[发明专利]一种碳纤维干法缠绕坩埚预制体成型装置

说明书

本发明公开了一种碳纤维干法缠绕坩埚预制体成型装置，属于碳/碳复合材料坩埚制造技术领域，包括平动工作台，缠绕机构和芯模回转机构，平动工作台包括X向平动工作台和Y向平动工作台，通过伺服电机带动同步带驱动，该平动工作台上固定有缠绕机构；缠绕机构由平动工作台带动完成X向移动和Y向移动，包括张力机构、翻转机构和牵引机构，相互配合完成碳纤维的拉紧、递送和缠绕过程；芯模回转机构由伺服电机Ⅲ通过转轴Ⅱ带动坩埚芯模转动，芯模回转机构与平动工作台进行运动配合，可以实现碳纤维的缠绕均匀稳定。本发明结构紧凑，设计新颖合理，实现了碳/碳坩埚预制体碳纤维增强缠绕的自动化，提高了生产效率和产品的一致性。

技术领域

本发明属于碳/碳复合材料坩埚制造技术领域，具体涉及一种碳纤维干法缠绕坩埚预制体成型装置。

背景技术

碳/碳复合材料坩埚作为直拉单晶硅炉热场系统中对承装硅料的石英坩埚起支撑作用的重要部件，需求越来越多。而碳纤维预制体是碳/碳复合材料坩埚的骨架材料，采用碳布/网胎针刺技术成型的碳纤维预制体而获得的碳/碳复合材料坩埚纤维连续性差，长期承载大量重物时容易开裂，无法使碳纤维的优异性能充分发挥，无法满足当前坩埚生产的需求。

因此采用碳纤维干法缠绕坩埚预制体成型装置在碳布/网胎针刺技术成型的基础上进行碳纤维缠绕增强，可以增加整体结构中连续纤维的含量，保证在高负荷时所需强度，提高形状稳定性，同时解决手工缠绕所带来了缠绕效率低、劳动强度大、产品一致性差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构紧凑，设计新颖合理，降低劳动强度，提高生产效率和产品一致性，实现碳/碳坩埚预制体碳纤维增强缠绕的自动化，缩短生产周期，降低生产成本的碳纤维干法缠绕坩埚预制体成型装置。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种碳纤维干法缠绕坩埚预制体成型装置，包括平动工作台，缠绕机构和芯模回转机构，所述平动工作台包括X向平动工作台和Y向平动工作台；所述缠绕机构安装于X向平动工作台和Y向平动工作台上，该缠绕机构通过X向平动工作台和Y向平动工作台带动完成X向移动和Y向移动，完成碳纤维的拉紧、递送和缠绕；所述芯模回转机构安装于缠绕机构一侧，该芯模回转机构的芯模经驱动装置驱动转动。所述芯模回转机构与平动工作台进行运动配合，将碳纤维按照设计线型均匀稳定缠绕在坩埚芯模。

所述平动工作台上安装有伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ，所述伺服电机Ⅰ通过同步带驱动滚珠丝杠Ⅰ来带动X向平动工作台在X方向运动，所述伺服电机Ⅱ通过同步带驱动滚珠丝杠Ⅱ来带动Y向平动工作台在Y方向运动，所述滚珠丝杠Ⅰ两侧设置有直线导轨滑块组件Ⅰ，保证X向平动工作台移动的直线度，所述滚珠丝杠Ⅱ一侧设有直线导轨滑块组件Ⅱ，保证Y向平动工作台移动的直线度。

所述缠绕机构固定于Y向平动工作台上，该缠绕机构包括固定座、张力机构、翻转机构、回转筒子架和牵引机构，所述固定座上设有多个第一防跳线轮，所述第一防跳线轮与固定座通过固定块相连；所述张力机构一侧设有滑块导轨，所述滑块导轨上设有第二防跳线轮，所述第二防跳线轮与固定座通过弹簧相连，完成碳纤维的张力控制；所述翻转机构固定在固定座上，该翻转机构包括导线辊、第一锥齿轮、第二锥齿轮、转轴Ⅰ和伺服电机Ⅳ，所述导线辊通过伺服电机Ⅳ驱动带动第一锥齿轮和第二锥齿轮及转轴，使碳纤维在缠绕过程中进行翻转运动；所述回转筒子架与固定座底部通过支撑架相连，所述牵引机构与固定座上端通过支撑架相连，所述回转筒子架结合牵引机构实现碳纤维的退绕。

所述芯模回转机构设置有光轴，所述光轴与支撑板配合，起到定位和支撑的作用，所述支撑板一侧设有芯模支撑架，所述芯模支撑架上安装有芯模，该芯模支撑架由转轴Ⅱ驱动，起到固定、支持和转动芯模的作用。

所述缠绕机构中纱线纤维以回转筒子架轴向退绕，依次通过牵引机构、张力机构、翻转机构，最后从导线辊导出。