CN102514204B - 一种复合材料大梁的自动成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种复合材料大梁的自动铺放成型技术，在复合材料大梁制造时，伺服电机在程序控制器控制下启动，带动电机转动，进而带动小车沿着轨道往复运动，小车在运动过程中，铺放轮将纤维布铺放到大梁模具表面，从而实现复合材料梁制造过程中纤维布的自动铺放，铺放完成后，在大梁模具表面建立真空导流系统，将树脂灌注到玻纤布的铺层中浸透后，使树脂完全固化后脱模，得到制品。本发明可以降低工人的劳动强度，提高生产效率和产品质量，实现复合材料梁成型从手工铺层制造向自动化铺层制造的转变。

Description

一种复合材料大梁的自动成型方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料大梁成型技术，特别是一种复合材料大梁的自动成型方法。

背景技术

目前风电叶片复合材料大梁制造时，其中纤维布铺放过程为手工操作。通过人为拉动纤维布，将纤维布一层一层铺设到复合材料大梁的成型模具上，然后再用手抚平，耗时约为4~5小时。这种成型方式劳动强度大，耗费时间长，按照复合材料梁长度40米、60层纤维布粗略估算，操作者完成整个铺层需要至少走4800米距离。而且，人工操作效率提高可能性不大。若通过人力加快操作速度来提高效率，则铺层质量无法保证。同时，复合材料制品需要纤维拉直才能发挥纤维强度，但是通过人工操作无法保证纤维的完全拉直、拉紧，存在质量不稳定性。

陈杰民申报的专利“半自动织带铺带机及其铺带工艺”，专利号CN100999149B，是一种用于丝网印刷配套设备技术领域的半自动铺带机，该专利是将织带放到可推拉的半自动铺带机上，通过推拉半自动铺带机，将织带粘贴在刷好胶印刷台面上，该专利未解决铺带机的自动运动问题，还需靠人为给铺带机施加动力，使其在工作台面上移动。

西安交通大学段玉岗等人发明的“制造树脂基复合材料构件的原位固结纤维铺放方法及装置”，专利申请号200710308159.x，是一种利用机器人将浸透树脂的纤维束铺放到模具表面，同时用紫外光/电子加速器是树脂固化获得制品的方法，该专利需要机器人辅助以及在铺放过程中即对铺放材料进行固化，需要较为复杂的铺放头以及配套紫外光/电子加速器固化装置。

南京航空航天大学学报2009年12月第41卷第6期中，张建宝等人发表的“自动铺带机送带控制技术”中所涉及的自动铺带机需10轴控制完成，其中5轴控制铺带头运动轨迹，另外5轴实现铺带头内部预浸带输送、铺放和切割运动，设备机构复杂。

针对以上情况，需要一种铺放设备较为简单，固化体系易于操作的成型方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合材料大梁的自动成型方法，通过在复合材料大梁成型模具上增加纤维布自动铺放装置，通过程序控制器控制铺层的起始位置与铺层层数，完成复合材料大梁的铺层，后续进行真空树脂灌注，加热固化，实现复合材料大梁的制造，从而达到降低工人的劳动强度，提高生产效率和和产品质量，并实现复合材料梁成型从手工向自动化转变的目的。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种复合材料大梁的自动成型方法，其特征在于：使用带有程序控制器的伺服电机、铺放小车、模具、真空导流系统，铺放小车左右两端的上方设置纤维布卷的铺放轴，铺放小车左右两端设置铺放压辊，纤维布卷中间为内筒结构，纤维布卷通过内筒穿到铺放轴上，通过压紧环将内筒压紧到铺放轴的法兰盘上使内筒与铺放轴之间相对固定，纤维布的端头从限位板中间穿过，再穿到铺放压辊下方，铺放轴上设置张力控制器，使铺放轴需要在扭矩力下才可以沿其轴线转动；铺放压辊上设置压力控制器，使铺放压辊始终与铺层表面产生接触压力，且铺层厚度变化时，铺放压辊可以上下运动进行自动调节；铺放压辊形状与与大梁模具型面一致，在纤维布铺放到大梁模具表面的过程中，通过铺放压辊上的压力控制器和铺放轴上的张力控制器，使得铺放压辊与铺层之间的压力使铺层与大梁模具之间产生的静摩擦力大于纤维布自身的张力；小车下方设置伺服电机、承重行走轮和行走导向轮，铺放小车与轨道之间通过承重行走轮和行走导向轮进行接触和限位；大梁模具下方设置与模具轴线平行的轨道，伺服电机在计算机控制下驱动铺放小车沿着与大梁模具轴线平行的轨道运动，在运动的过程中，铺放压辊将纤维布铺放到大梁模具表面；铺放完成后，在大梁模具表面建立真空导流系统，将树脂灌注到玻纤布的铺层中，在铺层完全浸透后，将模具升温到树脂固化温度使树脂完全固化，固化完毕后脱模，得到制品。

上述的大梁模具下方设置四根相互平行的轨道，其中一根轨道为齿条结构，轨道的上表面在与模具固定时保持轨道的上表面与大梁模具的轴线平行。

上述的铺放小车下方设置承重行走轮，在铺放小车外侧设置行走导向轮，。

上述的铺放小车与其下方的伺服电机之间相对固定，伺服电机轴端设置齿轮，该齿轮与轨道上的齿条相互啮合，通过计算机程序控制伺服电机的运转，使铺放小车按照设定的程序在轨道上运动。

上述的铺放压辊将纤维布铺放到大梁模具表面的过程中，铺放小车向右移动时采用左侧的铺放压辊来实现铺放，铺放小车向左移动时，则采用右侧的铺放压辊来实现铺放。

按照计算机程序铺层结束后，需在大梁模具表面建立真空导流系统，在真空压力下将树脂灌注到纤维布的铺层中，在铺层完全浸透后，将大梁模具升温到树脂固化温度使树脂完全固化，固化完毕后脱模，得到复合材料大梁制品。

本专利通过计算机控制铺放小车的运行距离，铺放小车轨道与模具型面平行，通过左右铺放轮实现纤维布在铺放小车左右移动时的铺放，通过铺放轮与模具表面的压紧装置实现纤维布紧密的铺放到模具表面，通过真空系统将树脂注入到铺层中，通过大梁模具加热的方式实现制品的固化，铺放设备较为简单，固化体系易于操作。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

本发明的一种复合材料大梁的自动成型方法，在复合材料大梁制造时，首先采用纤维布铺放设备将纤维布铺放到模具表面，再建立真空灌注体系完成制品的固化，降低工人的劳动强度，提高生产效率和和产品质量，实现复合材料梁成型从手工铺层制造向自动化铺层制造的转变。

附图说明

图1是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备主视图。

图2是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备俯视图。

图3是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备左视图。

图4是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备轴测图。

图5是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备中铺放轴的示意图。

图6是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备中张力控制器的示意图。

图7是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备中铺放压辊的示意图。

图8是本专利的复合材料大梁的自动铺放成型技术的铺放设备中压力控制器的示意图。

图中，1为大梁模具，2为左铺放压辊，3为压力控制器，4为限位板，5为左纤维布卷，6为铺放轴，7为铺放小车的框架，8为张力控制器，9为右纤维布卷，10为右铺放压辊，11为计算机，12为计算机控制线，13为承重行走轮，14为行走导向轮，15为齿轮，16为伺服电机，17为齿条结构轨道，18为平面轨道。

具体实施方式

实施例1

结合图4至图8来说明本专利的具体实施方式。

铺放小车下方设置承重行走轮13，在铺放小车外侧设置行走导向轮14，铺放小车与轨道之间通过承重行走轮14和行走导向轮14进行接触和限位。

小车下方设置伺服电机16，其下方的伺服电机之间相对固定，伺服电机轴端设置齿轮，该齿轮与轨道上的齿条相互啮合，通过计算机程序控制伺服电机的运转。

模具下方设置与模具轴线平行的轨道18，其中1根轨道为齿条结构，轨道的上表面在与模具固定时保持轨道的上表面与模具的轴线平行。伺服电机在计算机控制下驱动铺放小车沿着与模具轴线平行的轨道运动。

铺放小车左右两端的上方设置纤维布卷5的铺放轴6，纤维布卷5中间为内筒结构，纤维布卷5通过内筒穿到铺放轴6上，通过压紧环将内筒压紧到铺放轴的法兰盘上使内筒与铺放轴6之间相对固定，纤维布的端头从限位板中间穿过，再穿到铺放压辊下方，铺放轴上设置张力控制器8，使铺放轴6需要在一定的扭矩下才可以沿其轴线转动。

铺放小车左右两端设置铺放压辊，铺放压辊上设置压力控制器，使铺放压辊始终与铺层表面产生接触压力，且铺层厚度变化时，铺放压辊可以上下运动进行自动调节。铺放压辊形状与与模具型面一致，在纤维布铺放到模具表面的过程中，铺放压辊与铺层之间的压力使铺层与模具之间产生的静摩擦力大于纤维布自身的张力，这可以通过铺放压辊上的压力控制器和铺放轴6上的张力控制器8来实现。

铺放压辊将纤维布铺放到模具表面的过程中，小车向右移动时采用左侧的铺放压辊2来实现铺放，小车向左移动时，则采用右侧的铺放压辊10来实现铺放。

铺放完成后，在大梁模具1表面建立真空导流系统，将树脂灌注到玻纤布的铺层中，在铺层完全浸透后，将模具升温到树脂固化温度使树脂完全固化，固化完毕后脱模，得到复合材料大梁制品。

Claims (5)

1.一种复合材料大梁的自动铺放成型方法，其特征是：使用带有程序控制器的伺服电机、铺放小车、大梁模具，铺放小车左右两端的上方设置纤维布卷的铺放轴，铺放小车左右两端设置铺放压辊，纤维布卷中间为内筒结构，纤维布卷通过内筒穿到铺放轴上，通过压紧环将内筒压紧到铺放轴的法兰盘上使内筒与铺放轴之间相对固定，纤维布的端头从限位板中间穿过，再穿到铺放压辊下方，铺放轴上设置张力控制器，使铺放轴需要在扭矩力下才可以沿其轴线转动；铺放压辊上设置压力控制器，使铺放压辊始终与铺层表面产生接触压力，且铺层厚度变化时，铺放压辊可以上下运动进行自动调节；铺放压辊形状与与大梁模具型面一致，在纤维布铺放到大梁模具表面的过程中，通过铺放压辊上的压力控制器和铺放轴上的张力控制器，使得铺放压辊与铺层之间的压力使铺层与大梁模具之间产生的静摩擦力大于纤维布自身的张力；铺放小车下方设置伺服电机、承重行走轮和行走导向轮，铺放小车与轨道之间通过承重行走轮和行走导向轮进行接触和限位；大梁模具下方设置与大梁模具轴线平行的轨道，伺服电机在计算机控制下驱动铺放小车沿着与大梁模具轴线平行的轨道运动，在运动的过程中，铺放压辊将纤维布铺放到大梁模具表面；铺放完成后，在大梁模具表面建立真空导流系统，将树脂灌注到玻纤布的铺层中，在铺层完全浸透后，将大梁模具升温到树脂固化温度使树脂完全固化，固化完毕后脱模，得到制品。

2.根据权利要求1所述复合材料大梁的自动铺放成型方法，其特征在于所述的大梁模具下方设置四根相互平行的轨道，其中一根轨道为齿条结构，轨道的上表面在与大梁模具固定时保持轨道的上表面与大梁模具的轴线平行。

3.根据权利要求1所述复合材料大梁的自动铺放成型方法，其特征是：所述的铺放小车与其下方的伺服电机之间相对固定，伺服电机轴端设置齿轮，该齿轮与轨道上的齿条相互啮合，通过计算机程序控制伺服电机的运转，使铺放小车按照设定的程序在轨道上运动。

4.根据权利要求1所述复合材料大梁的自动铺放成型方法，其特征是：所述的铺放压辊将纤维布铺放到大梁模具表面的过程中，铺放小车向右移动时采用左侧的铺放压辊来实现铺放，铺放小车向左移动时，则采用右侧的铺放压辊来实现铺放。

5.根据权利要求1所述复合材料大梁的自动铺放成型方法，其特征是：按照计算机程序铺层结束后，需在大梁模具表面建立真空导流系统，在真空压力下将树脂灌注到纤维布的铺层中，在铺层完全浸透后，将大梁模具升温到树脂固化温度使树脂完全固化，固化完毕后脱模，得到复合材料大梁制品。