性辊子装置来解决上述问题和其他问题，其中，辊子装置采用螺旋弹簧作为轴来在一系列工具轮廓和力水平的情况下提供更均匀的施加压力。

在第一实施例中，提供一种用于在涉及具有轮廓的工具的自动化纤维铺放工艺中使用的辊子装置。辊子装置可以在广义上包括螺旋弹簧轴、辊子覆盖件、以及张力机构。该螺旋弹簧轴可以具有沿中心线轴线大致圆柱形安排的多匝弹簧材料、并且被配置成用作可弯曲的轴。该辊子覆盖件可以具有空心内部、并且可以被配置成用于将螺旋弹簧轴接纳在该空心内部中。该张力机构可以被安排成沿中心线轴线穿过该螺旋弹簧轴、并且可以是可调节的以控制可弯曲的轴的可弯曲度。