CN102092138B - 一种自动铺带热风预热预浸带的方法及热风预热装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明专利涉及复合材料制造领域,专门用于自动铺带铺放过程中预浸料预热的热风预热方法及用于该热风预热方法的热风预热装置。
背景技术
自动铺带技术采用有隔离衬纸的单向预浸带,剪裁、定位、铺叠、辊压均采用数控技术自动完成,由自动铺带机实现。自动铺带技术的应用可以明显的提高复合材料生产效率,提高制品质量,减少废料,降低制造成本,西方发达国家已经无一例外采用自动铺带技术制造航空复合材料构件。多轴龙门式机械臂完成铺带位置自动控制,核心部件铺带头中装有预浸带输送和预浸带切割系统,根据待铺放工件边界轮廓自动完成预浸带特定形状的切割,预浸带加热后在压辊的作用下铺叠到模具表面。在预浸带预热的装置中:电热板接触式预热装置常常出现黏胶、挤胶、损伤纤维的问题,对预浸带构成损伤,影响制品质量;烘道式预热装置虽然解决了上述问题,但是温度场不均匀,而且出烘道之后还有考虑预浸带散热的问题,难以保证预浸带压下时的粘度;红外灯辐照加热装置能够在预浸带下压区域加热,但是预浸料吸热量随时间的变化不易计算,不能随铺放速度改变而准确改变温度场,因此也不能保证预浸带铺覆时具有合适的粘度。
发明内容
本发明的目的是克服上述缺点,提供一种自动铺带热风预热预浸带的方法及装置。
为解决上述技术问题,本发明方法为:一种自动铺带热风预热预浸带的方法,其特征在于:在预浸料铺覆的区域,通过热风对上述预浸料铺覆的区域预热形成稳定温度场,并建立下述三者之间的函数关系, ,其中为热风温度,为工艺温度,为铺放速度。
该方法以风为传热介质容易在某一区域形成稳定温度场,并以预浸料的材料属性参数计算出稳定温度场温度与铺放速度的关系,并以此为依据通过控制电热丝发热功率来控制热风温度场,从而可以在不考虑预浸料散热降温的条件下,在任意铺放速度下,使预浸料在铺覆时具有合适的粘度,提高制品质量。装置包括装置连接机构,鼓风装置,热风口位置调节机构,热风口宽度调节机构,温控系统。所述装置连接机构固定在铺放头系统上,装置连接机构上的电器盒内有温控系统以及鼓风装置,鼓风装置通过导风管与热风口位置调节机构相连,热风口位置调节结构上是带有加热丝的热风口调节机构,在热风口前装有热电偶测量温度场温度;鼓风装置将风通过导风管送到热风口由电热丝加热吹出,热风口调节装置可以调节出风口宽度以适应不同带宽的预浸料,调节热风口位置可以在需要的位置获得稳定温度场。
这里通过以下算法来得到热风稳定温度场温度与铺放速度的关系,以此控制电热丝的发热:
传导传热的基本方程式为:
上述(1)式中,是导热率,单位为W;导热面积,单位为㎡;为温度梯度,单位为K/m;为比例系数,称为导热系数,w/m﹒K。由于温度梯度的方向指向温度升高的方向,而热流方向与之相反,故式(1)中乘以一负号。式(1)称为导热基本方程式,也称傅里叶定律,对于稳定导热和不稳定导热均适用。
预浸带在受热区域内为单层平壁的热传导。假设预浸带材料均匀,导热系数不随温度而变(或取平均导热系数);带内的温度仅沿垂直于带面的方向变化;带连续,面积与厚度相比很大,故边缘处损失的热可以忽略。那么,对于此种定态的一维平壁热传导,导热速率传热面积都为常量,故式(1)可简化为:
或 (4)
式中—预浸带厚度;
本发明装置为:一种热风预热装置,包括电器盒、导风管以及喷风头,在所述的电器盒内设置有温控装置和鼓风装置,所述的电器盒具有出风口,该出风口与所述的导风管的进风口连接,所述的导风管的出风口连接所述的喷风头。
本发明的优点是:相对于电热板接触式加热,本发明不会出现黏胶、挤胶、损伤纤维的问题;相对于烘道式加热、红外灯辐照加热,本发明可以在任意位置得到均匀稳定温度场;而且本发明结构简单,可拆卸,操作灵活方便,可以在不损伤预浸料,不考虑预浸料散热降温的条件下,在任意铺放速度下,使预浸料在铺覆时具有合适的粘度,提高制品质量。
附图说明
图1为本发明设备结构示意图。
图2为本发明热风口位置调节机构示意图。
图3为本发明热风口宽度调节机构示意图。
图4为本发明装置安装结构示意图。
图1中标号名称:1-1.电器盒;1-2.导风管;1-3.热风口位置调节杆;1-4.喷风头;1-5.热电偶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:如图1所示,一种用于自动铺带热风预热预浸带的方法的热风预热装置,包括电器盒1-1、导风管1-2以及喷风头1-4,在电器盒1-1内设置有温控装置和鼓风装置,电器盒1-1具有出风口,该出风口与导风管1-2的进风口连接,导风管1-2的出风口连接的喷风头1-4。在喷风头1-4内设置有风口宽度调节机构3-1。在导风管1-2与所述的喷风头1-4连接处设置有风口位置调节机构1-3。风口宽度调节机构3-1由两个滑块以及与所述的滑块连接用于控制滑块移动的螺杆构成。热风口位置调节机构1-3包括两根伸缩杆2-2,两根伸缩杆的一端固定于底座上2-1,两根伸缩杆的另一端与所述的喷风头通过铰链2-3连接。
首先按图4一样将装置4-1固定于铺带头4-2上,用四个紧固螺钉将电器盒1-1固定,然后用两个紧固螺钉固定热风口位置调节机构的底座2-1于铺带头4-2。固定好装置4-1后,调节热风口位置调节机构的伸缩杆2-2的长度和热风宽度调节盒2-3的角度,让出风口靠近并对着准下压区域,拧紧四个紧固旋钮固定位置,最后按热风宽度调节盒上的标尺3-1调节出风口宽度为使用的预浸带的宽度,并拧紧紧固旋钮固定位置。
在控制面板上输入公式(7)中所需要的材料参数和几何参数,室温由热电偶1-5测得并输入,工艺温度使用最佳实验值,同时另有接口输入铺放机的实时铺放速度。当铺放速度为零或值太小以致于计算出的热风温度小于室温时,那么电热丝3-2停止加热,这时只鼓风。这样保证预浸料在下压时具有最佳的粘度,提高制品质量。
以上内容是结合具体的优先实施方式对本发明作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
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