一维延伸的等截面复合材料构件预浸料铺放装置与加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于复合材料设计与加工技术领域。利用一维延伸的等截面结构平行剖层相同的特点，采用连续预浸带、定位固定铺放头直接放带复合的方法，完成预浸料叠层连续铺放与在线剪裁。该铺放装置由预浸料叠层支撑结构、铺放组件、切割组件和控制系统组成，n组铺放组件沿传送/或牵引方向依次平行设置，其相对位置与预浸料叠层的相应平行剖层对应；切割组件为与预浸料叠层同步运动的刀具；该铺放装置结构简单，铺层精度高，可靠性好，易于控制，效费比高；可实现一维等截面复合材料构件的连续化快速生产；适用于横截面形状固定的带状、层数较多的连续复合材料预浸料铺叠，特别适用于小尺寸多层数的连续复合材料预浸料铺叠。多层数的连续复合材料预浸料铺叠。多层数的连续复合材料预浸料铺叠。

【技术实现步骤摘要】
一维延伸的等截面复合材料构件预浸料铺放装置与加工方法


[0001]本专利技术属于复合材料设计与加工
，涉及预浸料连续化自动铺放技术，特别涉及一维延伸的等截面复合材料构件的连续自动铺放技术。
技术背景
[0002]复合材料构件以其高比强度、高比模量、良好抗疲劳性、抗腐蚀性等一系列优点在航空、航天、兵器等工业领域得到越来越广泛应用，目前，先进复合材料构件主要采用热压罐和压机热压成型技术制造，其中预浸料铺叠是复合材料成型工艺过程中重要的一步。为提高复合材料构件铺放质量、可靠性和生产效率，降低产品废品率和辅助材料消耗，自动铺放技术得到快速发展。
[0003]自动铺放设备基本原理是，预浸料放入铺带/丝头中，在软件控制下，铺带/丝头沿设计好的铺叠路线，在模具或已铺叠预浸料表面的不同部位和方向进行预浸料铺叠。其中，自动铺带主要用于平面型或小曲率曲面构件(如翼面、壁板)的自动铺叠，长度达几米到十几米，厚度几毫米；而自动铺丝侧重于实现复杂形状的大型制件(如机身、翼身融合体)的自动铺叠。
[0004]自动铺带/铺丝机的核心部件是铺带头，自动铺放技术的绝大部分功能是由铺带头实现的。典型的自动铺带/丝机需要配置9～11个数控轴以上的多坐标联动控制CNC系统，需要专用的控制软件、编程系统和后置处理。典型的铺丝头类似一个机器人手臂，集成了移动、铺放、裁割等功能，在程序控制下完成逐层铺叠。
[0005]典型的自动铺带机铺放预浸带采用逐层铺放，铺丝/带头往复运动。自动铺放设备采用高度集成化、功能化、自动化的铺带/铺丝头，适用于大型薄壁异形构件的加工；受场地和铺丝/带头的运动半径限制，对于铺放预浸料层数较多、结构简单的大厚度复合材料构件，这种铺带/丝头即不经济，铺放效率也较低。
[0006]具有多铺带头结构的自动铺放设备是针对板材的结构特点发展起来的，通常被称为多复材薄板层迭铺放加工机床(FCL:FlatCharge Laminator)。适用型ATL机床主要用于快速铺放制造各种不同规格的窄长热固性复材多层板叠合构件。和典型的自动铺带机相比，FCL的铺带头是一种由若干可独立控制的紧凑简易型铺带头集成复合在一起应用的“模块化铺放头装置”，其实际铺带头数量由制造复合材料一次所需要的复材预浸带层数所决定。
[0007]美国Accudync System公司和MAG Cincinnati公司合作为Vought航空公司开发了一种用户化多铺放头结构的适用型ATL机床，用于各种不同长度的热固性复材层压板构件的快速铺放制造(图1)。工作台面为钢板制造的整体真空台面，真空用于层压板开始层压成型时固定住板料。机床全长约18.5m，一个全闭环伺服控制系统可实现移动托架从机床一端到另一端运动，行程约15m。可生产300mm宽最长约11m规格的窄长复材层压板。这种设备受到机床长度的限制，只能制造一定长度的复材层压板。
[0008]具有多铺带头结构的自动铺放设备虽然解决了简单结构复合材料制件铺叠设备
结构复杂的问题，但无法实现连续预浸料坯料的铺叠，同时负重的移动托架沿机床的移动对设备的精度提出了新的要求。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提出一种以小尺寸大厚度/多层数等截面复合材料构件为客体的预浸料连续化自动铺放装置与方法。
[0010]本专利技术的目的是这样实现的，利用一维延伸的等截面结构平行剖层相同的特点，采用连续预浸带、定位固定铺放头直接放带复合的方法，通过平行设置多组固定的放带组件，合理匹配放带速度和预浸料叠层移动速度，辅以压实工序完成预浸带逐层铺放与压实；匹配适宜的刀具，实现预浸料叠层在线剪裁，提高工作效率。
[0011]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件、切割组件和控制系统组成，其特征在于：预浸料叠层支撑结构为输送传送带或柔性对辊和/或牵引导辊，n组铺放组件沿传送/或牵引方向依次平行设置，n组铺放组件的相对位置与预浸料叠层的相应平行剖层对应；切割组件为与预浸料叠层同步运动的刀具10；控制系统控制n组铺放组件铺放速度与预浸料叠层支撑结构牵引速度相同，结构如附图2所示。
[0012]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件、切割组件和控制系统组成，其特征在于：铺放组件与切割组件之间设置与预浸料叠层结构匹配的柔性压辊8。
[0013]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件和控制系统组成，其特征在于：n组铺放组件的预浸带叠层厚度方向定位基准面平行。
[0014]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件、切割组件和控制系统组成，其特征在于：n组铺放组件的预浸带叠层厚度方向定位基准面共面。
[0015]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件和控制系统组成，其特征在于：所述切割组件为安装在与预浸料叠层同步运动的小车11上的刀具10，并匹配控制切割长度的定位感应器13。
[0016]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件和控制系统组成，其特征在于：所述定位感应器13为红外定位感应器或光电定位感应器。
[0017]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放方法，包括备料、设备参数设置、上卷、铺放与切割工序，其特征在于：铺放过程各铺层在动力牵引下依次通过固定的铺放组件铺放；经压实后，采用与预浸料叠层同步运行的刀具切割。
[0018]本专利技术涉及的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，采用固定铺放组件的方式，结构简单，易于控制，效费比高；可实现一维等截面复合材料构件的连续化快速生产；铺层精度高，可靠性好，适用于横截面形状固定的带状、层数较多的连续复合材料预浸料铺叠，特别适用于小尺寸多层数的连续复合材料预浸料铺叠。
[0019]本专利技术的装置不同于现有的自动铺带/铺丝设备，把定长、等截面的预浸料叠层块
的逐层铺叠，改为连续化自动铺叠，再裁剪成定长尺寸叠层块，预浸料铺叠效率和准确度显著提高。
附图说明
[0020]图1Accudync System公司FCL
‑
ATL
[0021]图2本专利技术涉及的铺层装置结构示意图
[0022]图3实施例一铺放组件结构示意图
[0023]图4实施例二铺层装置结构示意图
[0024]图5实施例二铺放组件结构示意图
[0025]图6实施例二中定位辊3
[0026]其中：1
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放料轴，2
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铺放导向辊，3
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定位辊，4
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加热烘道，5
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柔性对辊，6
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隔离膜分离导向辊，7
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隔离膜收卷辊，8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一维延伸的等截面复合材料构件预浸料铺放装置，由预浸料叠层支撑结构、铺放组件、切割组件和控制系统组成，其特征在于：预浸料叠层支撑结构为输送传送带或柔性对辊和/或牵引导辊，n组铺放组件沿传送/或牵引方向依次平行设置，n组铺放组件的相对位置与预浸料叠层的相应平行剖层对应；切割组件为与预浸料叠层同步运动的刀具(10)；控制系统控制n组铺放组件铺放速度与预浸料叠层支撑结构牵引速度相同。2.根据权利要求1所述的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，其特征在于：铺放组件与切割组件之间设置与预浸料叠层结构匹配的柔性压辊(8)。3.根据权利要求1或2任意一项所述的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，其特征在于：n组铺放组件的预浸带叠层厚度方向定位基准面平行。4.根据权利要求3所述的一维延伸的等截面复合材料构件的预浸料铺放装置，其特征在于：n...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈刚，王启芬，于倩倩，王志远，吴忠泉，崇林，王忠，郑志才，魏化震，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：