复合材料剪切压紧一体化装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合材料剪切压紧一体化装置，该装置包括：导向本体，其顶部和侧面均具有突起，用于对剪切压紧一体化装置的运动进行导向；导向本体的侧面突起贯设有第一通孔，压紧螺钉、压紧弹簧、压紧装置依次置于贯设在第一通孔中；第一通孔上部开设有内螺纹孔，用于安装压紧螺钉；导向本体侧面突起的下部开有内螺纹孔，用于安装限位螺母；导向本体下部靠近侧面突起的侧面上设有刀片安装槽，用于安装剪切刀片；下剪刃置于压紧装置下方，与压紧装置和剪切刀片相配和来对纤维丝束进行固定和剪切。本发明在有限的空间内对每束丝束独立压紧和切割，不仅减小了质量，节约了空间，简化了结构，而且还可根据不同的材料特性对压紧力进行调节。
【专利说明】复合材料剪切压紧一体化装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料成型领域，尤其是一种复合材料剪切压紧一体化装置。
【背景技术】
[0002]复合材料具有高比强度、高比模量，耐疲劳，减振性好，工艺性好等优点，这些优点对飞行器的性能具有很大的价值，在航天航空工业中已经得到了广泛的应用。同时在其他行业，复合材料的用量也在日益增多。
[0003]对高曲率轮廓复材整体构件，如飞机机身段，以及其他诸如喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“C”形通道管等椭圆高曲率轮廓整体复材构件，使用自动铺带机设备将无法进行铺放加工制造。自动铺丝机由于可以对每一束丝带进行单独控制，可根据铺放层轮廓形状对丝束进行切断，可铺放复杂的、甚至带窗口的曲面。因此，对于此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。
[0004]复合材料铺丝机在铺放过程中需要对丝束进行独立的切割，为了保证在丝束切割时的稳定切断率及防止丝束在切断后由于张力的原因导致发生收缩回退现象，在进行丝束切割时，通常采用压紧机构对具有张力的丝束进行压紧，以保证上述两个功能需求。
[0005]目前铺丝头多采用两套分离的系统来完成对复合材料纤维丝束的压紧和切割功能。这样的形式压紧和切割每个功能需要独立的驱动系统和执行机构，不仅质量大，在结构上占用空间大；而且在控制上还需要进行时间同步，增加了控制系统的复杂程度。
【发明内容】
[0006]为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种将丝束的压紧切割合二为一的新型装置，即复合材料剪切压紧一体化装置，该装置只采用一套驱动系统，即可对复合材料纤维丝束进行压紧和切割。
[0007]本发明提出的一种复合材料剪切压紧一体化装置包括:导向本体、压紧螺钉、压紧弹簧、压紧装置、限位螺母、剪切刀片和下剪刃，其中:
[0008]所述导向本体的纵向切面呈顶部和侧面均具有突起的“ r ”型，外围呈顶部具有突出的矩形，用于对剪切压紧一体化装置的运动进行导向；
[0009]所述导向本体的侧面突起贯设有第一通孔，所述压紧螺钉、压紧弹簧、压紧装置依次置于贯设在所述第一通孔中；
[0010]所述第一通孔的上部开设有内螺纹孔，用于安装压紧螺钉，通过调整所述压紧螺钉的旋入深度来调节与所述压紧螺钉相邻放置的压紧弹簧的压紧力，进而改变对与所述压紧弹簧相邻放置的压紧装置的压紧力；
[0011]所述导向本体侧面突起的下部开有内螺纹孔，其与上部的内螺纹孔同轴，用于安装限位螺母，以将压紧装置限制在第一通孔的内部；
[0012]所述导向本体下部靠近所述侧面突起的侧面上设有刀片安装槽，用于安装所述剪切刀片；[0013]所述下剪刃为长方体结构，其置于所述压紧装置的下方，用于与所述压紧装置和剪切刀片相配和来对纤维丝束进行固定和剪切。
[0014]本发明可在有限的空间内实现对每束丝束的独立压紧和切割，不仅减小了质量，节约了空间，简化了结构，而且还可以根据不同的材料特性对压紧力进行调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明复合材料剪切压紧一体化装置的轴测图；
[0016]图2是本发明复合材料剪切压紧一体化装置的剖面图；
[0017]图3是导向本体a的轴测图；
[0018]图4是导向本体a的剖面图；
[0019]图5是压紧装置d的结构示意图；
[0020]图6是压止头10的结构示意图；
[0021]图7是限位螺母e的结构示意图；
[0022]图8是剪切刀片g的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0024]图1是本发明复合材料剪切压紧一体化装置的轴测图，图2是本发明复合材料剪切压紧一体化装置的剖面图，如图1和图2所示，本发明提出的一种将丝束的压紧切割合二为一的复合材料剪切压紧一体化装置包括导向本体a、压紧螺钉b、压紧弹簧C、压紧装置d、限位螺母e、剪切刀片g和下剪刃h，其中:
[0025]所述导向本体a的纵向切面呈顶部和侧面均具有突起的“ r ”型，外围呈顶部具有突出的矩形，用于对整个剪切压紧一体化装置的运动进行导向，同时约束整个剪切压紧一体化装置不能旋转，只能按照事先设定的方向进行运动，比如图3所示的箭头方向；
[0026]图3是导向本体a的轴测图，图4是导向本体a的剖面图，如图3和图4所示，所述导向本体a的顶部突起横设有通孔1，用于与外部驱动系统进行连接，在本发明一实施例中，所述通孔I为方形通孔；
[0027]所述导向本体a的侧面突起贯设有通孔3，所述压紧螺钉b、压紧弹簧C、压紧装置d依次置于贯设在所述导向本体a的侧面突起的通孔3中，通孔3的上部开设有内螺纹孔2，用于安装压紧螺钉b，通过调整所述压紧螺钉b的旋入深度，可以调节与所述压紧螺钉b相邻放置的压紧弹簧c的压紧力，进而改变对与所述压紧弹簧c相邻放置的压紧装置d的压紧力；
[0028]所述导向本体a侧面突起的一侧面开设有缝隙4，所述缝隙4与所述通孔3连通，用于对置于所述通孔3内的压紧装置d进行导向，以约束压紧装置d沿着设定的运动方向进行直线运动，在本发明一实施例中，所述缝隙4的中心线与所述通孔3的中心线处于同一垂直平面上；
[0029]所述导向本体a侧面突起的下部开有内螺纹孔5，其与上部的内螺纹孔2同轴，用于安装限位螺母e，以将压紧装置d限制在通孔3的内部，防止压紧装置d从所述导向本体a中脱离；
[0030]所述导向本体a下部靠近所述侧面突起的侧面上设有刀片安装槽7，用于安装所述剪切刀片g，以对所述剪切刀片g进行粗定位；
[0031]所述刀片安装槽7内设有一个或多个内螺纹孔6，用于安装固定螺钉f，以将剪切刀片g固定在所述导向本体a上。
[0032]图5是压紧装置d的结构示意图，如图5所示，所述压紧装置d包括导向杆8、压止头锁紧螺母9和压止头10，其中:
[0033]所述导向杆8的上部为圆柱翼型结构，其圆柱部分保证导向杆8在所述导向本体a的通孔3中能够平稳滑动，而翼型结构则插入所述导向本体a的缝隙4中，以约束导向杆8只能沿通孔3滑动，不能转动；
[0034]所述导向杆8的顶部与所述压紧弹簧c接触，用于承载来自压紧弹簧c的压紧力；
[0035]所述导向杆8的下部为螺纹连杆，用于依次与压止头锁紧螺母9和压止头10进行螺纹连接；
[0036]图6是压止头10的结构示意图，如图6所示，所述压止头10为横向放置的半圆柱状结构，圆柱结构设计降低了对压止头10与复合材料接触角度的要求，保证压止头10即使有一定偏移量也可以紧密压紧复合材料纤维丝束；压止头10的上部平面上开有螺纹孔，用于与所述导向杆8进行螺纹连接，构成压紧装置d整体。同时，采用螺纹连接还可对压止头10与导向杆8之间的相对角度进行调节；
[0037]压止头与运动的丝束纤维进行接触，长期使用会导致压止头的半圆柱端面产生磨损，影响压止效果；另外，磨损后的压止头表面形貌不规则，也容易影响丝束的表面质量，因此，本发明中的压止头与所述导向杆8进行螺纹连接，从而很方便的对磨损的压止头进行更换。
[0038]所述压止头锁紧螺母9介于压止头10和导向杆8之间，其与导向杆8采用螺纹进行连接，在导向杆8与压止头10之间的螺纹连接好，并确定了相对关系后，通过旋紧压止头锁紧螺母9，可以将压止头10紧紧锁定在导向杆8上，避免已经调整好的角度发生变化。
[0039]图7是限位螺母e的结构示意图，如图7所示，所述限位螺母e为中空结构的外螺纹结构，其上半部分为螺纹，下半部分为六面体，上半部分螺纹与所述导向本体a的内螺纹孔5进行螺纹连接，下半部分的六面体用于方便使用工具将限位螺母e旋紧。
[0040]所述限位螺母e的中空结构允许压紧装置d的导向杆8穿过此孔道，并可在此中空孔道中不受干涉地自由运动，同时限位螺母e的上端面又可对压紧装置d的圆柱翼型部分进行限位，避免压紧装置d脱离导向本体a。
[0041]图8是剪切刀片g的结构示意图，如图8所示，所述剪切刀片g为单面刀刃的矩形片状结构，剪切刀片刀刃朝外，安装在导向本体a的刀片安装槽7内，通过刀片安装槽7对剪切刀片g进行定位，所述剪切刀片g上开有一个或多个圆孔，通过安装固定螺钉f，将剪切刀片g固定在导向本体a上。
[0042]所述下剪刃g为长方体结构，其置于所述压紧装置d的下方，用于与所述压紧装置d和剪切刀片g相配和来对纤维丝束i进行固定和剪切。
[0043]以上结构构成本发明复合材料剪切压紧一体化装置，可实现复合材料剪切压紧的一体化。[0044]本发明复合材料剪切压紧一体化装置的安装流程为:
[0045]1、安装剪切刀片g;
[0046]2、将压紧装置d的导向杆8插入导向本体a的通孔3中，导向杆8的翼型结构插入导向本体a的缝隙4中；
[0047]3、安装限位螺母e;
[0048]4、将压紧装置d的锁紧螺母9安装在导向杆8的螺纹上；
[0049]5、将压止头10通过螺纹安装在压紧装置d的导向杆8上；
[0050]6、根据需要剪切的丝束和厚度，通过旋转限位螺母e调节压止头10与剪切刀片g的相对高度；
[0051]7、压止头10与导向杆8的螺纹连接，旋转压止头10，调节压止头10的半圆柱轴线垂直于纤维丝束运动方向；
[0052]8、旋转锁紧螺母9，锁定压止头10的角度，使得压紧装置d的各部件保持稳定的位置关系；
[0053]9、将压紧弹簧c插入通孔3中；
[0054]10、将压紧螺钉b旋入导向本体a的螺纹孔2中；
[0055]11、旋转压紧螺钉b，调节压紧装置d的预紧压力至满足压紧要求。
[0056]本发明复合材料剪切压紧一体化装置的工作流程为:
[0057]在外部驱动系统的驱动下，整个剪切压紧一体化装置做直线运动；
[0058]首先，压止头与纤维丝束接触，在驱动系统的推动下，压止头将纤维丝束压止在下剪刃上；
[0059]驱动系统推动整个剪切压紧一体化装置继续前进，此时，压紧装置不再运动，与纤维丝束的压紧位置不变，但是，随着驱动系统的压下，压紧弹簧的压缩量增加，压紧装置的压紧力随着弹簧的压下量增加而增大；
[0060]随着驱动系统的推进，剪切刀片接近纤维丝束，直至剪切刀片和下剪刃配合将纤维丝束剪断。在此过程中，压紧装置的压下力越来越大，将纤维丝束稳定压止在下剪刃上，纤维丝束不会因为剪切力的作用产生在下剪刃压紧表面滑动，从而保证稳定的剪切质量。
[0061]本发明剪切压紧一体化装置的压紧力可调，可在对纤维丝束进行剪切时将丝束压紧，防止剪切时纤维丝束滑移，避免剪切后纤维丝束因张力释放后的溃缩；本发明剪切压紧一体化装置还设计了螺母锁紧装置，通过与压止头同轴的锁紧螺母的旋转，使锁紧螺母向压止头方向运动，直至与压止头端面接触，旋转锁紧螺母使其与压止头接触面之间产生的摩擦力对压止头进行锁紧，防止压止头旋转。
[0062]综上所述，本发明装置采用了 一体化设计，结构紧凑，体积小，质量轻，控制过程简单；易于调节，可整体更换，方便后续维护。
[0063]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种复合材料剪切压紧一体化装置，其特征在于，该装置包括:导向本体、压紧螺钉、压紧弹簧、压紧装置、限位螺母、剪切刀片和下剪刃，其中: 所述导向本体的纵向切面呈顶部和侧面均具有突起的“ r ”型，外围呈顶部具有突出的矩形，用于对剪切压紧一体化装置的运动进行导向； 所述导向本体的侧面突起贯设有第一通孔，所述压紧螺钉、压紧弹簧、压紧装置依次置于贯设在所述第一通孔中； 所述第一通孔的上部开设有内螺纹孔，用于安装压紧螺钉，通过调整所述压紧螺钉的旋入深度来调节与所述压紧螺钉相邻放置的压紧弹簧的压紧力，进而改变对与所述压紧弹簧相邻放置的压紧装置的压紧力； 所述导向本体侧面突起的下部开有内螺纹孔，其与上部的内螺纹孔同轴，用于安装限位螺母，以将压紧装置限制在第一通孔的内部； 所述导向本体下部靠近所述侧面突起的侧面上设有刀片安装槽，用于安装所述剪切刀片； 所述下剪刃为长方体结构，其置于所述压紧装置的下方，用于与所述压紧装置和剪切刀片相配和来对纤维丝束进行固定和剪切。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导向本体的顶部突起横设有第二通孔，用于与外部驱动系统进行连接； 所述导向本体侧面突起的一侧面开设有缝隙，所述缝隙与所述第一通孔连通，用于对置于所述第一通孔内的压紧装置进行导向。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述缝隙的中心线与所述第一通孔的中心线处于同一垂直平面上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述刀片安装槽内还设有一个或多个内螺纹孔，用于安装固定螺钉，以将剪切刀片固定在所述导向本体上。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压紧装置包括导向杆和压止头，其中: 所述导向杆的上部为圆柱翼型结构，其圆柱部分保证导向杆在所述导向本体的第一通孔中能够平稳滑动，而翼型结构则插入所述导向本体的缝隙中，以约束导向杆只能沿第一通孔滑动，不能转动； 所述导向杆的顶部与所述压紧弹簧接触，用于承载来自压紧弹簧的压紧力； 所述导向杆的下部为螺纹连杆，用于与压止头进行螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压紧装置还包括压止头锁紧螺母，所述压止头锁紧螺母介于压止头和导向杆之间，其与导向杆采用螺纹进行连接，通过旋紧压止头锁紧螺母，将压止头紧紧锁定在导向杆上。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压止头为横向放置的半圆柱状结构，所述压止头的上部平面上开有螺纹孔，用于与所述导向杆进行螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述限位螺母为中空结构的外螺纹结构，其上半部分为螺纹，下半部分为六面体，上半部分螺纹与所述导向本体的内螺纹孔进行螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述剪切刀片为单面刀刃的矩形片状结构，剪切刀片刀刃朝外。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述剪切刀片上开有一个或多个圆孔，通过安装固定螺钉，将 剪切刀片固定在导向本体上。
【文档编号】B26D1/04GK103496177SQ201310499419
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】吴保林, 王欣刚, 徐德 申请人:中国科学院自动化研究所