CN102431189B - 可调整纤维预浸带与压辊包角的纤维铺放压辊机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调整纤维预浸带与压辊包角的纤维铺放压辊机构。该发明应用于树脂基复合材料构件纤维铺放制造领域，实现该发明的元件主要包括：导向轮(6)，滚轮(5)，柔性压辊(1)，限位螺钉(7)以及装置的驱动元件即汽缸(8)。该机构将刚性导向轮(6)通过四连杆机构安装在柔性压辊(1)的支架上，在铺放过程中，柔性压辊(1)下压后，导向轮(6)由汽缸(8)驱动下压，并由滚轮(5)支撑，配合柔性压辊(1)工作，限位螺钉(7)起限制四连杆机构运动范围的作用。纤维预浸带(2)在滚压前由导向轮(6)调整其与芯模(3)表面切平面的夹角减小，从而减小纤维预浸带(2)与柔性压辊(1)的接触包角，改善铺放过程中柔性压辊(1)对纤维预浸带(2)的不良影响(如拖拽所致的剪切滑移，铺层粘结性差等)，提高设备可靠性，具有结构简单，使用方便等优点。

Description

可调整纤维预浸带与压辊包角的纤维铺放压辊机构
技术领域：
本发明专利涉及树脂基复合材料制造领域，用于纤维铺放设备中，具体涉及一种可调整纤维预浸带与压辊包角的纤维铺放压辊机构。
背景技术：
纤维铺放装置主要应用于制造航空航天，船舶，汽车等工业领域中，所制造出的树脂基纤维增强复合材料产品具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热和热膨胀系数小等一系列优点。
目前，复合材料构件大多采用纤维铺放工艺制造，即先将纤维预浸带一层一层地铺放在芯模表面，经过若干层的铺放使复合材料构件达到一定厚度，制作出预成型件，然后将预成型件放入热压罐进行固化，接着经过后处理最终制成复合材料零件。
在已有的纤维铺放设备中，执行机构的终端(图1)工作步骤如下：纤维预浸带(2)从出丝口(4)送出，为保证铺放工艺质量预浸带始终保持一定张力T，安装在铺放头上的柔性压辊(1)由驱动机构驱动下压，并保持一定压紧力F，压辊由铺放机带动沿着芯模(3)表面以一定的速度v移动，经过滚压，具有黏性的纤维预浸带(2)粘接在芯模(3)表面(AB段)，完成单层的铺放。用于滚压的压辊是由弹性模量较小的柔性材料制成的柔性压辊(1)。
在纤维铺放过程中，纤维预浸带(2)会与芯模(3)表面形成夹角β，从而使纤维预浸带(2)对柔性压辊(1)在BC段产生了包角α。滚压时柔性压辊(1)会产生径向形变，并且与纤维预浸带在接触包角段粘接、摩擦。柔性压辊(1)的径向形变、移动速度以及与纤维预浸带(2)粘接、摩擦等因素会导致柔性压辊(1)在对纤维预浸带(2)产生沿芯模(3)切平面方向的拖拽作用力，作用力过大时会使已铺放好(AB段)的纤维预浸带(2)产生剪切滑移或造成其粘接性能差，从而破坏预成型件，降低了纤维铺放设备的可靠性。
为克服柔性压辊(1)在铺放过程中对纤维预浸带(2)的上述不良影响，应尽量调整减小纤维预浸带(2)与芯模(3)切平面的夹角，从而减小包角α，减少纤维预浸带(2)与柔性压辊(1)的接触。
发明内容：
针对上述纤维铺放设备存在的技术细节缺陷或不足，本发明的目的在于提出一种新型的压辊机构，控制并减小纤维预浸带(2)与柔性压辊(1)的接触包角，改善纤维铺放过程中柔性压辊(1)对纤维预浸带(2)造成的不良影响，提高自动化纤维铺放设备的可靠性。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
可调整纤维预浸带与压辊包角的纤维铺放压辊机构，通过在柔性压辊(1)之前添加一个弹性模量大且不易与纤维预浸带粘接的刚性导向轮(6)，整个导向轮(6)由两侧的滚轮(5)支撑，导向轮(6)通过四连杆机构安装在柔性压辊(1)的支架上，由汽缸(8)驱动，导向轮(6)工作时可明显减小纤维预浸带(2)与芯模(3)表面切平面夹角，从而调整减小纤维预浸带(2)与柔性压辊(1)的包角，改善了铺放过程中柔性压辊(1)对纤维预浸带(2)的不良影响，提高了纤维铺放设备的可靠性。此外，通过更换不同直径的导向轮(6)还可以在一定的范围内调节纤维预浸带(2)与芯模(3)切平面夹角。
优选地，在导向轮(6)由汽缸(8)驱动下压后，导向轮(6)由左右两边的滚轮(5)支撑，滚轮(5)自身带有轴承，滚轮可沿芯模(3)表面滚动，导向轮(6)通过两端的轴承支撑，可自由灵活的转动；该装置始终保持滚轮(5)与导向轮(6)同心，通过更换不同直径的导向轮(6)，在一定的范围内调节纤维预浸带(2)与芯模(3)切平面的夹角。
优选地，在四连杆机构曲柄的下方，安装限位螺钉(7)用以限制四连杆机构运动范围，并且可以通过调整限位螺钉(7)的旋入深度在一定范围内调节四连杆机构的运动范围，以防止导向轮(6)与柔性压辊(1)之间相互干涉。
本发明的有益效果是：
1、在不影响其他铺放工艺的条件下，有效调整减小了纤维预浸带(2)与柔性压辊(1)的接触包角，改善了柔性压辊(1)对纤维预浸带(2)的不良影响(如拖拽所致的剪切滑移，铺层粘接性能差等)，提高了纤维铺放设备的可靠性；
2、该装置结构紧凑、简单，应用方便。
附图说明：
图1是现有纤维铺放设备铺放过程平面示意图。
图2是应用本发明所述的压辊机构铺放过程平面示意图。
图3是应用本发明所述的压辊机构铺放过程三维示意图。
图4是导向轮局部结构示意图。
图中1.柔性压辊，2.纤维预浸带，3.芯模，4.预浸带出丝口，5.滚轮，6.导向轮，7.限位螺钉，8.汽缸。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做详细描述。
如附图2，3所示，该机构主要包括：导向轮(6)，滚轮(5)，柔性压辊(1)，限位螺钉(7)以及驱动元件即汽缸(8)；该机构将导向轮(6)通过四连杆机构安装在柔性压辊(1)的支架上，在将纤维预浸带(2)铺放到芯模(3)表面的过程中，柔性压辊(1)下压后，导向轮(6)由汽缸(8)或其他形式驱动机构驱动下压，与纤维预浸带(2)接触，配合柔性压辊(1)工作，使纤维预浸带(2)在柔性压辊(1)滚压前与芯模(3)的夹角减小，从而减小纤维预浸带(2)与柔性压辊(1)的包角；在铺放过程中，该机构保持导向轮(6)与柔性压辊(1)压辊相对位置固定，从而控制纤维预浸带(2)保证以与芯模(3)平面较小的夹角进行铺放。
在导向轮(6)由汽缸(8)驱动下压后，导向轮(6)由左右两边的滚轮(5)支撑，滚轮(5)自身带有轴承，滚轮(5)可沿芯模(3)表面滚动，保持导向轮(6)与芯模(3)距离一定，导向轮(6)通过两端的轴承支撑，可自由灵活的转动；该装置始终保持滚轮(5)与导向轮(6)同心，通过更换不同直径的导向轮(6)，在一定的范围内调节纤维预浸带(2)与芯模(3)切平面的夹角。
在四连杆机构曲柄的下方，安装限位螺钉(7)用以限制四连杆机构运动范围，并且可以通过调整限位螺钉(7)的旋入深度在一定范围内调节四连杆机构的运动范围，以防止导向结构与柔性压辊(1)之间相互干涉。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所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所做出若干简单的推演或替换都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (1)

1.可调整纤维预浸带与压辊包角的纤维铺放压辊机构，其特征在于：该机构主要包括：导向轮（6），滚轮（5），柔性压辊（1），限位螺钉（7）以及驱动元件即气缸（8）；该机构将导向轮（6）通过四连杆机构安装在柔性压辊（1）的支架上，在将纤维预浸带（2）铺放到芯模（3）表面的过程中，柔性压辊（1）下压后，导向轮（6）由气缸（8）驱动下压，与纤维预浸带（2）接触，配合柔性压辊（1）工作，使纤维预浸带（2）在柔性压辊（1）滚压前与芯模（3）的夹角减小，从而减小纤维预浸带（2）与柔性压辊（1）的包角；在铺放过程中，该机构保持导向轮（6）与柔性压辊（1）相对位置固定，从而控制纤维预浸带（2）保证以与芯模（3）平面较小的夹角进行铺放；
在导向轮（6）由气缸（8）驱动下压后，导向轮（6）由左右两边的滚轮（5）支撑，滚轮（5）自身带有轴承，滚轮可沿芯模（3）表面滚动，导向轮（6）通过两端的轴承支撑，可自由灵活的转动；该装置始终保持滚轮（5）与导向轮（6）同心，通过更换不同直径的导向轮（6），在一定的范围内调节纤维预浸带（2）与芯模（3）切平面的夹角；
在四连杆机构曲柄的下方，安装限位螺钉（7）用以限制四连杆机构运动范围，并且可以通过调整限位螺钉（7）的旋入深度在一定范围内调节四连杆机构的运动范围，以防止导向轮（6）与柔性压辊（1）之间相互干涉。
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