CN103397490B - 一种纤维展开装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纤维展开装置，包括机架、浸胶辊、挤胶装置、匀纱机构。浸胶辊与机架轴承连接，由电机驱动浸胶辊转动。挤胶装置由三个挤胶辊构成；前方挤胶辊通过调节挤胶装置上下位置，实现纤维束在浸胶辊上的包角调节；后方两个挤胶辊可调节纤维束上胶液厚度；同时为纤维束均匀展开提供压紧力。后方两个挤胶辊间的间隙通过间隙调节机构进行调节，且间隙大小通过间隙测量机构读取。弹簧调节部分可自动调节后方两个挤胶辊间的间隙；匀纱机构包括匀纱辊与匀纱套筒；匀纱套筒套接在匀纱筒上，且开有凹槽，当纤维通过凹槽时，纤维的张力迫使纤维向凹槽两边匀开。本发明的优点为：能够有效控制预浸料的纤维展开宽度，并能够控制浸胶之后的纤维厚度。

Description

一种纤维展开装置

技术领域

本发明涉及一种纤维制品生产设备领域，具体来说，是一种纤维展开装置。

背景技术

复合材料是一种将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起构成的新型材料，复合材料的发展必须依赖于机械制造业为其提供先进的工艺设备。

碳纤维复合材料作为复合材料中的一种，具有比其他复合材料强度高等优点，在航天等领域的应用越来越广泛。而纤维预浸料是生产纤维制品的重要原料，在生产预浸料的过程中，容易出现纤维的宽度不均匀，含胶量不稳定等问题，从而造成预浸料闪缝过多，造成纤维制品的的性能下降，降低生产效率。就目前来说，传统的机械设备已不能满足新材料、新工艺的发展要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种能够有效控制纤维浸胶后展开宽度和厚度，减小预浸纤维材料的闪缝的纤维展开装置，包括机架、主动浸胶辊与挤胶装置、匀纱机构。

其中，机架具有两相互平行竖直设置的侧板，两侧板间安装有主动浸胶辊与挤胶装置；主动浸胶辊与挤胶装置分别位于机架的前部与后部。

所述主动浸胶辊中浸胶辊定轴与机架间固定，而浸胶辊辊轮的两端均通过轴承与机架两侧板相连，通过驱动电机驱动浸胶辊辊轮转动。

所述挤胶装置包括整体框架、挤胶辊组安装框架、间隙调节机构、弹簧调节机构与挤胶辊组；整体框架为矩形框架，竖直设置；内部设置有挤胶辊安装框架；挤胶辊安装框架包括上部框架与下部框架；上部框架与下部框架分别通过间隙调节机构、弹簧调节机构与整体框架相连。

所述间隙调节机构由丝杠螺母与调节旋钮构成；其中，丝杠螺母的螺杆一端与上部框架固连，另一端穿过整体框架顶面后，与调节旋钮螺纹连接；丝杠螺母的螺母通过轴承固定安装在整体框架的顶面上；通过旋动调节旋钮，使丝杠螺母的螺杆带动上部框架上下运动；所述弹簧调节机构由调节杆、弹簧与旋转调节螺母组成；其中，调节杆一端与下部框架的连接板固连，另一端穿过整体框架的底板后，与旋转调节螺母螺纹连接；调节杆上套有弹簧，弹簧两端分别与下部框架和整体框架固连；通过旋转调节螺母实现弹簧弹力大小的调节。

所述挤胶辊组包括挤胶辊A、挤胶辊B与挤胶辊C；其中，挤胶辊A的挤胶辊定轴与上部框架固连；挤胶辊B的挤胶辊定轴与下部框架固连；挤胶辊C的挤胶辊定轴与安装架固连；安装架与上部框架相连；上述挤胶辊C位于挤胶辊A与主动浸胶辊之间，且使挤胶辊A、挤胶辊B、挤胶辊C的轴线均与主动浸胶辊的轴线平行；且挤胶辊A与挤胶辊B的轴线位于同一竖直平面上；挤胶辊A、与挤胶辊C的轴线位于同一水平面上。

所述匀纱机构包括匀纱辊与匀纱辊支架；其中，匀纱辊中匀纱辊定轴通过匀纱辊支架设置在挤胶装置后方；匀纱辊的轴线与主动浸胶辊的轴线平行；匀纱辊中匀纱辊辊轮外侧周向上固定套接有匀纱套筒；匀纱套筒轴向上开有凹槽；当纤维通过凹槽时，纤维的张力可迫使纤维向凹槽两边匀开。

本发明的优点在于：

1、本发明纤维展开装置能够有效保证纤维浸胶后展开宽度均匀，减小预浸料的闪缝；

2、本发明纤维展开装置能够有效控制浸胶之后的纤维厚度，保证纤维的含胶量稳定、均匀；

3、本发明纤维展开装置结构简单、合理，通过选择合适的参数可以适应不同型号碳纤维的生产工艺。

附图说明

图1为本发明纤维展开装置整体结构示意图；

图2为本发明纤维展开装置中主动浸胶辊结构示意图；

图3为本发明纤维展开装置中挤胶装置结构示意图；

图4为本发明纤维展开装置中挤胶辊结构示意图；

图5本发明纤维展开装置中匀纱辊结构示意图

图中：

1-机架                 2-主动浸胶辊        3-挤胶装置         4-匀纱辊

5-固定螺杆             6-加热器            7-传感器支架       8-温度传感器

9-刮胶筒               101-侧板A           102-侧板B          103-竖直通槽

104-横向通槽           201-浸胶辊定轴      202-浸胶辊辊轮     203-轴承座A

204-轴承座B            205-轴承端盖        206-同步带轮       301-整体框架

302-挤胶辊组安装框架   303-间隙调节机构    304-弹簧调节机构   305-挤胶辊组

306-间隙测量机构       307-连接板          302a-上部框架      302b-下部框架

303a-丝杠螺母          303b-调节旋钮       304a-调节杆        304b-弹簧

304c-旋转调节螺母      305a-挤胶辊定轴     305b-挤胶辊辊轮    305c-挤胶辊A

305d-挤胶辊B           305e-挤胶辊C        306a-千分表支架    306b-千分表

401-匀纱辊             402-匀纱辊支架      401a-匀纱辊定轴    401b-匀纱辊辊轮

401c-匀纱套筒          401d-凹槽

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细说明；

本发明纤维展开装置，如图1所示，包括机架1、主动浸胶辊2与挤胶装置3、匀纱机构4；

其中，机架1由侧板A101与侧板B102构成，侧板A101与侧板B102竖直设置，相互平行，两者间安装有主动浸胶辊2与挤胶装置3；

所述主动浸胶辊2位于机架1前部，包括浸胶辊定轴201与浸胶辊辊轮202；浸胶辊辊轮202通过轴承同轴套接在浸胶辊定轴201上，如图2所示；其中，浸胶辊辊轮202两端分别穿过侧板A101与侧板B102后，与轴承座A203、轴承座B204轴承连接，并使主动浸胶辊2的轴线与侧板A101、侧板B102垂直。轴承座A203与轴承座B204均为法兰结构轴承座，分别固定在侧板A101与侧板B102上，轴承座A203与轴承座B204均固定安装有轴承端盖205，通过轴承端盖205对内部轴承进行定位；通过上述连接，实现主动浸胶辊2与机架1间的定位，以及机架1中侧板A101与侧板B102间的定位。浸胶辊定轴201与浸胶辊辊轮202轴向长度相等，一端与轴承座A203或轴承座B204上固定的轴承端盖205固连，另一端为自由端，无连接关系；由此，将浸胶辊辊轮202一端穿过轴承座B204或轴承座A203上固定的轴承端盖205后，与同步带轮206固连，通过电机驱动同步带轮206运动，进而可驱动主动浸胶辊2的浸胶辊辊轮202转动。

所述挤胶装置3位于机架1后部，包括整体框架301、挤胶辊组安装框架302、间隙调节机构303、弹簧调节机构304、间隙测量机构305与挤胶辊组306，如图3所示；整体框架301内部设置有挤胶辊安装框架302；挤胶辊安装框架302用来安装挤胶辊组。

其中，整体框架301为矩形框架，竖直设置；胶辊辊安装框架302包括上部框架302a与下部框架302b；上部框架302a与下部框架302b均由两个相互平行的侧板，以及一个连接两侧板，且与两侧板垂直的连接板构成，由此形成U型框架结构；上部框架302a与下部框架302b分别通过间隙调节机构303、弹簧调节机构304与整体框架301相连。

上述间隙调节机构303由丝杠螺母303a与调节旋钮303b构成；其中，丝杠螺母303a的螺杆竖直设置，一端与上部框架202a的连接板中心位置固连，另一端穿过整体框架301顶面中心位置后，与调节旋钮303b螺纹连接；丝杠螺母303的螺母通过轴承安装在整体框架301的顶面上；由此通过旋动调节旋钮303b，使丝杠螺母303的螺杆带动上部框架302a上下运动。

上述弹簧调节机构304由调节杆304a、弹簧304b与旋转调节螺母304c；其中，调节杆304a具有两根，均竖直设置；两个调节杆304a一端与下部框架302b的连接板两端固连，另一端穿过整体框架301的底板后，与旋转调节螺母304d螺纹连接。两根调节杆304a上均套有弹簧304c，弹簧304c两端分别与下部框架302b的连接板和整体框架301的底板固连；由此通过旋转调节螺母304实现弹簧304c弹力大小的调节。

所述挤胶辊组305为三个挤胶辊，均具有挤胶辊定轴305a，以及通过轴承同轴套接在挤胶辊定轴305a上的挤胶辊辊轮305b，且挤胶辊定轴305两端均具有螺纹结构，分别伸出挤胶辊辊轮305b两端，如图4所示；另三个挤胶辊分别为挤胶辊A305c、挤胶辊B305d与挤胶辊C305e。其中，挤胶辊A305c的挤胶辊定轴305a两端分别与上部框架302a的两侧板螺纹连接；挤胶辊B305d的挤胶辊定轴305a两端分别与下部框架302b螺纹连接；挤胶辊C305e的挤胶辊定轴305a两端分别与一个安装架305d上两侧板间螺纹连接；通过将安装架305d与上部框架202a的连接板相连，实现挤胶辊C305e与上部框架202a间的定位，如图1所示；上述挤胶辊C305e位于挤胶辊A305c与主动浸胶辊2之间，且使挤胶辊A305c、挤胶辊B305d、挤胶辊C305e的轴线均与主动浸胶辊2的轴线平行；且挤胶辊A305c与挤胶辊B305d的轴线位于同一竖直平面上；挤胶辊A305c、与挤胶辊C305e的轴线位于同一水平面上。由此通过间隙调节机构303调节上部框架302a上下位置，可实现挤胶辊A305c与挤胶辊B305d间的间隙；

通过上述结构形成挤胶装置3，挤胶装置3通过固定螺杆5实现与机架间连接与定位，具体为：在整体框架301底面两端安装连接板307，连接板307上开有连接孔，分别与机架1中侧板A101与侧板B102上开设的竖直通槽103配合设置。所述固定螺杆5定位端具有限位螺帽，固定螺杆5穿入端由机架1的侧板A101或侧板B102穿过竖直通槽103以及两个连接板307上的连接孔后，由侧板B102或侧板A101上的通槽103穿出，使限位螺帽与侧板A101或侧板B102贴合，并在固定螺杆5穿入端螺纹连接固定螺母，通过固定螺母拧紧，便可实现整体框架301与机架1间的相对固定；而松开固定螺母后，可使固定螺杆5沿竖直通槽103上下移动，实现整体框架301上下位置的调整。

所述间隙测量机构306包括千分表支架306a与千分表306b；其中，千分表的支架306a安装在整体框架301的顶面两端，千分表306b安装在千分表支架306a上，千分表306b的测量端穿过整体框架201顶面上的通孔与挤胶辊安装框架202中上部框架202a的连接板接触；由此通过千分表306b的读数精确定量的得到挤胶辊A305c与挤胶辊B305d间的间隙大小；在调试时，通过调节千分表306b在千分表支架306a上的位置确定千分表306b的零位，此时挤胶辊A305c与挤胶辊B305d贴合。

所述匀纱机构4包括匀纱辊401与匀纱辊支架402；其中，匀纱辊401包括匀纱辊定轴401a、匀纱辊辊轮401b与匀纱套筒401c，如图5所示，其中，匀纱辊辊轮401b通过轴承与匀纱辊定轴401a同轴套接；匀纱辊辊轮401b外侧周向上固定套接有匀纱套筒401c；匀纱套筒401c轴向上开有凹槽401d，且凹槽401d的底面为外突圆弧弧面；匀纱辊定轴401a一端与匀纱辊辊轮401b一端齐平，另一端具有螺纹结构，螺纹固定在匀纱辊支架402上；匀纱辊支架402固定安装在机架1中侧板A101或侧板B102上，使匀纱辊401的轴线与主动浸胶辊2的轴线平行，且使匀纱辊401位于挤胶装置3后方。由此当纤维通过凹槽401d的底面时，纤维的张力可迫使纤维由底面中部向两边匀开，以优化纤维分布。上述凹槽401d的底面对纤维的影响主要由底面的宽度W及圆弧的半径R来确定。对于不同型号的纤维预浸料，由于其要求的宽度和纤维间隙不同，采用不同的W和R的组合。

本发明纤维展开装置中，在位于主动浸胶辊2内部的浸胶辊定轴201上、三个挤胶辊内部的挤胶辊定轴305a上以及匀纱辊4内部的匀纱辊定轴401a上均固定安装有加热器6，如图2、图4、图5所示，通过加热器6实现对主动浸胶辊2、三个挤胶辊与匀纱辊4的加热，使纤维在匀纱套筒401c的凹槽401d内充分展开；同时在机架1的侧板A或侧板B上还安装有3个传感器支架7，每个传感器支架7上固定安装有一个温度传感器8；三个温度传感器8分别位于主动浸胶辊2上方、挤胶辊A305c上方、匀纱辊401上方，分别用来检测主动浸胶辊2、挤胶辊A305c、匀纱辊401的温度。

本发明中在机架1的侧板A与侧板B间还安装有刮胶筒9，如图1所示，刮胶筒9两端分别与侧板A、侧板B上开设的横向通槽104间滑动连接，使刮胶筒9的轴线与主动浸胶辊2轴线平行，且与主动浸胶辊2的间距可通过刮胶筒9沿横向通槽104滑动进行调节，通过刮胶筒9可刮去主动浸胶辊2上多余的胶液。

在本发明纤维展开装置中，纤维由纱架出来后，依次搭接在主动侵胶辊2与挤胶辊C305e后，穿过挤胶辊A305c与挤胶辊B305d间，搭接在匀纱机构4中匀纱套筒401c上的凹槽401d内，最终接入芯模。由此，本发明纤维展开装置开始工作，首先，主动浸胶辊2、三个挤胶辊与匀纱辊401通过内部加热器6进行加热；通过温度传感器8测量主动浸胶辊2、挤胶辊组305和匀纱辊401的温度，当温度达到设定阈值后，通过驱动电机驱动主动浸胶辊2转动，纤维经过主动浸胶辊2后浸润胶液；随后调节整个挤胶装置3的高度，从而通过挤胶辊C305e实现纤维束在主动浸胶辊2上的接触包角调节。纤维在浸胶后，根据纤维的厚度和含胶量的要求，调节挤胶装置3中挤胶辊A与挤胶辊B间的间隙；当过厚纤维经过挤胶辊A305c与挤胶辊B305d间的间隙时，弹簧调节机构304中的弹簧304b被压缩，由此使挤胶辊B305d下移，从而增大了挤胶辊A305c与挤胶辊B305d间的距离，使过厚纤维得以通过。最终，根据纤维要求的宽度和纤维间隙选择具有合适宽度与圆弧底面半径凹槽的匀纱套筒401c安装在匀纱辊辊轮401上，使纤维通过匀纱套筒401c上的凹槽401d充分展开后进入芯模。

Claims (5)

1.一种纤维展开装置，包括机架、主动浸胶辊与挤胶装置、匀纱机构；

其中，机架具有两相互平行竖直设置的侧板，两侧板间安装有主动浸胶辊与挤胶装置；主动浸胶辊与挤胶装置分别位于机架的前部与后部；

所述主动浸胶辊中浸胶辊定轴与机架间固定，而浸胶辊辊轮的两端均通过轴承与机架两侧板相连，通过驱动电机驱动浸胶辊辊轮转动；

所述主动浸胶辊中浸胶辊辊轮两端分别穿过侧板A与侧板B后，与轴承座A、轴承座B轴承连接；轴承座A与轴承座B分别固定在侧板A与侧板B上，轴承座A与轴承座B均固定安装有轴承端盖；浸胶辊定轴与浸胶辊辊轮轴向长度相等，一端与轴承座A或轴承座B上固定的轴承端盖固连，另一端为自由端；浸胶辊辊轮一端穿过轴承座B或轴承座A上固定的轴承端盖后，与同步带轮固连，通过电机驱动同步带轮运动，进而驱动浸胶辊辊轮转动；

所述挤胶装置包括整体框架、挤胶辊组安装框架、间隙调节机构、弹簧调节机构与挤胶辊组；整体框架为矩形框架，竖直设置；内部设置有挤胶辊安装框架；挤胶辊安装框架包括上部框架与下部框架；上部框架与下部框架分别通过间隙调节机构、弹簧调节机构与整体框架相连；

所述间隙调节机构由丝杠螺母与调节旋钮构成；其中，丝杠螺母的螺杆一端与上部框架固连，另一端穿过整体框架顶面后，与调节旋钮螺纹连接；丝杠螺母的螺母通过轴承固定安装在整体框架的顶面上；通过旋动调节旋钮，使丝杠螺母的螺杆带动上部框架上下运动；所述弹簧调节机构由调节杆、弹簧与旋转调节螺母组成；其中，调节杆一端与下部框架的连接板固连，另一端穿过整体框架的底板后，与旋转调节螺母螺纹连接；调节杆上套有弹簧，弹簧两端分别与下部框架和整体框架固连；通过旋转调节螺母实现弹簧弹力大小的调节；

所述挤胶辊组包括挤胶辊A、挤胶辊B与挤胶辊C；其中，挤胶辊A的挤胶辊定轴与上部框架固连；挤胶辊B的挤胶辊定轴与下部框架固连；挤胶辊C的挤胶辊定轴与安装架固连；安装架与上部框架相连；上述挤胶辊C位于挤胶辊A与主动浸胶辊之间，且使挤胶辊A、挤胶辊B、挤胶辊C的轴线均与主动浸胶辊的轴线平行；且挤胶辊A与挤胶辊B的轴线位于同一竖直平面上；挤胶辊A、与挤胶辊C的轴线位于同一水平面上；

所述匀纱机构包括匀纱辊与匀纱辊支架；其中，匀纱辊中匀纱辊定轴通过匀纱辊支架设置在挤胶装置后方；匀纱辊的轴线与主动浸胶辊的轴线平行；匀纱辊中匀纱辊辊轮外侧周向上固定套接有匀纱套筒；匀纱套筒轴向上开有凹槽；当纤维通过凹槽时，纤维的张力可迫使纤维向凹槽两边匀开；

所述主动浸胶辊、三个挤胶辊以及匀纱辊的定轴上均固定安装有加热器；通过加热器对主动浸胶辊、三个挤胶辊与匀纱辊的加热；

在机架的侧板A或侧板B上还安装有3个传感器支架，每个传感器支架上固定安装有一个温度传感器；三个温度传感器分别位于主动浸胶辊、挤胶辊A与匀纱辊的上方；分别用来检测主动浸胶辊、挤胶辊A、匀纱辊的温度；

在纤维展开装置中，纤维由纱架出来后，依次搭接在主动侵胶辊与挤胶辊C后，穿过挤胶辊A与挤胶辊B间，搭接在匀纱机构中匀纱套筒上的凹槽内，最终接入芯模。

2.如权利要求1所述一种纤维展开装置，其特征在于：所述整体框架底面两端安装连接板，连接板上开有连接孔，分别与机架中两侧板上开设的竖直通槽配合设置；通过固定螺杆穿入端由机架的一侧穿入竖直通槽以及两个连接板上的连接孔后，由机架另一侧的竖直通槽穿出；使固定螺杆限位端上的限位螺帽与机架贴合，并在固定螺杆穿入端螺纹连接固定螺母，通过拧紧固定螺母，实现整体框架与机架间的相对固定；松开螺母后，使固定螺杆沿竖直通槽上下移动，实现挤胶装置相对机架的上下位置可调。

3.如权利要求1所述一种纤维展开装置，其特征在于：所述整体框架顶面安装有间隙测量机构；间隙测量机构包括千分表支架与千分表；其中，千分表的支架安装在整体框架的顶面，千分表安装在千分表支架上，千分表的测量端穿过整体框架顶面上的通孔与挤胶辊安装框架中上部框架接触，通过千分表的读数精确定量的得到挤胶辊A与挤胶辊B间的间隙大小。

4.如权利要求1所述一种纤维展开装置，其特征在于：所述匀纱套筒中凹槽具有圆弧底面。

5.如权利要求1所述一种纤维展开装置，其特征在于：还具有刮胶筒，刮胶辊的轴线与主动浸胶辊轴线平行设置；刮胶筒两端分别与机架两侧板上开设的横向凹槽间配合滑动连接，实现刮胶辊沿横向凹槽滑动。