CN104385620A - 一种碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法，依次通过模具的选用、铺层、封口、入模、固化及后处理，制得碳纤维机械手臂，采用碳纤维增强复合材料，使得碳纤维机械手臂具有强度大、模量高、质地轻、不易变形、设计性和加工性好的特点，减轻了机械手臂重量，减少电机功率，节约能耗，制造出适合在各种环境下作业的碳纤维机器手臂；使用模压一体成型技术，超高压外扩工艺使结构更加密实，保证了碳纤维机械手臂的安全性，实现生产过程快速自动化，提高劳动生产率，减轻机械手劳动强度，节约生产能耗，保证产品稳定及产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种制作机械手臂的方法，特别涉及一种碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法。
背景技术
机械人是工业生产发展中的必然产物。它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术装备。这种新颖技术装备的出现和应用，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用，因而具有强大的生命力，受到人们的广泛重视和欢迎。
国内的机械手臂几乎都是钢、铁、铝合金等金属材料制造而成，而采用金属材料制作机械手臂的过程中存在速度慢、能耗大、易变形磨损等缺点，且这些材料的成型条件复杂，成型难度大，成型后因金属材料本身的特性，使得制造好的机械手臂抗震性及抗氧化性不佳，若采用铝合金，则会增加制作成本，不经济，且采用金属材料制作机械手臂，无法实现快速自动化生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，使用方便的碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本发明是一种碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法，其特点是，其步骤如下，
((1)模具的选用：选用钢质的外模具和木质的芯模，芯模的截面为长方形；
(2)模具的预处理：先用软质材料的布料轻轻擦掉芯模表面的灰尘和油渍，再在干净的芯模表面包覆一层塑料薄膜，接着，对整个外模具进行预热，再在预热后的外模具内腔上均匀涂覆脱模剂；
(3)铺层：选用面密度为150g/m2、树脂含量为38%-40%的预浸料，先将预浸料在包覆有塑料薄膜的芯模上铺设2-5层，每层包括铺层Ⅰ和铺层Ⅱ，所述的铺层Ⅰ为沿芯模长度±45°方向交替缠绕而成，厚度为0.2mm-0.4mm，所述的铺层Ⅱ为沿芯模长度0°方向包缠，厚度为0.1mm-0.3mm，
每铺一层都要缠紧，在截面呈直角形状处要用工具将预浸料压实，再用压力机将铺层完毕后的整个预浸料压实，不能有气泡及分层，压实后制得碳纤维机械手臂长条；
(4)封口：抽出芯模，取下碳纤维机械手臂长条，在碳纤维机械手臂长条内部放入四根厚度为5-6mm的角铁，用高温胶带和矽胶将角铁固定，在角铁与角铁之间的空隙位置放入厚度为3-4mm的钢板，再将气袋放入碳纤维机械手臂长条的内部，气袋一端封口，气袋的另一端穿上气嘴并用碳纤维预浸料密封，与气袋密封端相对的碳纤维机械手臂长条一端用碳纤维预浸料密封，封口后用1.5-2公斤的压力检查密封是否良好，不能漏气；
(5)入模：将封口后的碳纤维机械手臂长条放入外模具中，封闭外模具；
(6)固化：将装有碳纤维机械手臂长条的外模具推入固化炉中，升温至145℃-155℃，再往气袋里注入大气直至袋内气压为10～12KG/m3，停止注入，待碳纤维机械手臂长条固化至其中树脂的含量为26%-30%，停止加热；
(7)后处理：固化完成后，冷压固型，即待外模具温度降到50℃以下后再脱模，脱模后形成粗坯，从粗坯中抽出气袋、角铁和钢板，然后打磨、修整、裁尾、开槽和开孔，最终制得碳纤维机械手臂。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述塑料薄膜的厚度为2-3丝。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，所述气袋的外径比碳纤维机械手臂长条的外径大1-2mm。
与现有技术相比，本发明通过利用碳纤维复合材料强度大、模量高、质地轻、不易变形、设计性和加工性好的优势，制成碳纤维机械手臂，减轻了机械手臂重量，减少电机功率，节约能耗，制造出适合在各种环境下作业的碳纤维机器手臂；使用模压一体成型技术，超高压外扩工艺使结构更加密实，保证了碳纤维机械手臂的安全性，实现生产过程快速自动化，提高劳动生产率，减轻机械手劳动强度，节约生产能耗，保证产品稳定及产品质量。
具体实施方式
一种碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法，其步骤如下，
(1)模具的选用：选用钢质的外模具和木质的芯模，钢质外模具具有强度高、变形小、尺寸准确等要求，木质芯模选用风干的樟树，变形小，质量好，更换成本低，芯模的截面为长方形，芯模的长度与机械手臂的长度之差大于50cm，芯模的截面尺寸为机械手臂外径尺寸减2个壁厚；
(2)模具的预处理：先用软质材料的布料轻轻擦掉芯模表面的灰尘和油渍，再在干净的芯模表面包覆一层塑料薄膜，便于脱模，接着，对整个外模具进行预热，再在预热后的外模具内腔上均匀涂覆脱模剂，便于脱模；
(3)铺层：选用面密度为150g/m2、树脂含量为38%-40%的预浸料，先将预浸料在包覆有塑料薄膜的芯模上铺设2-5层，每层包括铺层Ⅰ和铺层Ⅱ，所述的铺层Ⅰ为沿芯模长度±45°方向交替缠绕而成，厚度为0.2mm-0.4mm，所述的铺层Ⅱ为沿芯模长度0°方向包缠，厚度为0.1mm-0.3mm，
每铺一层都要缠紧，在截面呈直角形状处要用工具将预浸料压实，再用压力机将铺层完毕后的整个预浸料压实，不能有气泡及分层，压实后制得碳纤维机械手臂长条；
(4)封口：抽出芯模，取下碳纤维机械手臂长条，在碳纤维机械手臂长条内部放入四根厚度为5-6mm的角铁，在碳纤维机械手臂长条的内壁左右各增加与其长度一致的角铁，依靠角铁本身的直角边，使得成型后的碳纤维机械手臂长条内壁也得到相同的直角边，用高温胶带和矽胶将角铁固定在碳纤维机械手臂长条的四个角处，在角铁与角铁之间的空隙位置放入厚度为3-4mm的钢板，在钢板的作用下，碳纤维机械手臂长条内壁的平面也相对平整，再将气袋放入碳纤维机械手臂长条内部，气袋一端封口，气袋的另一端穿上气嘴并用碳纤维预浸料密封，与气袋密封端相对的碳纤维机械手臂长条一端用碳纤维预浸料密封，使其符合外模具的内腔尺寸，封口后用1.5-2公斤的压力检查密封是否良好，不能漏气；
(5)入模：将封口后的碳纤维机械手臂长条放入外模具中，封闭外模具；
(6)固化：将装有碳纤维机械手臂长条的外模具推入固化炉中，升温至145℃-155℃，再往气袋里注入大气直至袋内气压为10～12KG/m3，停止注入，待碳纤维机械手臂长条固化至其中树脂的含量为26%-30%，停止加热，依制品类型计算加热加压的时间，按照升温-保温固化曲线固化；
(7)后处理：固化完成后，为了预防尺寸变化，减少产品变形，需冷压固型，即待外模具温度降到50℃以下后再脱模，脱模后形成粗坯，从粗坯中抽出气袋、角铁和钢板，然后打磨、修整、裁尾、开槽和开孔，最终制得碳纤维机械手臂。
所述塑料薄膜的厚度为2-3丝，便于脱模。
所述气袋的外径比材料碳纤维机械手臂长条的外径大1-2mm，不能太大和太小，太大了产品内部有折痕，太小了产品撑不开，影响产品的密实度。
利用碳纤维复合材料强度大、模量高、质地轻、不易变形、设计性和加工性好的优势，制成碳纤维机械手臂，减轻了机械手臂重量，减少电机功率，节约能耗，制造出适合在各种环境下作业的碳纤维机器手臂；使用模压一体成型技术，超高压外扩工艺使结构更加密实，保证了碳纤维机械手臂的安全性，实现生产过程快速自动化，提高劳动生产率，减轻机械手劳动强度，节约生产能耗，保证产品稳定及产品质量。
Claims (3)
1.一种碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法，其特征在于：其步骤如下，
(1)模具的选用：选用钢质的外模具和木质的芯模，芯模的截面为长方形；
(2)模具的预处理：先用软质材料的布料轻轻擦掉芯模表面的灰尘和油渍，再在干净的芯模表面包覆一层塑料薄膜，接着，对整个外模具进行预热，再在预热后的外模具内腔上均匀涂覆脱模剂；
(3)铺层：选用面密度为150g/m2、树脂含量为38%-40%的预浸料，先将预浸料在包覆有塑料薄膜的芯模上铺设2-5层，每层包括铺层Ⅰ和铺层Ⅱ，所述的铺层Ⅰ为沿芯模长度±45°方向交替缠绕而成，厚度为0.2mm-0.4mm，所述的铺层Ⅱ为沿芯模长度0°方向包缠，厚度为0.1mm-0.3mm，
每铺一层都要缠紧，在截面呈直角形状处要用工具将预浸料压实，再用压力机将铺层完毕后的整个预浸料压实，不能有气泡及分层，压实后制得碳纤维机械手臂长条；
(4)封口：抽出芯模，取下碳纤维机械手臂长条，在碳纤维机械手臂长条内部放入四根厚度为5-6mm的角铁，用高温胶带和矽胶将角铁固定，在角铁与角铁之间的空隙位置放入厚度为3-4mm的钢板，再将气袋放入碳纤维机械手臂长条内部，气袋一端封口，气袋的另一端穿上气嘴并用碳纤维预浸料密封，与气袋密封端相对的碳纤维机械手臂长条一端用碳纤维预浸料密封，封口后用1.5-2公斤的压力检查密封是否良好，不能漏气；
(5)入模：将封口后的碳纤维机械手臂长条放入外模具中，封闭外模具；
(6)固化：将装有碳纤维机械手臂长条的外模具推入固化炉中，升温至145℃-155℃，再往气袋里注入大气，直至袋内气压为10～12KG/m3，停止注入，待碳纤维机械手臂长条固化至其中树脂的含量为26%-30%，停止加热；
(7)后处理：固化完成后，冷压固型，即待外模具温度降到50℃以下后再脱模，脱模后形成粗坯，从粗坯中抽出气袋、角铁和钢板，然后打磨、修整、裁尾、开槽和开孔，最终制得碳纤维机械手臂。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法，其特征在于：所述塑料薄膜的厚度为2-3丝。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料制作机械手臂的方法，其特征在于：所述气袋的外径比碳纤维机械手臂长条的外径大1-2mm。
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Effective date of registration: 20190109 Address after: 222000 No. 6, Yun Qiao Road, Dapu Industrial Zone, Lianyungang economic and Technological Development Zone, Lianyungang, Jiangsu Patentee after: Lianyungang Eagle composite Mstar Technology Ltd Address before: 222000 No. 6, Yun Qiao Road, Dapu Industrial Zone, Lianyungang economic and Technological Development Zone, Lianyungang, Jiangsu Patentee before: Lianyungang Shenying carbon fiber bicycle Limited by Share Ltd |
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Denomination of invention: Method for manufacturing mechanical arm with carbon fiber reinforced composite material Effective date of registration: 20210831 Granted publication date: 20160518 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Lianyungang branch Pledgor: LIANYUNGANG SHENYING COMPOSITE MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980008613 |
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Date of cancellation: 20220527 Granted publication date: 20160518 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Lianyungang branch Pledgor: LIANYUNGANG SHENYING COMPOSITE MATERIAL TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021980008613 |