剪切机构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本发明涉及一种用于切断复合材料铺叠设备中的长纤维加固材料的剪切机构。
[0002]复合纤维成分经常用于需要集轻量及强度于一身的应用中，例如运动设备以及在航空组件中。大多数的复合纤维制造工艺需要在铺叠过程中将连续的纤维加固材料层施加到物品或模具上。基体材料或是预敷贴到纤维加固材料(预浸渍，或“预浸”)上，或是在加固材料于高压釜内或外的固化之前而后续地敷贴到加固材料上。近来制造业的发展已经允许自动地执行铺叠过程了。
[0003]三种示例性的自动复合材料制造工艺为自动铺带(ATL)、自动铺丝(AFP)以及自动挂纱。简而言之，ATL涉及将包括纤维加固材料的带体敷贴到物品上。该带体通常包括预浸渍有基体材料(例如环氧树脂)的单向纤维。连续带体层通常以彼此不同的方向敷贴，以形成层状结构。带体通常通过敷贴辊敷贴到物品上。
[0004]在AFP中，纤维加固材料以“丝束”的形式敷贴到物品上，其包括多根单纤维，或者多根“丝束”。“丝束”可以是从较宽带体上撕下的具有较窄宽度的带体。AFP通常更适合于具有高曲率或非均匀曲率的复杂部件。纤维通常是预浸渍有基体材料的或是从基体材料溶液中取出的。通常通过敷贴辊将一系列或一连串的“丝束”敷贴到物品上。
[0005]自动挂纱与AFP的不同之处在于物品通常作为旋转的芯轴，而且铺叠设备通常横穿在芯轴上，以将承受拉力的纤维丝束敷贴到芯轴表面上。可以在芯轴的连续路径中调节丝束在芯轴上铺叠的角度，使得连续层彼此之间的铺叠角度不同，以形成层状结构并影响组件的性能(例如增强所制造的组件的抗压强度或抗张强度)。纤维丝束通常借助于芯轴与铺叠设备的敷贴辊之间的丝束中的张力而敷贴到物品上。
[0006]在上述所有的工艺中，均需要在过程结束时或在过程中的一个阶段结束时切断(或剪切)纤维加固材料(无论预浸渍与否)的丝束或带体。
[0007]然而，公知的复合材料铺叠设备中所使用的剪切机构是庞大的，造成设备在尖端区也是庞大的。庞大的尖端区会限制可通过该设备将纤维加固材料敷贴到其上的物品的复杂性，这是由于可能无法操控尖端区覆盖物品的高曲率或其他难以接近的部分。
[0008]因此需要提供改进的复合材料铺叠设备，它的尖端区的体积更小，并且需要提供用于这种设备的改进的剪切机构。
【发明内容】
[0009]根据本发明的一个方面，提供了用于在复合材料铺叠设备中切断长纤维加固材料的剪切机构，所述剪切机构包括:剪切元件和反作用元件，所述剪切元件和所述反作用元件协作以切断延伸过形成于剪切元件与反作用元件之间的缝隙的纤维加固材料，所述剪切元件安装于延长臂上，所述延长臂能够绕着与所述缝隙间隔开的枢轴线枢转，以使剪切元件相对于反作用元件移位而执行剪切冲程，所述机构还包括布置成引纤维加固材料在垂直于所述枢轴线的供给方向上穿过所述缝隙的引导机构，以及用于在剪切冲程中驱动所述延长臂的致动装置，所述致动装置作用于所述延长臂上的远离所述剪切元件的位置处。
[0010]所述致动装置可在所述枢轴线的一侧作用于所述延长臂上，并且所述剪切元件可在所述枢轴线的另一侧安装于所述延长臂上。在枢轴线偏离延长臂的构造中，枢轴线的位置被看作是枢轴线在延长臂上的垂直投影。
[0011]所述延长臂可在大体上垂直于所述枢轴线的平面内延伸。所述引导机构可布置成沿着在大体上垂直于枢轴线的平面内延伸的引导路径引导纤维加固材料，而且所述引导机构可沿着延长臂延伸。
[0012]所述引导机构可包括引导通道，所述引导通道具有邻近所述缝隙的出口。所述引导通道可形成于所述延长臂上。所述引导通道在其至少一部分的长度上可以是封闭的通道，在这种情况下，所述出口可以是槽。所述引导通道可具有能够在其一端枢转的可移除的盖体。
[0013]所述剪切元件可定位成使得剪切元件的剪切边缘位于所述通道的端部。所述延长臂可包括用于接收第一剪切元件的槽。所述剪切元件的剪切边缘可具有出口唇缘。所述剪切元件可具有与通道的表面齐平的引导面，通道的表面在剪切元件的剪切边缘处终止。
[0014]所述剪切元件可移除地安装于延长臂上，以便于更换剪切元件。所述剪切元件可包括硬化的材料。
[0015]所述剪切元件和反作用元件可设置成使得由剪切冲程在纤维加固材料上形成的切口垂直于长复合纤维材料和/或大体上平行于枢轴线延伸。
[0016]所述剪切元件和反作用元件可设置成使得纤维加固材料能够在垂直于枢轴线所在的平面的方向上通过剪切元件和反作用元件之间。
[0017]所述剪切元件和反作用元件可分别具有相对于彼此倾斜的剪切边缘，使得在剪切冲程中所述剪切元件和反作用元件在以剪刀动作的形式配合。所述剪切元件和反作用元件可具有相对的剪切边缘。
[0018]所述剪切元件和反作用元件可分别具有剪切边缘，并且在剪切冲程中，反作用元件的剪切边缘可接触到剪切元件的剪切边缘所沿着的弧形路径。
[0019]所述延长臂可安装于用于绕着枢轴线枢转的结构支撑体上，所述枢轴线相对于结构支撑体是固定的。
[0020]所述剪切元件可以是布置成阵列的多个剪切元件中的一个，并且可具有至少一个反作用元件，每个剪切元件与反作用元件协作，或者与所述反作用元件中的一个协作，以切断延伸过所述剪切元件和对应的反作用元件之间对应的缝隙的、对应的一定长度的纤维加固材料。每个剪切元件可安装于可绕着与所述缝隙间隔开的枢轴线枢转的多个延长臂中相应的一个上，使所述剪切元件相对于所述反作用元件或对应的反作用元件移位以执行剪切冲程。所述引导机构可布置成引导所述纤维加固材料在垂直于所述枢轴线或各个枢轴线的供给方向上穿过所述缝隙。可具有至少一个致动装置，用于在各自的剪切冲程中驱动延长臂，所述致动装置或各个致动装置作用于所述延长臂上的远离各自的剪切元件的位置处。
[0021]延长臂阵列的枢轴可大体上彼此平行。所述延长臂阵列的枢轴可大体上彼此重入口 ο
[0022]所述阵列可以是设置于延伸过所述枢轴线的平面的两侧的至少两个阵列中的一个。
[0023]所述阵列中的延长臂或各阵列中的延长臂可大体上并排地布置以形成排。可具有至少两排的延长臂，并且每排的延长臂可大体上并排地布置。可具有向剪切机构的远端汇聚的两个延长臂阵列。
[0024]至少一个致动装置可连接到两个或更多个延长臂上，以便一致地驱动这些延长臂。每个致动装置可作用于单个延长臂上。可具有彼此独立地操作的多个致动装置。
[0025]至少一个反作用元件可布置成与两个不同的的剪切元件协作。每个反作用元件可布置成与一个剪切元件协作。
[0026]根据本发明的一个方面，提供了复合材料铺叠设备中用于切断长纤维加固材料的剪切机构，所述剪切机构包括多个剪切元件以及至少一个反作用元件，每个剪切元件与所述反作用元件协作，或者与所述反作用元件中的一个协作，以切断延伸过所述剪切元件与相应的反作用元件之间的相应的缝隙的相应长度的纤维加固材料，每个剪切元件安装于可绕着与缝隙间隔开的枢轴线枢转的相应的延长臂上，使剪切元件相对于相应的反作用元件移位以执行剪切冲程，机构还包括布置成引导所述纤维加固材料在垂直于所述枢轴线或每条枢轴线的供给方向上穿过缝隙的引导机构，以及用于在各自的剪切冲程中驱动延长臂的至少一个致动装置，所述致动装置或每个致动装置作用在所述延长臂上的远离相应的剪切元件的位置处。
[0027]根据本发明的一个方面，提供了用于将一定长度的长纤维加固材料敷贴到物品上的复合材料铺叠设备，所述设备包括根据本文中任意一处所描述的剪切机构以及承载所述剪切机构的支撑头。
[0028]所述致动装置可安装于所述支撑头上。所述致动装置作用于支撑头与延长臂之间。所述致动装置可大体布置于支撑结构的近端内侧。
[0029]所述致动装置可包括具有从动元件和基部元件的线性致动器，而且所述致动装置可操作用于使从动元件相对于基部元件线性移动。所述基部元件可结合到所述支撑头上，且所述从动元件可结合到所述延长臂上。
[0030]所述基部元件和/或从动元件可大体上位于支撑结构的近端的内侧。
[0031]所述致动装置可通过机械联动机构与延长臂连接且作用于延长臂上。
[0032]所述机械联动机构可包括在所述致动装置和所述延长臂之间起作用的双臂曲柄。所述双臂曲柄可具有不等长的臂，例如为了产生机械效率。所述双臂曲柄可具有大于1的机械效率。
[0033]致动装置中的至少一些可成对地布置，使得每对致动装置相对于彼此错开。一对致动装置中的第一致动装置可相对于第二致动装置在朝向支撑头的近端的方向上偏置，而且所述第一致动装置可具有用于连接到相应的机械联动机构的延伸臂。
[0034]