CN106994787B - 一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置及方法，该装置包括用于生产薄壁表面构件的薄壁表面构件生产装置、与所述薄壁表面构件生产装置平行设置的且用于生产支撑构件的支撑构件生产装置以及用于将所述薄壁表面构件和支撑构件相互胶合的合模胶合装置；该装置能够全自动化生产双层贴合的碳纤维复合材料，能够实现对零件的上下两面可选择性吸附并进行上下翻转，灵活性强，保证材料翻转后的平稳性，提高翻转精度，减少翻转和转运所需时间，有效提高碳纤维复合材料生产线的生产效率。

Description

一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置及方法
技术领域
本发明涉及一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置及方法，属于机器制造的技术领域。
背景技术
随着科技的进步，各种碳纤维材料不断涌现，光是在汽车上，内饰、整体框架、燃料罐、座椅加热垫、轮毂、碳纤维汽车方向盘、碳纤维汽车行李箱盖等都可以用碳纤维来制作。碳纤维覆盖了很多行业，而且还在不断扩张中。它给我们的生活带来了更有品质的生活，给我们提供了更舒适、更安全的环境。
碳纤维复合材料是一种含碳量非常高的复合纤维，很纤细，一根普通的碳纤维单丝大概只有头发丝的20分之一左右。看它这么细，似乎很柔弱，一拉就断的感觉，其实不然，它的强度比钢材还要高上几倍，然而单纯的碳纤维复合材料具有碳纤维复合材料的特点是抗拉强，抗剪差，因此生产一种具有高强度的碳纤维复合材料是迫切主要的。
此外，在碳纤维复合材料生产在生产的过程中，工件需要从一道工序转运到另一道工序，且转运的过程中下一道工序对工件的不同面进行加工，这样就需要对工件进行翻转，以适应不同面的加工，然而工件的有些表面已经加工过就不适宜吸盘对其进行吸附，以防止对已加工的表面进行破坏。
公布号为CN103803324A的中国专利公开了一种板材翻转装置及其翻转方法，包括支座架、承料台、升降装置、吸盘转座、吸盘架、吸盘、水平移动装置，所述升降装置和水平移动装置分别驱动所述吸盘转座竖直和水平运动，所述吸盘转座连接所述吸盘架，所述吸盘架上连接所述吸盘，所述吸盘在静止时保持在吸盘架顶部。它是利用吸盘和工件吸附后重心位置相对于吸盘转座偏心的特点，来实现对工件的180度翻转。该装置存在以下的一些问题：一、该板材翻转装置的承料台为两平行的支架，使得翻转后放置于其上的材料不够平稳；二、该板材翻转装置依靠偏心和重心的作用，通过升降装置和吸盘转座的配合实现材料的翻转，翻转误差大，效率低，装置间的协调繁琐。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置及方法，双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置能够全自动化生产双层贴合的碳纤维复合材料，能够实现对零件的上下两面可选择性吸附并进行上下翻转，灵活性强，保证材料翻转后的平稳性，提高翻转精度，减少翻转和转运所需时间，有效提高碳纤维复合材料生产线的生产效率；此外，双层贴合的碳纤维复合材料由薄壁表面构件以及支撑构件贴合而成，薄壁表面构件采用碳纤维成型工艺后碳纤维丝形成平行于成型面的分布状态，垂直于成型面的强度相对较差，而支撑构件纤维处于随机分布状态，增加了垂直于成型面的强度，因此两者的胶合实现了更好的整体性能。
本发明的技术方案如下：
一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，包括薄壁表面构件生产装置、支撑构件生产装置以及用于将所述薄壁表面构件和支撑构件相互胶合的合模胶合装置，所述薄壁表面构件生产装置包括第一自动转运装置以及设置在第一自动转运装置侧边的薄壁表面构件成型装置、第一翻转工作台、第一冷却装置、第一切边装置、第一清洗装置以及对薄壁表面构件下表面进行涂胶的第一涂胶装置，所述支撑构件生产装置包括第二自动转运装置以及设置在第二自动转运装置侧边的支撑构件成型装置、第二翻转工作台、第二冷却装置、第二切边装置、第二清洗装置以及第二涂胶装置，所述第一自动转运装置包括水平移动轨道、设置在水平移动轨道上可水平移动的行走底座和固定在行走底座上的机器人，机器人的机械臂上连接有吸盘支架，吸盘支架安装有真空吸盘，机器人带动吸盘支架上下翻转和竖直方向移动。
其中，第一自动转运装置在薄壁表面构件成型装置、第一翻转工作台、第一冷却装置、第一切边装置、第一清洗装置、第一涂胶装置以及合模胶合装置之间转运薄壁表面构件。
其中，所述第二自动转运装置、第二翻转工作台、第二冷却装置、第二切边装置、第二清洗装置以及第二涂胶装置与第一自动转运装置、第一翻转工作台、第一冷却装置、第一切边装置、第一清洗装置以及第一涂胶装置结构相同。
其中，所述薄壁表面构件成型装置的模具模腔的下表面与支撑构件成型装置的模具模腔的上表面形状一致，薄壁表面构件中的碳纤维平行于表面分布，支撑构件中的增强纤维呈随机分布。
其中，第一翻转工作台的形状与薄壁表面构件相贴合，第一翻转工作台面对机器人的侧面上设置有供吸盘支架上下运动的通道，通道的宽度大于真空吸盘的宽度且通道的深度大于真空吸盘的高度。
其中，所述第一切边装置包括切边铣刀、定位装置和负压吸气式除尘装置，切边铣刀由机器人带动，定位装置固定被切边零件的位置，定位装置与机器人之间设置有感应相互位置的传感器，负压吸气式除尘装置利用负压去除切边装置产生的含碳纤维的粉尘。
其中，所述机器人包括依次顺序连接的转盘、第一机械臂、第二机械臂和旋转关节，转盘设置于行走底座上，第一机械臂下端与转盘转动副连接，第一机械臂下端与行走底座转动副连接，第一机械臂上端与第二机械臂一端转动副连接，第二机械臂另一端与旋转关节固定连接，旋转关节的转动部固定，旋转关节的转动部与吸盘支架固定连接。
其中，所述行走底座包括驱动机构以及检测实时位置的传感器，驱动机构驱动行走底座在水平移动轨道上行走；所述驱动机构是伺服电机，传感器是一种与伺服电机相连接的编码器，所述水平移动轨道设置有编码器的校正装置，校正装置是为作为编码器的零位的机械挡块。
本发明还包括一种双层贴合的碳纤维复合材料的方法，包含如下步骤：
S1：薄壁表面构件在薄壁表面构件成型装置内成型，支撑构件在支撑构件成型装置内成型；
S2：第一自动转运装置的驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，同时机器人带动吸盘支架在竖直方向移动，从而使真空吸盘伸入薄壁表面构件成型装置内，吸附并取出已经成型的薄壁表面构件，同时第二自动转运装置从支撑构件成型装置内吸附并取出已经成型的支撑构件；
S3：第一自动转运装置的驱动机构驱动行走底座沿着水平移动轨道移动，带动机器人将已经成型的薄壁表面构件转运至第一翻转工作台并将已经成型的薄壁表面构件放置在第一翻转工作台的通道的上方，机器人带动吸盘支架伸入通道内；真空吸盘对已经成型的薄壁表面构件的下表面进行吸附后上移至第一翻转工作台的上方后进行翻转；同时已经成型的支撑构件由第二自动转运装置转运至第二翻转工作台上并进行翻转；
S4：第一自动转运装置将薄壁表面构件依次送往第一冷却装置、第一切边装置、第一清洗装置、第一涂胶装置中，进行冷却、切边、清洗以及涂胶；同时第二自动转运装置将第二冷却装置、第二切边装置、第二清洗装置以及第二涂胶装置中，进行冷却、切边、清洗以及涂胶；
S5：涂胶后的薄壁表面构件和支撑构件分别由第一自动转运装置和第二自动转运装置送往合模胶合装置中进行贴合。
本发明具有如下有益效果：
本发明的双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置及方法，能够实现对零件的上下两面可选择性吸附并进行上下翻转，灵活性强，保证材料翻转后的平稳性，提高翻转精度，减少翻转和转运所需时间，有效提高碳纤维复合材料生产线的生产效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的自动转运装置的侧面结构示意图；
图3为本发明的的机器人的结构示意图；
图4为本发明的翻转工作台的的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-薄壁表面构件生产装置、11-第一自动转运装置、111-水平移动轨道、1111-机械挡块、112-行走底座、113-机器人、1131-转盘、1132-第一机械臂、1133-第二机械臂、1134-旋转关节、1135-吸盘支架、1136-真空吸盘、12-薄壁表面构件成型装置、13-第一翻转工作台、131-通道、14-第一冷却装置、15-第一切边装置、151-切边铣刀、152-定位装置、153-负压吸气式除尘装置、16-第一清洗装置、17-第一涂胶装置、2-支撑构件生产装置、21-第二自动转运装置、22-支撑构件成型装置、23-第二翻转工作台、24-第二冷却装置、25-第二切边装置、26-第二清洗装置、27-第二涂胶装置、3-合模胶合装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
参见图1至图4，一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，包括用于生产薄壁表面构件的薄壁表面构件生产装置1、与所述薄壁表面构件生产装置1平行设置的且用于生产支撑构件的支撑构件生产装置2以及用于将所述薄壁表面构件和支撑构件相互胶合的合模胶合装置3；
所述薄壁表面构件生产装置1包括第一自动转运装置11以及设置在第一自动转运装置11侧边的成型薄壁表面构件的薄壁表面构件成型装置12、第一翻转工作台13、冷却薄壁表面构件的第一冷却装置14、对薄壁表面构件进行切边的第一切边装置15、清除薄壁表面构件上杂物的第一清洗装置16以及对薄壁表面构件下表面进行涂胶的第一涂胶装置17；第一自动转运装置11在薄壁表面构件成型装置12、第一翻转工作台13、第一冷却装置14、第一切边装置15、第一清洗装置16、第一涂胶装置17以及合模胶合装置3之间转运薄壁表面构件；
所述支撑构件生产装置2包括第二自动转运装置21以及设置在第二自动转运装置21侧边的成型支撑构件的支撑构件成型装置22、第二翻转工作台23、冷却支撑构件的第二冷却装置24、对支撑构件进行切边的第二切边装置25、清除支撑构件上杂物的第二清洗装置26以及对支撑构件下表面进行涂胶的第二涂胶装置27；第二自动转运装置21在支撑构件成型装置22、第二翻转工作台23、第二冷却装置24、第二切边装置25、第二清洗装置26、第二涂胶装置27以及合模胶合装置3之间转运支撑构件；
所述第二自动转运装置21、第二翻转工作台23、第二冷却装置24、第二切边装置25、第二清洗装置26以及第二涂胶装置27与第一自动转运装置11、第一翻转工作台13、第一冷却装置14、第一切边装置15、第一清洗装置16以及第一涂胶装置17结构相同；
所述薄壁表面构件成型装置12的模具模腔的下表面与支撑构件成型装置22的模具模腔的上表面形状一致，薄壁表面构件中的碳纤维平行于表面分布，支撑构件中的增强纤维呈随机分布；所述薄壁表面构件成型装置12包含碳纤维层状铺设装置；或者所述薄壁表面构件成型装置12包含预成型装置，所述预成型装置包含碳纤维层状铺设装置。通过薄壁表面构件和支撑构件的组合达到最佳的性能。碳纤维复合材料的特点是抗拉强，抗剪差，因此薄壁表面构件采用碳纤维成型工艺后碳纤维丝形成平行于成型面的分布状态，垂直于成型面的强度相对较差，而支撑构件纤维处于随机分布状态，增加了垂直于成型面的强度，因此薄壁表面构件和支撑构件二者的胶合实现了更好的整体性能。
所述薄壁表面构件成型装置12可以为一种铺设层状纤维的HP-RTM或RTM或SMC碳纤维成型装置；所述支撑构件成型装置22可以是纤维的随机分布的SMC碳纤维成型装置或纤维增强热塑性复合材料成型装置包括LFT-D,LFT-G。
所述合模胶合装置3是一种压力机。
其中，所述第一自动转运装置11包括水平移动轨道111、设置在水平移动轨道111上可水平移动的行走底座112和固定在行走底座112上的机器人113，机器人113的机械臂上连接有吸盘支架1135，吸盘支架1135安装有真空吸盘1136，机器人113带动吸盘支架1135上下翻转和竖直方向移动；第一翻转工作台13的形状与薄壁表面构件相贴合，第一翻转工作台13面对机器人113的侧面上设置有供吸盘支架1135上下运动的通道131，通道131的宽度大于真空吸盘1136的宽度且通道131的深度大于真空吸盘1136的高度。
其中，所述第一切边装置15包括切边铣刀151、定位装置152和负压吸气式除尘装置153，切边铣刀151由机器人113带动，定位装置152固定被切边零件的位置，定位装置152与机器人113之间设置有感应相互位置的传感器，负压吸气式除尘装置153利用负压去除第一切边装置15产生的含碳纤维的粉尘。
其中，所述机器人113包括依次顺序连接的转盘1131、第一机械臂1132、第二机械臂1133和旋转关节1134，转盘1131设置于行走底座112上，第一机械臂1132下端与转盘1131转动副连接，第一机械臂1132下端与行走底座112转动副连接，第一机械臂1132上端与第二机械臂1133一端转动副连接，第二机械臂1133另一端与旋转关节1134固定连接，旋转关节1134的转动部固定，旋转关节1134的转动部与吸盘支架1135固定连接。
其中，所述行走底座112包括驱动机构以及检测实时位置的传感器，驱动机构驱动行走底座112在水平移动轨道111上行走。
其中，所述驱动机构是伺服电机，传感器是一种与伺服电机相连接的编码器。
其中，所述水平移动轨道111设置有编码器的校正装置，校正装置是为作为编码器的零位的机械挡块1111。
本发明还包括一种生产双层贴合的碳纤维复合材料的方法，包括如下步骤：
S1：薄壁表面构件在薄壁表面构件成型装置12内成型，支撑构件在支撑构件成型装置22内成型；
S2：第一自动转运装置11的驱动机构驱动行走底座112沿着水平移动轨道111移动，同时机器人113带动吸盘支架1135在竖直方向移动，从而使真空吸盘1136伸入薄壁表面构件成型装置12内，吸附并取出已经成型的薄壁表面构件，同时第二自动转运装置21从支撑构件成型装置22内吸附并取出已经成型的支撑构件；
S3：第一自动转运装置11的驱动机构驱动行走底座112沿着水平移动轨道111移动，带动机器人113将已经成型的薄壁表面构件转运至第一翻转工作台13并将已经成型的薄壁表面构件放置在第一翻转工作台13的通道131的上方，机器人113带动吸盘支架1135伸入通道131内；真空吸盘1136对已经成型的薄壁表面构件的下表面进行吸附后上移至第一翻转工作台13的上方后进行翻转；同时已经成型的支撑构件由第二自动转运装置21转运至第二翻转工作台23上并进行翻转；
S4：第一自动转运装置11将翻转后的薄壁表面构件送往第一冷却装置14进行冷却；同时第二自动转运装置21将翻转后的支撑构件送往第二冷却装置24进行冷却；
S5：冷却后的薄壁表面构件由第一自动转运装置11送往第一切边装置15进行切边和除尘，同时冷却后的支撑构件由第二自动转运装置21送往第二切边装置25进行切边和除尘；
S6：切边和除尘后的薄壁表面构件由第一自动转运装置11送往第一清洗装置16进行清洗，同时清洗后的支撑构件由第二自动转运装置21送往第二清洗装置26进行清洗；
S7：清洗后的薄壁表面构件由第一自动转运装置11送往第一涂胶装置17进行涂胶，同时清洗后的支撑构件由第二自动转运装置21送往第二涂胶装置27进行涂胶；
S8：涂胶后的薄壁表面构件和支撑构件分别由第一自动转运装置11和第二自动转运装置21送往合模胶合装置3中进行贴合。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：包括薄壁表面构件生产装置(1)、支撑构件生产装置(2)以及用于将所述薄壁表面构件和支撑构件相互胶合的合模胶合装置(3)，所述薄壁表面构件生产装置(1)包括第一自动转运装置(11)以及设置在第一自动转运装置(11)侧边的薄壁表面构件成型装置(12)、第一翻转工作台(13)、第一冷却装置(14)、第一切边装置(15)、第一清洗装置(16)以及对薄壁表面构件下表面进行涂胶的第一涂胶装置(17)，所述支撑构件生产装置(2)包括第二自动转运装置(21)以及设置在第二自动转运装置(21)侧边的支撑构件成型装置(22)、第二翻转工作台(23)、第二冷却装置(24)、第二切边装置(25)、第二清洗装置(26)以及第二涂胶装置(27)，所述第一自动转运装置(11)包括水平移动轨道(111)、设置在水平移动轨道(111)上可水平移动的行走底座(112)和固定在行走底座(112)上的机器人(113)，机器人(113)的机械臂上连接有吸盘支架(1135)，吸盘支架(1135)安装有真空吸盘(1136)，机器人(113)带动吸盘支架(1135)上下翻转和竖直方向移动。
2.如权利要求1所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：第一自动转运装置(11)在薄壁表面构件成型装置(12)、第一翻转工作台(13)、第一冷却装置(14)、第一切边装置(15)、第一清洗装置(16)、第一涂胶装置(17)以及合模胶合装置(3)之间转运薄壁表面构件。
3.如权利要求1所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：所述第二自动转运装置(21)、第二翻转工作台(23)、第二冷却装置(24)、第二切边装置(25)、第二清洗装置(26)以及第二涂胶装置(27)与第一自动转运装置(11)、第一翻转工作台(13)、第一冷却装置(14)、第一切边装置(15)、第一清洗装置(16)以及第一涂胶装置(17)结构相同。
4.如权利要求1所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：所述薄壁表面构件成型装置(12)的模具模腔的下表面与支撑构件成型装置(22)的模具模腔的上表面形状一致，薄壁表面构件中的碳纤维平行于表面分布，支撑构件中的增强纤维呈随机分布。
5.如权利要求1所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：第一翻转工作台(13)的形状与薄壁表面构件相贴合，第一翻转工作台(13)面对机器人(113)的侧面上设置有供吸盘支架(1135)上下运动的通道(131)，通道(131)的宽度大于真空吸盘(1136)的宽度且通道(131)的深度大于真空吸盘(1136)的高度。
6.如权利要求5所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：所述第一切边装置(15)包括切边铣刀(151)、定位装置(152)和负压吸气式除尘装置(153)，切边铣刀(151)由机器人(113)带动，定位装置(152)固定被切边零件的位置，定位装置(152)与机器人(113)之间设置有感应相互位置的传感器，负压吸气式除尘装置(153)利用负压去除切边装置(15)产生的含碳纤维的粉尘。
7.如权利要求5所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：所述机器人(113)包括依次顺序连接的转盘(1131)、第一机械臂(1132)、第二机械臂(1133)和旋转关节(1134)，转盘(1131)设置于行走底座(112)上，第一机械臂(1132)下端与转盘(1131)转动副连接，第一机械臂(1132)下端与行走底座(112)转动副连接，第一机械臂(1132)上端与第二机械臂(1133)一端转动副连接，第二机械臂(1133)另一端与旋转关节(1134)固定连接，旋转关节(1134)的转动部固定，旋转关节(1134)的转动部与吸盘支架(1135)固定连接。
8.如权利要求5所述的一种双层贴合的碳纤维复合材料的制备装置，其特征在于：所述行走底座(112)包括驱动机构以及检测实时位置的传感器，驱动机构驱动行走底座(112)在水平移动轨道(111)上行走；所述驱动机构是伺服电机，传感器是一种与伺服电机相连接的编码器，所述水平移动轨道(111)设置有编码器的校正装置，校正装置是为作为编码器的零位的机械挡块(1111)。
9.采用权利要求1所述的制备装置生产双层贴合的碳纤维复合材料的方法，包含如下步骤：
S1：薄壁表面构件在薄壁表面构件成型装置(12)内成型，支撑构件在支撑构件成型装置(22)内成型；
S2：第一自动转运装置(11)的驱动机构驱动行走底座(112)沿着水平移动轨道(111)移动，同时机器人(113)带动吸盘支架(1135)在竖直方向移动，从而使真空吸盘(1136)伸入薄壁表面构件成型装置(12)内，吸附并取出已经成型的薄壁表面构件，同时第二自动转运装置(21)从支撑构件成型装置(22)内吸附并取出已经成型的支撑构件；
S3：第一自动转运装置(11)的驱动机构驱动行走底座(112)沿着水平移动轨道(111)移动，带动机器人(113)将已经成型的薄壁表面构件转运至第一翻转工作台(13)并将已经成型的薄壁表面构件放置在第一翻转工作台(13)的通道(131)的上方，机器人(113)带动吸盘支架(1135)伸入通道(131)内；真空吸盘(1136)对已经成型的薄壁表面构件的下表面进行吸附后上移至第一翻转工作台(13)的上方后进行翻转；同时已经成型的支撑构件由第二自动转运装置(21)转运至第二翻转工作台(23)上并进行翻转；
S4：第一自动转运装置(11)将薄壁表面构件依次送往第一冷却装置(14)、第一切边装置(15)、第一清洗装置(16)、第一涂胶装置(17)中，进行冷却、切边、清洗以及涂胶；同时第二自动转运装置(21)将翻转后的支撑构件送往第二冷却装置(24)、第二切边装置(25)、第二清洗装置(26)以及第二涂胶装置(27)中，进行冷却、切边、清洗以及涂胶；
S5：涂胶后的薄壁表面构件和支撑构件分别由第一自动转运装置(11)和第二自动转运装置(21)送往合模胶合装置(3)中进行贴合。
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