CN107031030A - 一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备及其成形方法 - Google Patents

一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备及其成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备及其成形方法，涉及复合材料零件成形技术，该设备由缠绕装置1、转移装置2、传送装置3和加热装置4组成；缠绕装置1由电机6、电机控制柜5和芯模12组成；转移装置2由机械臂11、底座10和外模14组成；传送装置3由导轨7、传动辊9和支架8组成；纤维在缠绕装置1中缠绕在芯模上后，被转移装置2转移至传送装置3上方的外模内，然后输送至加热装置4加热成型后脱模取件。本发明实现了不同规格的各种类纤维复合材料螺旋弹簧的批量化生产。

Description

一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备及其成形方法
技术领域
本发明属于机械工程技术领域，涉及复合材料零件成形技术，具体涉及一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备及其成形方法。
背景技术
就汽车行业而言，随着对整车轻量化的要求越来越高，对轻质高性材料的需求越发迫切。复合材料螺旋弹簧主要由各种纤维丝或纤维织物、树脂及各种助剂组成，具有优异的机械性能、热稳定性、耐化学防腐性，且重量较轻(同体积纤维复合材料螺旋弹簧比钢弹簧减重40-70％)；因此，纤维复合材料螺旋弹簧在应用上有着广阔的前景。纤维复合材料螺旋弹簧因其成型工艺与金属弹簧完全不同，原金属弹簧生产设备不再适合；若采用手工生产制造纤维复合材料螺旋弹簧，存在生产效率较低，且成型后会存在应力集中、表面粗糙等问题；纤维复合材料螺旋弹簧的工业生产迫切需要开发出相应设备及成形方法。
发明内容
本发明提供了一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备及成形方法，其目的在于解决纤维复合材料螺旋弹簧的批量化生产问题，结合说明书附图，本发明的技术方案如下：
一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，所述设备由缠绕装置1、转移装置2、传送装置3和加热装置4组成；所述缠绕装置1位于设备一侧，传送装置3位于设备另一侧，所述转移装置2位于缠绕装置1和传送装置3之间，所述加热装置4安装在传送装置3的一端；
所述缠绕装置1由电机6、电机控制柜5和芯模12组成，所述芯模12与电机6的输出轴同轴连接，电机6带动芯模12旋转，实现纤维沿芯模12缠绕；
所述转移装置2由机械臂11、底座10和外模14组成；所述机械臂11下方的支撑杆安装在底座10内，机械臂11上方的取/放端与所述芯模12相对应；机械臂11带动取/放端旋转运动；所述外模14位于传送装置3上；
所述传送装置3由导轨7、传动辊9和支架8组成；所述导轨7通过支架8支撑安装；所述传动辊9并排地安装在导轨7上；
所述机械臂11整体呈伞状结构，所述机械臂11的上端为正十字形的连接架，所述连接架的四个连接末端分别安装有一组取/放机构，所述取/放机构由若干取/放爪组成，所述取/放爪的数量及排布与所述芯模12相对应。
所述外模14为圆筒状，外模14的内部形状结构与芯模12相匹配，外模14与芯模12一起紧固缠绕在芯模12上的纤维复合材料螺旋弹簧，以防止纤维复合材料螺旋弹簧在受热固化过程中发生变形。
所述导轨7呈U形，所述传动辊9沿着导轨7的方向，并排地安装在导轨7上。
所述加热装置4采用高温干燥箱15。
一种纤维复合材料螺旋弹簧的成形方法，所述成形方法采用上述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备；
所述成形方法步骤如下：
步骤一：电机控制柜5控制电机6旋转，继而带动芯模12旋转，固定在芯模12上的纤维顺着芯模12缠绕，缠绕后经固定、剪裁，完成纤维螺旋缠绕；
步骤二：机械臂1通过其取/放端拾取经纤维缠绕后的芯模12，逆时针旋转90度，将芯模12转移至位于传送装置3上的外模14的上方，并将芯模12释放至外模14内，实现合模，然后传送装置3通过传动辊9将合模后的芯模12与外模14输送至高温干燥箱15处，对合模后的纤维复合材料螺旋弹簧进行干燥成型，完成合模加热；
步骤三：合模内的纤维复合材料螺旋弹簧经干燥成型后，继续被传送装置3输送至传送装置3的脱模端，机械臂1通过取/放端将外模14拾取起来；而后将制造完成的纤维复合材料螺旋弹簧从芯模12上旋下，完成纤维复合材料螺旋弹簧脱模；
步骤四：机械臂1的取/放机构将外模14拾取起来后逆时针旋转90度，此时，拾取外模14的取/放机构逆时针上游相邻一侧的取/放端将已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模12拾取起来；然后，机械臂1继续逆时针旋转90度，此时机械臂1拾取外模14的取/放端将外模14重新放置在传送装置3上，而拾取已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模12的取/放端这将已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模12安放至缠绕装置1的电机6上，完成外模14与芯模12的复位。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明所述的一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，解决了纤维复合材料螺旋弹簧的批量化生产问题；
2、本发明所述的一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，解决了传统手工制备的纤维螺旋弹簧成形质量差、工序复杂、模具污染严重、设备成本高昂及生产效率底下等问题。
3、本发明所述的一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，根据生产规格的不同，在本设备上更换使用相应的芯模及外模，实现不同形状、规格纤维螺旋弹簧的生产制造。
4、本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的成形方法，能够实现纤维复合材料螺旋弹簧的高质量批量生产，实现了纤维复合材料螺旋弹簧生产技术创新，能够推动纤维复合材料螺旋弹簧在轻量化零部件领域的实际应用。
附图说明
图1为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备的结构示意图；
图2为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备中，电机及电机控制柜的结构示意图；
图3为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备中，传送装置的结构示意图；
图4为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备中，转移装置的结构示意图；
图5为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备中，带有纤维复合材料螺旋弹簧的芯模的结构示意图；
图6为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备中，外模的结构示意图；
图7为本发明所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备中，高温干燥箱的结构示意图。
图中：
1-缠绕装置， 2-转移装置， 3-传送装置， 4-加热装置，
5-电机控制柜， 6-电机， 7-导轨， 8-支架，
9-传动辊， 10-底座， 11-机械臂， 12-芯模，
13-纤维复合材料螺旋弹簧， 14-外模， 15-高温干燥箱。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明所述的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
如图1所示，本发明提供了一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，所述设备由缠绕装置1、转移装置2、传送装置3和加热装置4组成；所述缠绕装置1位于设备一侧，传送装置3位于设备另一侧，所述转移装置2位于缠绕装置1和传送装置3之间，所述加热装置安装在传送装置3的末端。
如图1和图2所示，所述缠绕装置1由电机6、电机控制柜5和芯模12组成，所述电机6输出轴朝上，呈排列状地固定在电机控制柜5内，所述芯模12与电机6一一对应，所述芯模12与电机6的输出轴同轴连接，电机6启动后，带动芯模12旋转，从而实现纤维顺着芯模12缠绕，形成纤维复合材料螺旋弹簧13，如图5所示。
如图1、图4和图6所示，所述转移装置2整体呈伞状结构，由机械臂11、底座10和外模14组成；所述底座10位于移动装置底部，起支撑固定作用；所述机械臂11下端的支撑杆安装在底座10内，机械臂11上端的连接架为正十字形结构，所述连接架的四个连接末端分别安装有一组取/放机构，所述取/放机构由若干取/放爪组成，所述取/放爪的数量及排布与缠绕装置1中的芯模12相对应；在外部动力源的驱动下，机械臂11带动取/放机构进行旋转运动和升降运动；所述外模14放置在传送装置3上，并与机械臂11相配合；机械臂11通过其取/放机构拾取缠绕纤维复合材料螺旋弹簧13的芯模12后，经旋转后，将其放置在传送装置3上的外模14中，实现合模，所述外模14为圆筒状，外模14的内部形状结构与芯模12相匹配，外模14与芯模12一起紧固缠绕在芯模12上的纤维复合材料螺旋弹簧，以防止纤维复合材料螺旋弹簧在受热固化过程中发生变形。
如图1和图3所示，所述传送装置3由导轨7、传动辊9和支架8组成；所述导轨7呈U形，并通过底部的若干个均匀排布的支架8支撑安装；所述传动辊9沿着导轨7的方向，并排地安装在导轨7上，用于将置于其上的物件输送到指定位置，即将合模后的纤维复合材料螺旋弹簧输送至脱模端。
如图1和图7所示，所述加热装置4采用高温干燥箱15，所述高温干燥箱15固定安装在传送装置3的导轨7的后端，且高温干燥箱15的工作区域为干燥区域，当合模后的纤维复合材料螺旋弹簧输送至干燥区域时，实现对纤维复合材料螺旋弹簧的干燥成型加工；
结合上述纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备的具体结构，本发明还提供了一种纤维复合材料螺旋弹簧的成形方法，具体过程如下：
步骤一：电机控制柜5控制电机6旋转，继而带动芯模12旋转，固定在芯模12上的经树脂浸润包覆后的纤维顺着芯模12缠绕，缠绕后经固定、剪裁形成纤维复合材料螺旋弹簧状；
其中，所述树脂由热固性树脂及相应的固化剂组成；所述纤维结构为纤维丝或纤维织物；所述纤维材质为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维等；所述电机6为步进电机、伺服电机或直流电机等；所述芯模12为水溶性模、低熔点合金模、组合式金属模、气辅橡胶模、石蜡模、砂型模、泥模或螺旋金属丝模等；所述固定过程是指纤维缠绕后，其端部固定于芯模12之上，所述剪裁过程是指剪裁掉缠绕后的纤维的冗余部分；
步骤二：机械臂1通过其取/放机构拾取经纤维缠绕后的芯模12，逆时针旋转90度，将芯模12转移至位于传送装置3上的外模14的上方，并将芯模12释放至外模14内，实现合模，然后传送装置3通过传动辊9将合模后的芯模12与外模14输送至高温干燥箱15的干燥区域，对合模后的纤维复合材料螺旋弹簧进行干燥成型；
步骤三：合模内的纤维复合材料螺旋弹簧经干燥成型后，继续被传送装置3输送至传送装置3的脱模端，机械臂1通过取/放机构将外模14拾取起来，即将外模14从芯模12上分离开；而后将制造完成的纤维复合材料螺旋弹簧从芯模12上旋下，即完成纤维复合材料螺旋弹簧的脱模；
步骤四：机械臂1的一组取/放机构将外模14拾取起来后逆时针旋转90度，此时，拾取外模14的取/放机构逆时针上游相邻的取/放机构将拾取已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模12，然后，机械臂1继续逆时针旋转90度，此时机械臂1拾取外模14的取/放机构将外模14重新放置在传送装置3上，而拾取已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模12的取/放机构这将已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模12安放至缠绕装置1的电机6上，进而使外模14与芯模12的复位，以此实现了纤维复合材料螺旋弹簧制备过程的连续性。

Claims (6)

1.一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，其特征在于：
所述设备由缠绕装置(1)、转移装置(2)、传送装置(3)和加热装置(4)组成；所述缠绕装置(1)位于设备一侧，传送装置(3)位于设备另一侧，所述转移装置(2)位于缠绕装置(1)和传送装置(3)之间，所述加热装置(4)安装在传送装置(3)的一端；
所述缠绕装置(1)由电机(6)、电机控制柜(5)和芯模(12)组成，所述芯模(12)与电机(6)的输出轴同轴连接，电机(6)带动芯模(12)旋转，实现纤维沿芯模(12)缠绕；
所述转移装置(2)由机械臂(11)、底座(10)和外模(14)组成；所述机械臂(11)下方的支撑杆安装在底座(10)内，机械臂(11)上方的取/放端与所述芯模(12)相对应；机械臂(11)带动取/放端旋转运动；所述外模(14)位于传送装置(3)上；
所述传送装置(3)由导轨(7)、传动辊(9)和支架(8)组成；所述导轨(7)通过支架(8)支撑安装；所述传动辊(9)并排地安装在导轨(7)上。
2.如权利要求1所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，其特征在于：
所述机械臂(11)整体呈伞状结构，所述机械臂(11)的上端为正十字形的连接架，所述连接架的四个连接末端分别安装有一组取/放机构，所述取/放机构由若干取/放爪组成，所述取/放爪的数量及排布与所述芯模(12)相对应。
3.如权利要求1所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，其特征在于：
所述外模(14)为圆筒状，外模(14)的内部形状结构与芯模(12)相匹配，外模(14)与芯模(12)一起紧固缠绕在芯模(12)上的纤维复合材料螺旋弹簧，以防止纤维复合材料螺旋弹簧在受热固化过程中发生变形。
4.如权利要求1所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，其特征在于：
所述导轨(7)呈U形，所述传动辊(9)沿着导轨(7)的方向，并排地安装在导轨(7)上。
5.如权利要求1所述一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备，其特征在于：
所述加热装置(4)采用高温干燥箱(15)。
6.一种纤维复合材料螺旋弹簧的成形方法，其特征在于：所述成形方法采用如权利要求1所述的一种纤维复合材料螺旋弹簧的制造设备；
所述成形方法步骤如下：
步骤一：电机控制柜(5)控制电机(6)旋转，继而带动芯模(12)旋转，固定在芯模(12)上的纤维顺着芯模(12)缠绕，缠绕后经固定、剪裁，完成纤维螺旋缠绕；
步骤二：机械臂(1)通过其取/放端拾取经纤维缠绕后的芯模(12)，逆时针旋转90度，将芯模(12)转移至位于传送装置(3)上的外模(14)的上方，并将芯模(12)释放至外模(14)内，实现合模，然后传送装置(3)通过传动辊(9)将合模后的芯模(12)与外模(14)输送至高温干燥箱(15)处，对合模后的纤维复合材料螺旋弹簧进行干燥成型，完成合模加热；
步骤三：合模内的纤维复合材料螺旋弹簧经干燥成型后，继续被传送装置(3)输送至传送装置(3)的脱模端，机械臂(1)通过取/放端将外模(14)拾取起来；而后将制造完成的纤维复合材料螺旋弹簧从芯模(12)上旋下，完成纤维复合材料螺旋弹簧脱模；
步骤四：机械臂(1)的取/放机构将外模(14)拾取起来后逆时针旋转(90)度，此时，拾取外模(14)的取/放机构逆时针上游相邻一侧的取/放端将已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模(12)拾取起来；然后，机械臂(1)继续逆时针旋转90度，此时机械臂(1)拾取外模(14)的取/放端将外模(14)重新放置在传送装置(3)上，而拾取已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模(12)的取/放端这将已脱掉纤维复合材料螺旋弹簧的芯模(12)安放至缠绕装置(1)的电机(6)上，完成外模(14)与芯模(12)的复位。
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