一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法技术

本发明专利技术是一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法，该方法采用碳纤维增强双马树脂复合材料成型机械手臂，其优点是不仅具有重量轻、强度高、刚度大的优点，还能够在高温环境中反复使用，避免人工操作的一些安全隐患，有助于加速产品的自动化生产，推进工业生产快速发展。更为重要是的是摆脱对产品进口的依赖性。采用钢质阴模与钢质阳模芯为配套模具，以预浸料模压工艺为基础，降低工艺风险，保证产品成型质量，成型一种适用于高温环境中操作的碳纤维复合材料机械手臂，设备简单，生产成本低，生产效率高，工艺风险小。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法
本专利技术是一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法，属于自动化操作装备领域。
技术介绍
机械手臂是机器人上肢体中一个重要的部件，是一根截面为长方形的中空管状方管，机械手臂一般采用碳纤维复合材料制造，具有重量轻、强度高、刚度大等一系列突出优点，目前国内使用的各个型号的碳纤维复合材料机械手臂均依赖于日本进口，使用成本高，运输周期长，后续问题解决比较困难，不能满足实际生产需求。而且国内对于碳纤维复合材料机械手臂的成型加工的研究比较少，工艺方法主要为热压罐成型和模压-气袋成型，生产成本高，模压-气袋成型工艺风险大，存在漏气现象，成型压力不能准确控制，产品质量无法得到保证。
技术实现思路
本专利技术正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法，其目的是采用碳纤维增强双马树脂复合材料成型机械手臂，其优点是不仅具有重量轻、强度高、刚度大的优点，还能够在高温环境中反复使用，避免人工操作的一些安全隐患，有助于加速产品的自动化生产，推进工业生产快速发展。更为重要是的是摆脱对产品进口的依赖性。采用钢质阴模与钢质阳模芯为配套模具，以预浸料模压工艺为基础，降低工艺风险，保证产品成型质量，成型一种适用于高温环境中操作的碳纤维复合材料机械手臂，设备简单，生产成本低，生产效率高，工艺风险小。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：该种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法中，机械手臂是一根外形截面为长方形的空心管，长度为2450～2550mm，壁厚为2～4mm，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、加工成型模具：该模具包括钢质阴模1和阳模芯2，阴模1为U型条状结构，其U型的模腔形状控制产品的外形尺寸，在阴模1U型的模腔内放置条状的阳模芯2用于成型机械手臂空心管的中空结构，在阴模1U型的模腔的一端设置一个套装在阳模芯2一端上的环状压盖4用于封堵阴模1U型模腔与阳模芯2之间的间隙，在阴模1U型的模腔的另一端设置一个带凸起的挡块5，挡块5的凸起顶压在阳模芯2的另一端上并用于封堵阴模1U型模腔与阳模芯2之间的间隙，在阴模1U型的模腔的上部设置有封堵阴模1U型开口的上盖板3；步骤二、预浸料下料：将碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ和预浸料Ⅱ按照铺层要求进行下料；所述碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ为3K的碳纤维织物预浸料，碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅱ为碳纤维单向带预浸料；步骤三、阴模表面脱模层铺放：在阴模1模腔底面及两个侧面各铺放一层Tedlar膜；步骤四、预浸料铺贴：4.1在阴模1模腔底面及两个侧面铺贴一层预浸料铺层Ⅰ并预留翻边用于包裹后续在阴模1U型的模腔内放置的阳模芯2，粘贴真空袋进行压实；4.2在阴模1模腔底面及两个侧面铺贴六层预浸料铺层Ⅱ和一层预浸料铺层Ⅰ，六层预浸料铺层Ⅱ与阴模1侧面上沿相平，一层预浸料铺层Ⅰ预留翻边作用与前述相同，将用于填补间隙的玻璃钢垫片A和阳模芯2放入阴模1U型的模腔内，避免阳模芯直接放入导致两侧预浸料发生堆叠，粘贴真空袋进行压实，压实后打开真空袋取出垫片A和阳模芯2；4.3重复步骤4.2一次；4.4在阴模1模腔底面及两个侧面铺贴六层预浸料铺层Ⅱ和一层预浸料铺层Ⅰ，六层预浸料铺层Ⅱ与阴模1侧面上沿相平，一层预浸料铺层Ⅰ预留翻边作用与前述相同，将阳模芯2放入阴模1U型的模腔内，粘贴真空袋进行压实；步骤五、阳模芯包裹：将预留出的四层用于包裹阳模芯2的预浸料铺层Ⅰ的翻边依次在阳模芯2的上表面进行铺贴，搭接缝错开，相邻的两层预浸料铺层Ⅰ之间铺贴六层预浸料铺层Ⅱ并与阴模1模腔两个侧面上沿处的预浸料铺层Ⅱ的边缘对接，该六层预浸料铺层Ⅱ均沿0°方向进行铺贴，每次两边对应的预浸料铺层Ⅰ的翻边完成对阳模芯2的包裹后均粘贴真空袋进行压实；步骤六、模具组装、合模安装上盖板3、环状压盖4和挡块5，封闭阴模1，将封闭好的模具整体置于压机上，启动压机预压合模；步骤七、固化、脱模：按照碳纤维增强双马树脂预浸料的固化制度在压机上加温、加压进行固化，当阴模1温度自然冷却降至65℃以下时，将机械手臂粗坯和阳模芯2一同从阴模1中脱出，再将阳模芯2从机械手臂粗坯中抽出，最后对机械手臂粗坯两端切边，得到碳纤维增强双马树脂复合材料机械手臂。进一步，所述粘贴真空袋压实操作中，抽真空压力不小于-90KPa，保压10分钟以上。进一步，步骤三中铺放的Tedlar膜的厚度为20-40μm。进一步，预浸料铺层Ⅰ和预浸料铺层Ⅱ均沿0°方向进行铺贴。本专利技术方法利用碳纤维增强双马树脂复合材料耐高温的特点，制造出一种适用于高温环境中操作的碳纤维复合材料机械手臂；通过采用钢质阴模与钢质阳模芯为配套模具，将现有的模压-气袋成型工艺简化为模压一体成型，省去气袋密封、固定工序，消除高温固化过程中气袋漏气风险，避免辅耗材废物产生；同时，铺贴过程中先将相应理论厚度的垫片贴实于两侧预浸料铺层表面，然后再将阳模芯放入，避免了阳模芯直接放入导致两侧预浸料发生堆叠的缺陷问题，保证了机械手臂侧面光滑平整外观质量良好。成型设备单一，易于操作，降低了生产成本，提高了生产效率，减少了能源消耗。附图说明图1为本专利技术所述的碳纤维复合材料机械手臂制备工艺流程图；图2为本专利技术所述的碳纤维复合材料机械手臂模压成型的模具分解图；图3为本专利技术所述的碳纤维复合材料机械手臂示意图。具体实施方式以下将结合附图和实施例对本专利技术技术方案作进一步地详述：本专利技术所述的碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法中的机械手臂是一根外形截面为长方形的空心管，长度为2450～2550mm，壁厚为2～4mm，参见附图3所示，成型方法的步骤如下：步骤一、加工成型模具：如图2所示，该模具包括钢质阴模1和阳模芯2，阴模1为U型条状结构，其U型的模腔形状控制产品的外形尺寸，在阴模1U型的模腔内放置条状的阳模芯2用于成型机械手臂空心管的中空结构，在阴模1U型的模腔的一端设置一个套装在阳模芯2一端上的环状压盖4用于封堵阴模1U型模腔与阳模芯2之间的间隙，在阴模1U型的模腔的另一端设置一个带凸起的挡块5，挡块5的凸起顶压在阳模芯2的另一端上并用于封堵阴模1U型模腔与阳模芯2之间的间隙，在阴模1U型的模腔的上部设置有封堵阴模1U型开口的上盖板3，以下步骤如图1所示；步骤二、预浸料下料：将碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ和预浸料Ⅱ按照铺层要求进行下料；所述碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ为3K的碳纤维织物预浸料，碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅱ为碳纤维单向带预浸料；步骤三、阴模表面脱模层铺放：在阴模1模腔底面及两个侧面各铺放一层Tedlar膜，厚度为20-40μm；步骤四、预浸料铺贴：4.1在阴模1模腔底面及两个侧面铺贴一层预浸料铺层Ⅰ并预留翻边用于包裹后续在阴模1U型的模腔内放置的阳模芯2，粘贴真空袋进行压实；4.2在阴模1模腔底面及两个侧面铺贴六层预浸料铺层Ⅱ和一层预浸料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法，机械手臂是一根外形截面为长方形的空心管，长度为2450～2550mm，壁厚为2～4mm，其特征在于：该方法的步骤如下：/n步骤一、加工成型模具：该模具包括钢质阴模(1)和阳模芯(2)，阴模(1)为U型条状结构，其U型的模腔形状控制产品的外形尺寸，在阴模(1)U型的模腔内放置条状的阳模芯(2)用于成型机械手臂空心管的中空结构，在阴模(1)U型的模腔的一端设置一个套装在阳模芯(2)一端上的环状压盖(4)用于封堵阴模(1)U型模腔与阳模芯(2)之间的间隙，在阴模(1)U型的模腔的另一端设置一个带凸起的挡块(5)，挡块(5)的凸起顶压在阳模芯(2)的另一端上并用于封堵阴模(1)U型模腔与阳模芯(2)之间的间隙，在阴模(1)U型的模腔的上部设置有封堵阴模(1)U型开口的上盖板(3)；/n步骤二、预浸料下料：将碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ和预浸料Ⅱ按照铺层要求进行下料；/n所述碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ为3K的碳纤维织物预浸料，碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅱ为碳纤维单向带预浸料；/n步骤三、阴模表面脱模层铺放：在阴模(1)模腔底面及两个侧面各铺放一层Tedlar膜；/n步骤四、预浸料铺贴：/n4.1在阴模(1)模腔底面及两个侧面铺贴一层预浸料铺层Ⅰ并预留翻边用于包裹后续在阴模(1)U型的模腔内放置的阳模芯(2)，粘贴真空袋进行压实；/n4.2在阴模(1)模腔底面及两个侧面铺贴六层预浸料铺层Ⅱ和一层预浸料铺层Ⅰ，六层预浸料铺层Ⅱ与阴模(1)侧面上沿相平，一层预浸料铺层Ⅰ预留翻边作用与前述相同，将用于填补间隙的玻璃钢垫片A和阳模芯(2)放入阴模(1)U型的模腔内，粘贴真空袋进行压实，压实后打开真空袋取出垫片A和阳模芯(2)；/n4.3重复步骤4.2一次；/n4.4在阴模(1)模腔底面及两个侧面铺贴六层预浸料铺层Ⅱ和一层预浸料铺层Ⅰ，六层预浸料铺层Ⅱ与阴模(1)侧面上沿相平，一层预浸料铺层Ⅰ预留翻边作用与前述相同，将阳模芯(2)放入阴模(1)U型的模腔内，粘贴真空袋进行压实；/n步骤五、阳模芯包裹：将预留出的四层用于包裹阳模芯(2)的预浸料铺层Ⅰ的翻边依次在阳模芯(2)的上表面进行铺贴，搭接缝错开，相邻的两层预浸料铺层Ⅰ之间铺贴六层预浸料铺层Ⅱ并与阴模(1)模腔两个侧面上沿处的预浸料铺层Ⅱ的边缘对接，该六层预浸料铺层Ⅱ均沿0°方向进行铺贴，每次两边对应的预浸料铺层Ⅰ的翻边完成对阳模芯(2)的包裹后均粘贴真空袋进行压实；/n步骤六、模具组装、合模/n安装上盖板(3)、环状压盖(4)和挡块(5)，封闭阴模(1)，将封闭好的模具整体置于压机上，启动压机预压合模；/n步骤七、固化、脱模：/n按照碳纤维增强双马树脂预浸料的固化制度在压机上加温、加压进行固化，当阴模(1)温度自然冷却降至65℃以下时，将机械手臂粗坯和阳模芯(2)一同从阴模(1)中脱出，再将阳模芯(2)从机械手臂粗坯中抽出，最后对机械手臂粗坯两端切边，得到碳纤维增强双马树脂/n复合材料机械手臂。/n...

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料机械手臂模压成型方法，机械手臂是一根外形截面为长方形的空心管，长度为2450～2550mm，壁厚为2～4mm，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、加工成型模具：该模具包括钢质阴模(1)和阳模芯(2)，阴模(1)为U型条状结构，其U型的模腔形状控制产品的外形尺寸，在阴模(1)U型的模腔内放置条状的阳模芯(2)用于成型机械手臂空心管的中空结构，在阴模(1)U型的模腔的一端设置一个套装在阳模芯(2)一端上的环状压盖(4)用于封堵阴模(1)U型模腔与阳模芯(2)之间的间隙，在阴模(1)U型的模腔的另一端设置一个带凸起的挡块(5)，挡块(5)的凸起顶压在阳模芯(2)的另一端上并用于封堵阴模(1)U型模腔与阳模芯(2)之间的间隙，在阴模(1)U型的模腔的上部设置有封堵阴模(1)U型开口的上盖板(3)；
步骤二、预浸料下料：将碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ和预浸料Ⅱ按照铺层要求进行下料；
所述碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅰ为3K的碳纤维织物预浸料，碳纤维增强双马树脂预浸料Ⅱ为碳纤维单向带预浸料；
步骤三、阴模表面脱模层铺放：在阴模(1)模腔底面及两个侧面各铺放一层Tedlar膜；
步骤四、预浸料铺贴：
4.1在阴模(1)模腔底面及两个侧面铺贴一层预浸料铺层Ⅰ并预留翻边用于包裹后续在阴模(1)U型的模腔内放置的阳模芯(2)，粘贴真空袋进行压实；
4.2在阴模(1)模腔底面及两个侧面铺贴六层预浸料铺层Ⅱ和一层预浸料铺层Ⅰ，六层预浸料铺层Ⅱ与阴模(1)侧面上沿相平，一层预浸料铺层Ⅰ预留翻边作用与前述相同，将用于填补间隙的玻璃钢垫片A和阳模芯(2)放入阴模(1)U型的模腔内，粘贴真空袋进行压实，压实后打开真空袋取出垫片A和阳模芯(2)；
4.3重复...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡烨梦，邢月，李玉平，刘宾宾，胡孝才，丁晓春，张翀，苑晓洁，
申请(专利权)人：中航复合材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11