專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備。特別是玻璃纖維和碳纖維預(yù)浸鋪放方 法及設(shè)備，用于制造復(fù)合材料構(gòu)件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)各種復(fù)合材料低成本制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，如滲透成型技術(shù)、低溫低壓固化 技術(shù)、電子束固化技術(shù)、新型纏繞技術(shù)、復(fù)合材料纖維鋪層技術(shù)等。其中復(fù)合材料鋪層技術(shù) 是近年來(lái)發(fā)展最快、最有效的自動(dòng)化成型制造技術(shù)之一，在降低制造成本和提高復(fù)合材料 性能方面顯示出了極為突出的優(yōu)越性和極大的潛力。復(fù)合材料鋪層成型技術(shù)主要應(yīng)用于航 空構(gòu)件。復(fù)合材料鋪層成型由鋪層機(jī)器人按結(jié)構(gòu)所確定的鋪層方向和鋪層厚度，用多自由 度的鋪層頭將多組纖維預(yù)浸帶自動(dòng)鋪層在芯模表面，鋪層過(guò)程中同時(shí)加熱軟化預(yù)浸帶，壓 實(shí)形成制品型面。鋪層成型對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件的適應(yīng)性強(qiáng)。自動(dòng)鋪帶高效、高質(zhì)量，但由于采 用寬帶(75 300mm)和單自由度鋪層頭，不能完成復(fù)雜曲面、變厚度、加筋等成型，目前多 用于大壁板、機(jī)翼等小曲率航空構(gòu)件成型。復(fù)合材料鋪層成型技術(shù)由于采用預(yù)浸料和低張 力不受落紗穩(wěn)定性的約束，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇鋪層方向；由于每根絲束具有單獨(dú)增加 和切斷功能，不受周期性約束，可以實(shí)現(xiàn)形體和各種鋪層設(shè)計(jì)；由于采用壓輥成型既可以實(shí) 現(xiàn)任意曲面的成型又可以保證成型動(dòng)力載荷自動(dòng)可控，提高制品質(zhì)量。由于鋪層頭采用多 自由度機(jī)器人系統(tǒng)，不僅可以制造復(fù)雜型面的復(fù)合材料構(gòu)件、完成對(duì)鋪層進(jìn)行剪裁以適應(yīng) 局部加厚/混雜、鋪層遞減以及開(kāi)口鋪層等多方面的需要，滿足各種設(shè)計(jì)要求，而且具有表 面光潔、精度高、速度快、質(zhì)量穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。特別適合于航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)小批 量、高精度要求，實(shí)現(xiàn)柔性制造。對(duì)于熱固性復(fù)合材料體系，成型后既可以采用傳統(tǒng)方法放 入熱壓罐固化，也可以與電子束固化技術(shù)相結(jié)合，邊鋪層邊固化從而取消熱壓罐；對(duì)于熱塑 性復(fù)合材料體系，一般在鋪層過(guò)程中直接加熱固結(jié)成型，這對(duì)低成本制造技術(shù)具有極大的 吸引力。CN200710308159. X公開(kāi)了一種用纖維鋪放技術(shù)制造樹(shù)脂基復(fù)合材料構(gòu)件的方法 和設(shè)備。該方法和設(shè)備采用纖維鋪放技術(shù)，使用壓緊機(jī)構(gòu)將纖維鋪放層鋪放在芯模表面，可 以解決傳統(tǒng)纏繞設(shè)備不能制造負(fù)曲率型面構(gòu)件和非回轉(zhuǎn)體類(lèi)構(gòu)件的問(wèn)題。同時(shí)采用原位瞬 時(shí)分層輻射固化以消除纖維鋪層中張力對(duì)產(chǎn)品形狀的影響，以及采用熱壓罐固化處理而帶 來(lái)的熱變形大，容易產(chǎn)生裂紋，構(gòu)件大小受熱壓罐容積限制，生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)問(wèn)題 與缺陷。該設(shè)備以工業(yè)機(jī)器人作為制造主體，改善了現(xiàn)今的鋪放設(shè)備缺乏制造更加復(fù)雜型 面的靈活性，和其結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。CN200810235374. 6公開(kāi)了一種復(fù)合材料組合鋪放法及 專(zhuān)用組合鋪放頭。其特征在于包括以下過(guò)程使鋪帶過(guò)程與鋪絲過(guò)程復(fù)合，利用同一臺(tái)運(yùn)動(dòng) 控制器同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋪放頭和鋪絲頭的運(yùn)動(dòng)控制；在實(shí)際加工中，可以根據(jù)需要選擇鋪帶，或鋪 絲，或同時(shí)進(jìn)行鋪帶和鋪絲。專(zhuān)用組合鋪放頭，其特征在于包括鋪帶機(jī)構(gòu)、通過(guò)定位螺栓和 螺母分別固定在鋪帶機(jī)構(gòu)兩側(cè)的兩個(gè)單邊鋪絲頭，三者在空間上不相互干涉；兩個(gè)鋪絲頭 之間的距離通過(guò)定位螺栓螺母調(diào)節(jié)，距離與鋪帶寬度相等。本發(fā)明使一臺(tái)設(shè)備同時(shí)兼具鋪放和鋪絲的功能，相比同時(shí)購(gòu)置鋪放和鋪絲設(shè)備，它不僅大大節(jié)省了設(shè)備成本，而且能解決 單憑鋪放或鋪絲不能夠解決的問(wèn)題。CN 200810235373. 1公開(kāi)了一種復(fù)合材料預(yù)成型鋪放 法。其特征在于包括以下過(guò)程(1)首先對(duì)復(fù)合材料鋪放帶開(kāi)卷，剝離鋪放帶上的紙和膜； (2)接下來(lái)運(yùn)行切割軌跡控制程序，利用超聲振動(dòng)刀將鋪放帶剪切成預(yù)設(shè)計(jì)的形狀，將切割 下的廢料取出后；(3)對(duì)剪切好的鋪放帶貼紙貼膜、擠壓纏繞成卷，以便保存或安裝到鋪放 頭上進(jìn)行鋪放。本發(fā)明可切割出各種復(fù)雜形狀的鋪放帶，能夠滿足各種異型芯模鋪放成型 的需要。先進(jìn)復(fù)合材料成型技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)由手糊到機(jī)械化自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變。目前還未見(jiàn)一種 多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備相關(guān)報(bào)道。本發(fā)明涉及一種多絲束纖維預(yù)浸鋪放方法及設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種多絲束纖維預(yù)浸鋪 放設(shè)備，該設(shè)備集多絲束纖維浸膠、鋪放于一體，提高鋪放效率，同時(shí)纖維張力均勻，鋪放精 度高，含膠量控制在2%以內(nèi)。按照本發(fā)明通過(guò)一種具有權(quán)利要求1特征達(dá)到該目的。通過(guò)諸從屬權(quán)利要求的特 征和特征組合闡明本發(fā)明。如圖1，首先根據(jù)不同的復(fù)合材料基體及其應(yīng)用的不同，合理配制基體膠液，放入 纖維經(jīng)過(guò)的路徑上的膠槽(1-5)，膠槽的位置放置在張力傳感器之后。多絲束纖維筒紗 (1-3)固定于旋轉(zhuǎn)活動(dòng)支架上，紗筒采用膠圈摩擦的方式來(lái)進(jìn)行固定，多筒紗在張力調(diào)節(jié)采 用了同軸拉力張緊調(diào)節(jié)的方式，用伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿同軸調(diào)節(jié)，由伺服電機(jī)通過(guò)蝸輪 減速器帶動(dòng)連桿(1-2)同步的使三個(gè)紗筒摩擦制動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)張力的效 果。纖維絲束經(jīng)過(guò)張力三輥(1-4)和膠槽浸膠，張力傳感器在膠槽位置之前，既滿足預(yù)浸料 浸膠要求，又使張力傳感器能更好的工作在干纖維部分，多絲束纖維經(jīng)過(guò)張力三輥測(cè)量并 實(shí)施纖維鋪放張力控制。多絲束纖維必須經(jīng)過(guò)兩道擠膠裝置(1-6)將過(guò)多的膠體擠出，以 控制多絲束纖維預(yù)浸復(fù)合材料的含膠量。經(jīng)過(guò)浸膠的多絲束纖維經(jīng)過(guò)一個(gè)格柵(1-7)排列 成一個(gè)寬幅預(yù)浸料，最后經(jīng)過(guò)纏繞滾纏繞鋪放形成預(yù)浸布，最后經(jīng)過(guò)鋪放頭鋪放將形成將 環(huán)形預(yù)浸布或復(fù)合材料構(gòu)件(1-8)。多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備紗筒安裝部分采用膠圈摩擦的方式來(lái)進(jìn)行固定，張力調(diào) 節(jié)采用了同軸拉力張緊調(diào)節(jié)的方式，在張力調(diào)節(jié)中原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿同 軸調(diào)節(jié)，由張力傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪減速器及連桿同步，使三個(gè) 紗筒摩擦制動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)張力的效果。含膠量控制部分由一個(gè)精密絲杠調(diào)節(jié)上部擠膠輥，保證上、下擠膠輥間隙。擠膠機(jī) 構(gòu)與光柵尺檢測(cè)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和控制。


以下借助實(shí)施例參照

本發(fā)明的實(shí)施設(shè)備。其中圖1本發(fā)明的多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備實(shí)施例的示意圖；圖2本發(fā)明的絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備中多絲束紗筒安裝部分的示意圖；圖3本發(fā)明的絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備中含膠量控制部分的示意具體實(shí)施例方式如圖1，首先根據(jù)不同的復(fù)合材料基體及其應(yīng)用的不同，合理配制基體膠液，放入纖維經(jīng)過(guò)的路徑上的膠槽(1-5)，膠槽的位置放置在張力傳感器之后。多絲束纖維筒紗 (1-3)固定于旋轉(zhuǎn)活動(dòng)支架上，紗筒采用膠圈摩擦的方式來(lái)進(jìn)行固定，多筒紗在張力調(diào)節(jié)采 用了同軸拉力張緊調(diào)節(jié)的方式，用伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿同軸調(diào)節(jié)，由伺服電機(jī)通過(guò)蝸輪 減速器帶動(dòng)連桿(1-2)同步的使三個(gè)紗筒摩擦制動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)張力的效 果。纖維絲束經(jīng)過(guò)張力三輥(1-4)和膠槽浸膠，張力傳感器在膠槽位置之前，既滿足預(yù)浸料 浸膠要求，又使張力傳感器能更好的工作在干纖維部分，多絲束纖維經(jīng)過(guò)張力三輥測(cè)量并 實(shí)施纖維鋪放張力控制。多絲束纖維必須經(jīng)過(guò)兩道擠膠裝置(1-6)將過(guò)多的膠體擠出，以 控制多絲束纖維預(yù)浸復(fù)合材料的含膠量。經(jīng)過(guò)浸膠的多絲束纖維經(jīng)過(guò)一個(gè)格柵(1-7)排列 成一個(gè)寬幅預(yù)浸料，最后經(jīng)過(guò)纏繞滾纏繞鋪放形成預(yù)浸布，最后經(jīng)過(guò)鋪放頭鋪放將形成將 環(huán)形預(yù)浸布或復(fù)合材料構(gòu)件(1-8)。如圖2，紗筒(2-3)采用膠圈摩擦的方式來(lái)進(jìn)行固定，這樣的固定方式節(jié)約了成 本，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中還能達(dá)到減小噪音的效果，達(dá)到了使用要求。多筒紗在張力調(diào)節(jié)采用了 同軸拉力張緊調(diào)節(jié)的方式，既保證了張力調(diào)節(jié)的同步，同時(shí)由于這部分的結(jié)構(gòu)是在運(yùn)動(dòng)平 臺(tái)上的。為了滿足快速精確地張力調(diào)節(jié)的目的，張力調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)(2-6)帶 動(dòng)蝸輪蝸桿(2-5)同軸調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)張力的快速可調(diào)。由伺服電機(jī)通過(guò)蝸輪減速器帶動(dòng)連桿 (2-7)同步的使三個(gè)紗筒摩擦制動(dòng)機(jī)構(gòu)(2-2)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)張力的效果。同時(shí)， 在每個(gè)制動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下面，都有一個(gè)可調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)螺栓(2-4)，同步的張力調(diào)節(jié)要求每個(gè) 紗筒具有近似的制動(dòng)力，調(diào)節(jié)螺栓的伸長(zhǎng)，便可調(diào)節(jié)每個(gè)紗筒，最終使其制動(dòng)力相同。在使 用單筒鋪放時(shí)，調(diào)節(jié)螺栓撥到適量系統(tǒng)便可以自動(dòng)滿足要求。多絲束紗筒安裝部分固定在 支架(2-1)上。浸膠部分設(shè)計(jì)沉浸式密閉浸膠槽，纖維(3-1)經(jīng)過(guò)浸膠槽浸膠(3-2)，浸膠槽包括 兩或多組直徑不同的金屬浸膠輥。該浸膠槽主要是針對(duì)溶液式浸膠方式所設(shè)計(jì)的，并對(duì)于 所采用的不同樹(shù)脂體系，能夠?qū)崿F(xiàn)上、下兩種浸膠方式，并可獨(dú)立更換可調(diào)溫度的水浴恒溫 浸膠槽。含膠量控制部分上擠膠輥(3-5)固定在下板(3-4)上，下擠膠輥(3-6)固定在下 板(3-7)上保持不動(dòng)，，由一個(gè)旋鈕帶動(dòng)精密絲杠(3-8)調(diào)節(jié)上部擠膠輥(3-6)位置保證 上、下擠膠輥間隙。擠膠機(jī)構(gòu)與光柵尺(3-3)檢測(cè)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量和控制上、下擠膠輥間 隙。先進(jìn)復(fù)合材料成型技術(shù)逐步實(shí)現(xiàn)由手糊到機(jī)械化自動(dòng)化的轉(zhuǎn)變。復(fù)合材料自動(dòng)鋪 層成型同一般的機(jī)械加工不同，復(fù)合材料自動(dòng)鋪層用鋪層頭將復(fù)合材料一層一層鋪放在芯 模表面，是一種新型剛?cè)狁詈现圃炷Ｊ?。該方法和設(shè)備集多絲束纖維浸膠、鋪放于一體，提 高鋪放效率，同時(shí)纖維張力均勻，鋪放精度高，含膠量控制在2 %以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明公開(kāi)一種多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括(1)多絲束紗 筒安裝部分；( 張力調(diào)節(jié)部分；( 浸膠部分；(4)含膠量控制部分；( 格柵部分；(6)同 步運(yùn)動(dòng)部分；(7)鋪放部分。
2.按照權(quán)利要求1所述的多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備，其特征在于，所述的多絲束紗筒 安裝部分包括(1)紗筒采用膠圈摩擦的方式來(lái)進(jìn)行固定；( 多筒紗在張力調(diào)節(jié)采用了同 軸拉力張緊調(diào)節(jié)方式；(3)張力調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿同軸調(diào)節(jié)，由伺 服電機(jī)通過(guò)蝸輪減速器帶動(dòng)連桿同步的使三個(gè)紗筒摩擦制動(dòng)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié) 張力的效果；(4)每個(gè)制動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的下面，都有一個(gè)可調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)螺栓，同步的張力調(diào)節(jié) 要求每個(gè)紗筒具有近似的制動(dòng)力，調(diào)節(jié)螺栓的伸長(zhǎng)，便可調(diào)節(jié)每個(gè)紗筒，最終使其制動(dòng)力相 同。
3.按照權(quán)利要求1所述的多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備，其特征在于膠槽的位置放置在張 力傳感器之后，既滿足預(yù)浸料浸膠要求，又使張力傳感器能更好的工作在干纖維部分，多絲 束纖維經(jīng)過(guò)張力三輥測(cè)量并實(shí)施纖維鋪放張力控制。
4.按照權(quán)利要求1所述的多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備，其特征在于，所述的含膠量控制 部分(1)由一個(gè)精密絲杠調(diào)節(jié)上部擠膠輥，保證上、下擠膠輥間隙；( 考慮擠膠控制與測(cè) 量，擠膠機(jī)構(gòu)與光柵尺檢測(cè)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求1所述的多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備，其特征在于多絲束纖維必須經(jīng)過(guò) 兩道擠膠裝置將過(guò)多的膠體擠出，以控制多絲束纖維預(yù)浸復(fù)合材料的含膠量。
6.按照權(quán)利要求1所述的多絲束纖維預(yù)浸鋪放方法，其特征在于多絲束纖維經(jīng)過(guò)浸膠 的多絲束纖維經(jīng)過(guò)格柵排列成一個(gè)寬幅預(yù)浸料，提高鋪放效率。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多絲束纖維預(yù)浸鋪放設(shè)備，包括格柵；多絲束紗筒安裝部分；張力調(diào)節(jié)部分；浸膠部分；含膠量控制部分；同步運(yùn)動(dòng)部分；鋪放部分。首先將配制基體膠液放入膠槽，多絲束纖維筒紗固定于旋轉(zhuǎn)活動(dòng)支架上，多絲束纖維經(jīng)過(guò)格柵排列整齊，然后經(jīng)過(guò)張力三輥，由張力傳感器測(cè)量并控制纖維鋪放張力。其后多絲束纖維再經(jīng)過(guò)膠槽浸膠，由擠膠輥將過(guò)多的膠體擠出，經(jīng)過(guò)浸膠的多絲束纖維經(jīng)過(guò)一個(gè)格柵排列成一個(gè)寬幅預(yù)浸料，最后經(jīng)過(guò)鋪放頭鋪放將形成復(fù)合材料構(gòu)件。該方法集多絲束纖維浸膠、鋪放于一體，提高鋪放效率，同時(shí)纖維張力均勻，鋪放精度高，含膠量控制在2％以內(nèi)。
文檔編號(hào)B29C70/54GK102049865SQ20101054116
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者徐大華, 楊濤, 葛邦, 高殿斌 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)