用于制成高级复合层叠件的系统和方法技术方案

技术编号:10053548 阅读:120 留言:0更新日期:2014-05-16 02:16
用于制造高级复合层叠件的系统和方法包括带材分配系统、带材铺放头和工具表面。形成带材部段并用抓持组件使带材部段运动通过带材部段引导件。带材部段引导系统悬置于工具表面上。一旦将带材部段定位到工具表面上的期望位置,带材粘结装置将带材部段粘结到或以其它方式附连到工具表面或另一下置的带材部段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】用于制造高级复合层叠件的系统和方法包括带材分配系统、带材铺放头和工具表面。形成带材部段并用抓持组件使带材部段运动通过带材部段引导件。带材部段引导系统悬置于工具表面上。一旦将带材部段定位到工具表面上的期望位置,带材粘结装置将带材部段粘结到或以其它方式附连到工具表面或另一下置的带材部段。【专利说明】本申请要求了 2011年7月28日提交的美国临时申请第61/512,632号的权益,该申请的全部内容以参见的方式纳入本文。该申请还涉及2011年11月I日授权的美国专利号8,048,253 (2008年9月24日提交的美国专利申请号12/237,077)、2012年5月I日授权的美国专利第8,168,029号(2011年10月3日提交的美国专利申请号13/251,360)以及2012年3月30日提交的美国专利申请第13/435,006号,这些专利和专利申请的全部内容以参见的方式纳入本文。
技术介绍
目前的实施例总地涉及高级复合材料,并且更具体地涉及用于使用自动化设备快速制造具有最少废料的闻级复合层置件的系统和方法。高级复合材料日益用于需要小重量和高强度和/或高刚度的高性能结构产品。复合材料是包括两种或更多种成分的工程材料。实施例涉及组合有诸如碳纤维、玻璃纤维的增强纤维或者具有诸如环氧物、尼龙、聚酯、聚丙烯或其它树脂的热固性或热塑性聚合物树脂的其它增强纤维的聚合物复合物。纤维通常沿纤维长度方向提供刚度和强度,而树脂提供形状和韧性,并还起到在纤维之间传递负荷的作用。高级复合部件的结构性能随着纤维-树脂比(也被称为纤维体积率)的增加、纤维长度的增加、纤维定向与通过部件的负荷路径之间更精确的对准(与随机纤维定向相比)以及纤维的平直度而增加。也可通过根据所受应力轻重而选择性地加入或减去材料来优化高级复合部件的重量。通常,高性能高级复合材料部件的制造是又慢又耗费劳力的过程。因此,已开发出用于自动制造高级复合部件的若干方法来减少手工劳动量、降低循环时间并提高部件质量和可重复性。这种机器用于制造从飞机机身和内部结构构件到压力容器、管道、用于风力机的叶轮和飞机翼板的小型和大型部件。这些机器通常使用安装在多轴CNC操作机上的材料铺放头来将带材直接铺放到芯轴或模具上。当铺设好材料时,材料与任一下置层固结。这被称为“现场”固结。在以参见方式纳入本文的美国专利第6,607, 626号和第6,939,423号中描述的不同方法是铺设大致平坦的“定制坯件”,其中,仅将复合层叠件的所有层片粘结在一起。一旦制成定制坯件,后续加工步骤用于使各层片固结在一起,并将坯件成型为其最终形状。对于带材和纤维铺放机来说是典型的一种特征是用于将材料施加于工具表面的总体技术:这种机器将带材或成束的材料逐步展开到工具表面上,该工具表面构造成与零件的近终形(near net shape)相匹配,并且当将材料馈送到表面上时,使用一个或多个压实辊或座板将其粘结到位。尽管该技术产出高质量零件,但它的一个主要限制是材料铺设率的增加需要更大、更高功率的机器,这对系统尺寸、能量消耗、成本和精度产生复合效应。在许多系统中,特别是对于通常熔化然后在铺设过程中再冷冻的热塑性复合物来说,速度也受到传热率的限制。纤维铺放机和带材铺设机的另一限制是它们大多通常产生非常接近于最终形状的零件,由此,通过附连有铺设头的操纵器的尺寸和灵巧度来控制可实现的零件复杂度和轮廓。这种系统通常需要五个或者六个自由度来生产出上述类型的零件。
技术实现思路
实施例提供一种用于将复合带材施加于工具表面上的系统和方法。作为对将构造成部件的最终形状并在原位固结的带材逐步施加于工具表面的替代,这些实施例通过馈送预定长度的带材并将它定位在工具表面上方来铺放处于大致平坦构造的带层,该构造适于后固结和成形操作。可将该带材预切割成带材部段,或者可从带材供料源馈送(例如,拉动)该带材并将该带材切成期望长度的带材部段(或“带层”)。带材部段可朝向工具表面运动。一旦在工具表面附近或之上,整个带材部段可在一次操作中粘结到下置材料。粘结可包括例如使用点焊机或者其它熔合工艺在分离位置处将带材部段熔合到下置材料。使带馈送操作与粘结操作分离可允许该系统自动地、更快和更可靠地运行。一个实施例包括用于通过如下方式制成高性能的高级复合层叠件的系统和方法,即,通过将一个或多个带材部段定位到多轴运动台上,然后将带材部段降低到台上,并使用点焊单元阵列将这些带材部段粘结到之前铺放的材料。在一方面,用于由带材制成复合预制件的方法包括将带材部段馈送到带材部段引导件内,该带材部段引导件将带材部段悬置于工具表面上,以使带材部段的第一端起初设置在带材部段引导件内的第一位置,而带材部段的第二端起初设置在带材部段引导件内的第二位置。该方法还包括提供带材部段引导件与工具表面之间的相对运动,以将带材部段相对于工具表面定位在期望位置和定向。该方法还包括使带材部段运动,以使使第一端运动到带材部段引导件中的第三位置,而第二端运动到带材部段引导件中的第四位置。该方法还包括将带材部段固定到工具表面和预先存在的带材部段中的至少一个上。在另一方面,用于由带材制成复合预制件的方法包括将带材的一部分馈送到带材部段引导件内,并抓持带材的该部分的端部,并沿带材部段引导件拉动带材的该部分。该方法还包括:当带材的该部分的端部被拉到预定位置时,切下带材的该部分,以形成带材部段。该方法还包括将带材部段固定到工具表面和预先存在的带材部段中的至少一个。在另一方面,用于由复合带材制造复合预制件的设备包括接纳带材部段的带材部段引导件以及构造成抓持位于带材部段引导件内的带材部段的带材抓持组件。该设备还包括构造成将带材部段粘结到其它类似带材部段的带材粘结装置。带材抓持组件包括抓持构件,其中,抓持构件构造成抓持带材部段的一部分,并沿与带材部段引导件的长度相关联的轴线运动。抓持构件从带材部段引导件的第一位置运动到带材部段引导件的第二位置,并由此使带材部段的该部分从第一位置运动到第二位置。在研究下述附图和详细说明之后,实施例的其它系统、方法、特征和优点将要或者将变得对于本领域技术人员来说是显然的。所有这种附加的系统、方法、特征和优点意在包含到该说明书和该
技术实现思路
中、并且在实施例的范围内,并且受权利要求书的保护。【专利附图】【附图说明】参照下述附图和说明书能更好地理解实施例。附图中的部件不一定按比例绘制,而是重点放在说明本专利技术的原理上。此外,在附图中,相同的附图标记表示不同视图中的对应元件。图1是示出定制坯件的实施例的示意图。图2是示出用于施加复合带材的系统的实施例的轴测图的示意图。图3是示出图2中所示的系统的正视图的示意图。图4是示出图2中所示的系统的俯视图的示意图。图5是示出材料分配系统和带材运输导轨的实施例的详细视图的示意图。图6是示出材料分配系统和自动馈送单元的实施例的详细视图的示意图。图7是示出铺放头的实施例的示意图。图8是示出馈送和刀具单元的实施例的侧视图的示意图,其移除了前框架板。图9a和9b是示出带材铺放头的实施例的详细视图的示意图。图10是示出带材托架的实施例的详细视图的示意图。图11是示出托架框架的实施例的端视图的示意图。图12是示出托架框架的实施例中的有槽孔的示意图。图13是本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种由带材制造复合预制件的方法,所述方法包括:将带材部段馈送到带材部段引导件内,所述带材部段引导件横跨工具表面而悬置所述带材部段,以使所述带材部段的第一端起初设置在所述带材部段引导件内的第一位置,而所述带材部段的第二端起初设置在所述带材部段引导件内的第二位置;提供所述带材部段引导件与所述工具表面之间的相对运动,以将所述带材部段定位在相对于所述工具表面的期望位置和定向上;使所述带材部段运动以使所述第一端运动到所述带材部段引导件中的第三位置并且使所述第二端运动到所述带材部段引导件中的第四位置;以及将所述带材部段固定到所述工具表面和预先存在的带材部段中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·R·克拉默D·O·伊万斯C·M·麦克拉德D·L·威曼
申请(专利权)人:迪芬巴赫机械工程有限公司
类型:发明
国别省市:德国;DE

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