一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统，涉及复合材料加工成型技术领域，该系统在待成型构件与拉挤模具的其中一侧槽底之间设置两条金属带，在按照牵引拉挤速度生产待成型构件的过程中，通过拉力测量装置按照相同的牵引拉挤速度沿着牵引方向同步向外拉动第二金属带直至完全拉出至拉挤模具的外部，根据拉动过程中拉力测量装置采集到的拉力确定拉挤模具内的压力分布；该系统根据摩擦力与压力成正比的关系设计，通过增加两条金属带以及拉力测量装置，通过实验测量结合物理定律公式转换的方法，可以简单准确得到拉挤模具内的压力分布，对设备无需做出改动，且测量结束后可方便地立即去除增设的金属带和拉力测量装置，对生产影响很小。对生产影响很小。对生产影响很小。

【技术实现步骤摘要】
一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统


[0001]本专利技术涉及复合材料加工成型
，尤其是一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统。

技术介绍

[0002]拉挤成型技术是加工和制造复合材料构件最常用的方法之一，具有自动化程度高、生产率高、人工成本低、横截面尺寸精确和表面光滑等优点。拉挤成型过程主要有如下几个步骤：(1)纤维粗纱排布；(2)浸胶；(3)预成型；(4)在模具中挤压模塑及固化；(5)牵引；(6)切割；(7)制品。
[0003]其中步骤(4)是整个拉挤成型过程的核心技术环节，复合材料在模具中的拉挤成型是一个动态的力学和化学动力学过程，材料的温度及树脂的固化度都随着时间和空间(沿模具长度方向上的)而变化。相应地，纤维和树脂在模具挤压和树脂由于固化而产生的收缩双重作用下，会在模具的上下表面产生随时间和空间而变的压力。确定拉挤成型过程中模具中的压力分布具有以下几方面的实际意义：1)可以准确确定复合材料在模具中的受力状态；2)可以准确确定树脂固化反应在模具中完成的位置；3)在温度分布已知(实测或理论预测)的条件下，可以更好地确定复合材料在树脂不完全固化情况下的热粘弹性或蠕变行为，从而为建立更可靠的本构关系提供实验依据；4)预测最佳的牵引装置和牵引力的配置；5)帮助建立成型工艺过程的优化窗口(温度大小及分布、牵引速度等)，以便得到最佳产品质量和经济性。
[0004]但是目前并没有很好地方法可以准确地确定拉挤成型过程中模具中的压力分布，成型过程中所需要的牵引力中的大部分是用来克服构件在此压力作用下移动时所产生的摩擦力，但由于牵引过程中的牵引力还有来自其它来源的贡献(比如粘性树脂的回流等)，因此并不能直接通过使用的牵引力来得到模具内的压力。特别是，由于在模具内树脂在沿长度方向上的固化程度不同，导致了模具上下表面与相接触的构件表面之间摩擦系数也是随空间和时间而改变并且是未知的，使得人们无法从牵引力的数据中得到模具中的压力分布。

技术实现思路

[0005]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统，该在线测量系统包括拉挤模具、待成型构件、第一金属带、第二金属带和拉力测量装置，待成型构件夹持在拉挤模具的两个槽底之间，两条金属带均设置在待成型构件与拉挤模具的其中一侧槽底之间，第一金属带的一侧表面与待成型构件接触、另一侧表面与第二金属带的一侧表面接触，第二金属带的另一侧表面与拉挤模具的槽底接触；
[0007]第一金属带的厚度远小于待成型构件且位置固定，第二金属带的厚度小于第一金
属带，第二金属带沿着牵引方向的第一端与拉挤模具的边缘齐平、相对的第二端连接拉力测量装置，其中厚度方向是垂直于槽底表面的方向，牵引方向是从第一端指向第二端的方向；
[0008]通过该在线测量系统在线测量拉挤模具中的压力分布的方法包括：
[0009]在按照牵引拉挤速度v生产待成型构件的过程中，通过拉力测量装置按照牵引拉挤速度v沿着牵引方向同步向外拉动第二金属带直至完全拉出至拉挤模具的外部，根据拉动过程中拉力测量装置采集到的拉力确定拉挤模具内的压力分布，拉挤模具内的压力分布指示拉挤模具内不同位置处的压力。
[0010]其进一步的技术方案为，第一金属带的宽度w1与拉挤模具的槽底的宽度相等，第一金属带沿着牵引方向的长度大于拉挤模具的长度L，第二金属带的宽度w2不超过第一金属带的宽度w1，宽度方向是槽底表面上垂直于牵引方向的方向。
[0011]其进一步的技术方案为，当第二金属带的厚度小于预定阈值时，第二金属带的宽度w2小于或等于第一金属带的宽度w1；当第二金属带的厚度超过预定阈值时，第二金属带的宽度w2等于第一金属带的宽度w1。
[0012]其进一步的技术方案为，通过在线测量系统在线测量拉挤模具中的压力分布的方法还包括：
[0013]在生产待成型构件之前，通过拉力测量装置沿着牵引方向向外拉动第二金属带，基于拉动第二金属带所需的拉力F
R0
确定第二金属带受到的初始压力p0；
[0014]则根据拉动过程中拉力测量装置采集到的拉力结合初始压力确定拉挤模具内的压力分布。
[0015]其进一步的技术方案为，第二金属带受到的初始压力其中L是拉挤模具沿着牵引方向的长度，w2是第二金属带的沿着槽底表面上垂直于牵引方向的宽度方向上的宽度，是第二金属带与第一金属带之间的摩擦系数，是第二金属带与所接触的拉挤模具的槽底之间的摩擦系数。
[0016]其进一步的技术方案为，根据拉动过程中拉力测量装置采集到的拉力确定拉挤模具内的压力分布，包括：
[0017]基于拉动过程中拉力测量装置采集到的若干个拉力拟合得到位置拉力曲线F
p
(x)，位置拉力曲线F
p
(x)表示拉力随着拉出长度x的变化曲线，0≤x≤L，L是拉挤模具沿着牵引方向的长度；
[0018]基于位置拉力曲线F
p
(x)结合的表达式确定拉挤模具内的压力分布p(x)。
[0019]其进一步的技术方案为，基于拉动过程中拉力测量装置采集到的若干个拉力拟合得到位置拉力曲线F
p
(x)，包括：
[0020]在拉动过程中采集若干个不同拉出长度x时的拉力，并基于采集到的若干个不同拉出长度x时的拉力拟合得到位置拉力曲线F
p
(x)。
[0021]其进一步的技术方案为，基于拉动过程中拉力测量装置采集到的若干个拉力拟合得到位置拉力曲线F
p
(x)，包括：
[0022]在拉动过程中采集不同拉动时间t时的拉力，并基于采集到的若干个不同拉动时间t时的拉力拟合得到时间拉力曲线F
p
(t)，时间拉力曲线F
p
(t)表示拉力随着拉动时间t的变化曲线；
[0023]结合拉出长度x＝vt的关系将时间拉力曲线F
p
(t)转换为位置拉力曲线F
p
(x)。
[0024]其进一步的技术方案为，基于位置拉力曲线F
p
(x)结合的表达式确定拉挤模具内的压力分布p(x)，包括：
[0025]对的表达式关于x求导数得到导数关系式为或者
[0026]对拟合得到的位置拉力曲线F
p
(x)进行数值微分并代入导数关系式，得到拉挤模具内的压力分布p(x)。
[0027]本专利技术的有益技术效果是：
[0028]本申请公开了一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统，该系统根据摩擦力与压力成正比的关系设计，通过增加两条金属带以及拉力测量装置，通过实验测量结合物理定律公式转换的方法，可以简单准确得到拉挤模具内的压力分布，由于该系统的设计和建立在简单、可靠、直接的物理公式之上，其逻辑基础是坚实的，基础原理中不含有其它的近似从而引入附加的测量误差，因此准确性较高，另外，该方法简单易行，对设备无需做出改动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种拉挤模具中压力分布的在线测量系统，其特征在于，所述在线测量系统包括拉挤模具、待成型构件、第一金属带、第二金属带和拉力测量装置，所述待成型构件夹持在所述拉挤模具的两个槽底之间，两条金属带均设置在所述待成型构件与所述拉挤模具的其中一侧槽底之间，所述第一金属带的一侧表面与所述待成型构件接触、另一侧表面与所述第二金属带的一侧表面接触，所述第二金属带的另一侧表面与所述拉挤模具的槽底接触；所述第一金属带的厚度远小于所述待成型构件且位置固定，所述第二金属带的厚度小于所述第一金属带，所述第二金属带沿着牵引方向的第一端与所述拉挤模具的边缘齐平、相对的第二端连接所述拉力测量装置，其中厚度方向是垂直于槽底表面的方向，牵引方向是从第一端指向第二端的方向；通过所述在线测量系统在线测量所述拉挤模具中的压力分布的方法包括：在按照牵引拉挤速度v生产所述待成型构件的过程中，通过所述拉力测量装置按照所述牵引拉挤速度v沿着牵引方向同步向外拉动所述第二金属带直至完全拉出至所述拉挤模具的外部，根据拉动过程中所述拉力测量装置采集到的拉力确定所述拉挤模具内的压力分布，所述拉挤模具内的压力分布指示所述拉挤模具内不同位置处的压力。2.根据权利要求1所述的在线测量系统，其特征在于，所述第一金属带的宽度w1与所述拉挤模具的槽底的宽度相等，所述第一金属带沿着牵引方向的长度大于所述拉挤模具的长度L，所述第二金属带的宽度w2不超过所述第一金属带的宽度w1，宽度方向是槽底表面上垂直于牵引方向的方向。3.根据权利要求2所述的在线测量系统，其特征在于，当所述第二金属带的厚度小于预定阈值时，所述第二金属带的宽度w2小于或等于所述第一金属带的宽度w1；当所述第二金属带的厚度超过所述预定阈值时，所述第二金属带的宽度w2等于所述第一金属带的宽度w1。4.根据权利要求1所述的在线测量系统，其特征在于，通过所述在线测量系统在线测量所述拉挤模具中的压力分布的方法还包括：在生产所述待成型构件之前，通过所述拉力测量装置沿着牵引方向向外拉动所述第二金属带，基于拉动所述第二金属带所需的拉力F
R0
确定所述第二金属带受到的初始压力p0；则根据拉动过程中所述拉力测量装置采集到的拉力结合所述初始压力确定所述拉挤模具内的压力分布。5.根据权利要求4所述的在线测量系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆萌，何庆浩，薛晓丽，叶林，
申请(专利权)人：江苏集萃复合材料装备研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：