专利名称：一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，属于复合材料成型加工技术领域。
背景技术：
树脂基复合材料，尤其是纤维增强环氧树脂复合材料具有强度高、质量轻、耐热、 耐腐蚀、抗疲劳、减震性能佳、可靠性佳等优点，广泛用于航空航天领域、电子电力、风力发电、交通运输和运动器材等领域。预浸料是把强化纤维(碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维)浸渍在基体(环氧树脂、聚酯树脂、热可塑性树脂等)中制成的预浸料片材产品，是复合材料的中间材料。由于复合材料具有上述优异的性能，故针对不同的复合材料构件类型发展出了不同的成型方法。其中复合材料构件的热压罐成型方法在航空航天、汽车制造和石油化工等领域有着非常广泛的应用。热压罐制造复合材料之前的准备工作就是在模具上铺设好预浸料，使用其生产的复合材料相比于其他材料来说，能改善强度，硬度，耐蚀性，疲劳寿命，耐磨耗性，耐冲击性，轻量化等多种特性。在复合材料制造过程中受到环境、原材料缺陷、工艺规范和结构设计不合理等因素影响会产生各种缺陷，制造缺陷的存在严重影响了复合材料的性能和使用寿命，甚至还会导致复合材料构件的报废，造成重大经济损失。因此，控制复合材料制造过程中的重要环节成为各国学者争相研究的热点。在复合材料构件铺层过程中由于预浸料含胶量不同，软化程度不一致，需要将预浸料加热软化，使其与模具或下层的预浸料贴合。同时由于构件型面的不同，有很多大曲率及拐角区，在这些区域铺层需要将裁剪好的平面预浸料剪开适当的开口使其能和模具型面贴合。因此，在复合材料预浸料的铺放过程中，手工铺放质量的高低主要取决于工人的水平。现场工人操作时一般使用电熨斗和普通剪刀完成预浸料的铺放工作。电熨斗温度无法控制，容易使纤维变形，普通剪刀剪口的效率低，裁剪质量差，很多区域需要二次裁剪，增加的工作时间，降低了复合材料构件的铺层质量。如何提高铺层的质量，提高生产效率，减少粉尘、纤维的危害，降低复合材料的生产成本已经成为亟待解决的问题。
发明内容
针对以上问题，本发明所要解决的技术问题是
提供一种复合材料构件专用的加热铺层压实装置，实现温度可调及适应构件多种曲率范围的铺层。使预浸料的贴模和压实程度变高，提高构件质量，减小生产周期，降低生产成本。提供一种在复合材料构件曲率区域铺层时的预浸料剪口机构，实现在曲率区域的良好贴模，减少剪切预浸料过程中产生的粉尘和纤维，降低每铺一层需要抽真空一段时间的次数，提高生产效率。本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，其特征在于，该装置包括装置的支撑和外壳机构以及设置在支撑和外壳机构内的压实机构、加热机构以及剪口机构，所述的压实机构包括第一滚轮和第二滚轮，所述的加热机构设置在所述的第一滚轮和第二滚轮内，所述剪口机构包括下压垫板、圆盘锯的传动机构以及圆盘锯片、所述的圆盘锯片设置在第一滚轮与第二滚轮中间，所述的下压垫板设置在圆盘锯片下端，在所述的支撑和外壳机构内还设置有一圆锯片吸尘机构，该圆锯片吸尘机构与一真空过滤器和管道机构连接。所述的第一滚轮为大滚轮，所述的第二滚轮为小滚轮，所述的大滚轮和小滚轮的外圈为耐热橡胶，在耐热橡胶内设置加热机构的电阻丝加热器。所述的圆盘锯片的上端连接一下压驱动机构，该下压驱动机构包括一顶部支撑板和弹簧，弹簧的一端固定在顶部支撑板上，顶部支撑板固定在垫板驱动机构上，垫板驱动机构则固定在外壳机构的内侧，弹簧的另一端固定在圆盘锯片的固定架上。当按下启动下压垫板和圆锯片的双联开关后，弹簧中间的限位芯杆收回限位块，压缩的弹簧下压圆锯片。本发明一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，该装置用于实现复合材料预浸料铺层时的压实贴模和曲面剪口，采用温度可调节的前后加热滚轮压实预浸料， 在保证了装置的稳定性的同时，小半径的滚轮可以压实构件上曲率半径较小的区域。两滚轮之间保持一定的张紧力防止预浸料起皱。剪口机构在不使用时呈向上收起状态，当曲面区域需要剪口时剪口机构的垫板下压，由圆锯片剪切预浸料，剪好的部分由滚轮压实贴模。 对每层铺附的预浸料都采用此种方法，可以大大减少预浸料抽真空的时间，提高生产效率。实现上述方法的复合材料预浸料铺层压实和曲面剪口装置，包括装置的支撑和外壳机构、加热转动滚轮用以压实预浸料、滚轮外圈的耐热橡胶和芯轴的电阻丝加热器，电阻丝加热器具体设计可按常规或参考专利申请201020602806. 5制作。保护下层预浸料和辅助剪口的下压垫板、剪切预浸料的圆锯片。真空吸尘机构可按常规设计制作或参考专利申请200920203837. 0制作。该装置针对单件小尺寸复杂曲面复合材料构件铺层，主要以加热滚轮压实预浸料，滚轮置于整个装置的一前一后，芯轴内部安装加热电阻丝加热外围的耐热橡胶圈。当使用装置压实预浸料而不需要剪口时，剪口机构由弹簧收回到装置的上端。剪口机构放置在整个装置的中间，在切割预浸料时垫板下压，预浸料到位后按下圆锯片下压按钮，剪裁预浸料。裁剪好的预浸料则随后由滚轮压实。该装置针对单件小尺寸小批量的复合材料制造，可以提高预浸料铺放的速度，提高每层预浸料的贴模程度，减少铺层抽真空的时间。同时，由于增加了快速准确的剪口机构使得构件剪口的质量得到了明显的提高，具有较高的自由度和灵活性，并提高了零件的质量和制造精度。可以满足日益复杂的航空航天、船舶、汽车、风电等工业产品的制造要求。
图1是本发明的装置结构示意图； 图2是本发明滚轮的结构示意图； 图3是剪口机构的结构示意图； 图4是本发明剪口机构与下压机构连接示意图； 图5是下压机构的弹簧与芯杆示意图； 图6是本发明大滚轮、小滚轮压实示意图。其中其中1、支撑和外壳机构，2、双联开关，3、按钮，4、耐热橡胶，5、下压垫板，6、圆盘锯的传动机构，7、圆盘锯片，8、真空过滤器和管道机构，9、220V电源接口插座，10、 温度调节旋钮，11、滚轮外壳，12、电阻丝加热器，13、圆盘锯驱动电机，14、压板支撑杆，15、 圆锯片吸尘机构，16、顶部支撑板，17、垫板驱动机构，18、弹簧与限位芯杆，19、挡板，20、预浸料，21、真空吸尘机构管道，22、弹簧，23、弹簧套筒，24、限位块，25、限位芯杆，沈、大滚轮， 27、小滚轮，28、预浸料小半径区域。
具体实施例方式以下结合附图和实例来说明本发明的具体实施方法，本发明不限于该实施例。如图1、图2及图3所示，本发明一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，包括装置的支撑和外壳机构1以及设置在支撑和外壳机构1内的压实机构、加热机构以及剪口机构，其中压实机构包括第一大滚轮26和第二小滚轮27，大滚轮沈和小滚轮27 的外圈为耐热橡胶4，在耐热橡胶4内设置加热机构的电阻丝加热器12，电阻丝加热器12 设置在第一大滚轮26和第二小滚轮27内，剪口机构包括下压垫板5、圆盘锯的传动机构6 以及圆盘锯片7、其中圆盘锯片7设置在第一大滚轮与第二小滚轮中间，下压垫板5设置在圆盘锯片7下端并与圆盘锯片通过开关控制同步工作，在支撑和外壳机构1内还设置有一圆锯片吸尘机构15，该圆锯片吸尘机构15与一真空过滤器和管道机构8连接。圆盘锯片7的上端连接一下压驱动机构，该下压驱动机构包括一顶部支撑板16和弹簧，弹簧的一端固定在顶部支撑板上，弹簧的另一端固定在圆盘锯片7的固定架上。结合图4、图5来说明本发明复合材料制造过程。首先根据构件的CAD数模设计出每一层需要铺叠的预浸料形状，由下料机下料后，开始在模具上铺叠。装置的工作过程是， 首先将复合材料成型的模具放置好，按坐标位置确定好激光投影的原点。将下料裁剪好的预浸料按顺序分类，然后把需要铺层的预浸料与激光投影的边界对齐，撕去塑胶封皮后贴合到模具上。将本装置预热几分钟后，图4中的大滚轮沈向前逆时针运动压实预浸料的小曲率部分，小滚轮27则压实曲率变化突然、半径小的预浸料小半径区域观。由预浸料的边缘区域向中间区域压实，当达到凹陷或者凸起处后，预浸料需要剪口。图3中的下压垫板 5下压，圆锯片吸尘机构15开始抽吸粉尘和纤维，从预浸料的开口处切入到预浸料20的下方，准备好裁剪后的圆盘锯片7开始转动，弹簧18在限位芯杆25的约束下下压圆盘锯片7 到距离垫板一定的位置，圆盘锯片7沿图中箭头方向转动，裁剪预浸料20、挡板19则是为了防止预浸料被卷入锯片所设置的障碍物。这一裁剪过程结束后就由大滚轮沈或者小滚轮 27压实裁剪好的预浸料。当不需要裁剪预浸料时，图4中的垫板驱动机构17，驱动垫板和圆锯片芯杆上抬到固定位置。
权利要求
1.一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，其特征在于，该装置包括装置的支撑和外壳机构(1)以及设置在支撑和外壳机构(1)内的压实机构、加热机构以及剪口机构，所述的压实机构包括第一滚轮和第二滚轮，所述的加热机构设置在所述的第一滚轮和第二滚轮内，所述剪口机构包括下压垫板(5)、圆盘锯的传动机构(6)以及圆盘锯片 (7)、所述的圆盘锯片(7)设置在第一滚轮与第二滚轮中间，所述的下压垫板(5)设置在圆盘锯片(7)下端，在所述的支撑和外壳机构(1)内还设置有一圆锯片吸尘机构(15)，该圆锯片吸尘机构(15)与一真空过滤器和管道机构(21)连接。
2.如权利要求1所述的树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，其特征在于 所述的第一滚轮为大滚轮，所述的第二滚轮为小滚轮，所述的大滚轮和小滚轮的外圈为耐热橡胶(4 )，在耐热橡胶内设置加热机构的电阻丝加热器(12 )。
3.如权利要求2所述的树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，其特征在于 所述的圆盘锯片(7)的上端连接一下压驱动机构，该下压驱动机构包括一顶部支撑板、弹簧和弹簧中心的限位芯杆，弹簧的一端固定在顶部支撑板上，顶部支撑板固定在垫板驱动机构(17)上，垫板驱动机构(17)则固定在外壳机构(1)的内侧，弹簧的另一端固定在圆盘锯片(7)的固定架上。
全文摘要
本发明提供了一种树脂基复合材料预浸料铺层压实和剪口的装置，属于复合材料成型加工技术领域。该装置包括装置的支撑和外壳机构以及设置在支撑和外壳机构内的压实机构、加热机构以及剪口机构，压实机构包括第一滚轮和第二滚轮，加热机构设置在第一滚轮和第二滚轮内，剪口机构包括下压垫板、圆盘锯的传动机构以及圆盘锯片，在支撑和外壳机构内还设置有一圆锯片吸尘机构，该圆锯片吸尘机构与一真空过滤器和管道机构连接。该发明可以解决单件小尺寸复合材料构件铺层时由于预浸料的软化程度不同导致的预浸料无法完全贴模以及曲率半径区域的铺层剪口问题。从而大大减少预浸料抽真空的时间，提高复合材料构件的生产效率，降低生产成本。
文档编号B29C70/54GK102555235SQ20111045195
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者李楠垭, 李迎光, 杭翔 申请人:南京航空航天大学