CN107471526A - Rtm注射设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种RTM注射设备，包括注射筒、动力系统和电气数控系统，动力系统包括伺服电机和伺服电机驱动的液压注射单元，液压注射单元包括伸入所述注射筒内的液压活塞；电气数控系统包括控制器、压力传感器、和位移传感器，压力传感器设置在注射筒的注射盖上，用于检测注射筒内的压力以产生压力信号，位移传感器设置在所述液压活塞上，用于产生位移信号，控制器设置为接收压力信号和位移信号，并由此控制所述伺服电机。能够根据实时压力精确快速地调整注射液体的压力，从而能够精确控制压力压力并获得良好的长期保压稳定性，同时能够精确计量树脂的注入量，有利于提高生产制品质量稳定性。设备结构简单，成本低，可广泛应用于科研与工业生产。

Description

RTM注射设备

技术领域

本发明涉及一种注射设备，特别地涉及一种RTM注射设备。

背景技术

由于树脂传递模塑成型(RTM)技术和轻质RTM成型技术不仅可以使制件双面光滑、表面质量好、制品尺寸精度可控，而且具有更高的纤维体积分数和力学性能，因此此两项技术备受青睐。RTM成型工艺通常在较高压力(3-10bar)下将液态的树脂注入到模具内部，加热固化成型。为了保证产品的批次质量和表面质量可控，必须要求树脂在注射阶段的温度、压力和流量可定量控制。

目前国内外的RTM注射设备均采用压缩空气气动或者伺服电机驱动丝杠与活塞运行方式等动力方式进行注射。

气动方式是指采用压缩空气(通常3-7bar)推动树脂向模具内注射。气动方式的有以下缺点：气动动力源波动较大，压力很难稳定控制，如果要解决气源问题需要采用大功率压缩机和压力缓冲罐，增加了整个设备的复杂性和占地体积；另外因为气体的可压缩性较大，压力反馈延时较大，响应速度低，很难精确地根据实时压力来调节模具内注入的液体压力值；压缩空气在推动树脂注射时会在树脂里引入空气，造成缺陷影响产品的力学性能和表观质量；树脂注射的流量也很难精确计量和控制。目前对于流量的计量有体积或者质量两种，计量质量的办法通常是在注射管道里面安装齿轮流量计，但RTM成型工艺的特点是针对结构复杂的零件，注射流量一般较低，约为50-500ml/min，低流量的流量计价格较昂贵，而且树脂混有固化剂如果操作不恰当会有流量计内树脂固化的风险。采用体积计量的方法主要采用位移传感器测量树脂液面下降的高度从而得出注射量，这种方式的缺点是树脂注射流量较小，采用高精度小量程的位移传感器的价格昂贵，也存在反应速度慢的问题。因此目前国内外采用此种动力类型的设备都不能有效的计量树脂注射流量和精确控制注射速度。

伺服电机驱动丝杠与活塞运行的具体技术原理是伺服电机的轴承通过进给丝杆联接器与丝杠连接，完成丝杠行程与位移的动作，丝杠的顶端与活塞、活塞筒连接，将注射原料倒入活塞筒中，通过控制伺服电机的转速来控制注射流量和速度。伺服电机驱动丝杠带动活塞运行的动力方式较气动动力方式而言有较大提升，但是采用这种方式的精密丝杠制造成本较高，需要精确控制每分钟的的行程量最小值约为1mm左右，长期工作的机械磨损会影响控制精度。并且人工操作要求较高，不恰当的操作会引起丝杠变形，如果注射筒清理不干净以及泄露可能导致注射原料残留在丝杠的螺纹上面会影响丝杠运行状况。另外一个缺点是在RTM成型工艺的定压保压阶段稳定性有待提高，当注射压力值达到设定值后，伺服电机停止工作，丝杠也同步停止运行，停留在当前位置，丝杠受到液体的反压力作用，行程会发生缓慢的移动，同时液体的压力会逐渐下降，伺服电机接收压力值的反馈相应速度较慢，很难及时重新启动驱动丝杠运行，稳定当前压力值。

因此现有的RTM注射设备动力方式不能保证设备长期运行的稳定性和精确的定量定压注射。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有新型动力的RTM注射设备。该设备由液压系统提供动力，伺服电机可以高效控制液压泵的转速和启停时间，实现液压泵的流量、压力的伺服控制，精确智能地实现整个设备的压力、速度和位置的数字化控制。

本发明的目的通过下列技术方案实现：

一种RTM注射设备，包括注射筒、动力系统和电气数控系统，动力系统包括伺服电机和伺服电机驱动的液压注射单元，液压注射单元包括在注射筒内运动的液压活塞；电气数控系统包括控制器、压力传感器和位移传感器，压力传感器设置在注射筒内，用于检测注射筒内的压力以产生压力信号，位移传感器设置在所述液压活塞上，传感活塞的行程和位置，并产生位移信号，由此精确计量和控制树脂注入量，控制器设置为接收压力信号和位移信号，并根据所接收的信号控制伺服电机。

进一步地，电气数控系统还包括设置在注射筒内的温度传感器，用于产生温度信号。控制器接收温度信号，使电气数控系统可以实时感测到注射筒内的温度。

进一步地，还包括用于加热注射筒的加热系统，控制器控制该加热系统，并根据接收到的温度信号及时进行加热，以保证注射筒内的树脂的温度。

进一步地，压力传感器设置在注射筒的注射盖上。

进一步地，液压活塞包括活塞头和活塞杆，活塞头和活塞杆通过旋转轴承相互连接。这样活塞头可相对于活塞杆自由旋转，当活塞进行移动时，可以通过活塞头的自由旋转进行位置的微调，以便减小活塞头与注射筒内壁的摩擦力。

进一步地，位移传感器设置在活塞杆内。

进一步地，活塞头为锥台形，进一步减小活塞头与注射筒内壁的摩擦力。

进一步地，RTM注射设备注入树脂的速度为30至500ml/min。

进一步地，还包括自动清洗系统，所述自动清洗系统包括设置在注射盖上的换向阀，所述换向阀设置为在压缩空气供给与真空管路系统之间切换。该抽真空管路系统还可用于对注射筒内的树脂进行抽真空脱泡。

进一步地，还包括操作面板，所述操作面板显示所述控制器接收的信号，并可通过所述操作面板操控所述控制器。操作面板一方面显示实时的数据，一方面可以通过在操作面板上输入预设值从而操控控制器。

本发明有益效果

本发明采用伺服电机驱动液压注射的动力方式，并结合温度、位移、压力等的数控传感，能够根据实时压力精确快速地调整注射液体的压力，从而精确控制压力压力并获得良好的长期保压稳定性，同时能够精确计量树脂的注入量，有利于提高生产制品质量批次稳定性。本发明的设备结构简单，综合成本较低，可广泛应用于科研与工业生产。

附图说明

图1为RTM注射设备的示意图；

图2为RTM注射设备取掉设备罩露出注射筒的示意图；

图3为注射筒的示意图；

图4为液压活塞的示意图；

图5为本发明的原理图；

图6为本发明的电路图；

其中：

1 注射筒

2 液压活塞

3 旋转轴承

4 活塞头

5 活塞杆

6 压力传感器

7 位移传感器

8 温度传感器

9 注射盖

10 操作面板

11 换向阀

12 油泵

13 油箱

14 风冷器

15 溢流阀

16 电磁溢流阀

17 伺服电机

18 单向阀

19 油缸

20 压力表

具体实施方式

参照图1-图5，实施例中RTM注射设备包括注射筒1、动力系统、电气数控系统、加热系统和操作面板10。动力系统1包括伺服电机17和所述伺服电机17驱动的液压注射单元，液压注射单元包括在注射筒内运动的液压活塞2，液压活塞2包括通过旋转轴承3相互连接的活塞头4和活塞杆5，该活塞头为锥台形。电气数控系统用于控制动力系统和加热系统，其包括控制器(未示出)、压力传感器6、位移传感器7和温度传感器8。其中压力传感器6设置在注射筒1的注射盖9上，用于检测注射筒内的压力以产生压力信号，注射盖9与筒体用螺栓连接并密封；位移传感器7设置在液压活塞2的活塞杆5内，用于产生活塞的位移信号；控制器设置为接收压力信号、位移信号和温度信号，并根据所接收的信号控制伺服电机和加热系统。操作面板10上显示控制器接收的信号，并且操作面板可进行直接输入操作，通过操作面板操控控制器。

RTM注射设备还包括自动清洗系统，该自动清洗系统包括设置在注射盖9上的换向阀11，换向阀11设置为在压缩空气供给与真空管路系统之间切换。

本实施例中，RTM注射设备设置的技术参数如下所示：

(1)注入压力上限值：10bar；

(2)树脂注入速度：30-500ml/min；

(3)树脂注入温度：常温-100℃，控温精度±3℃；

(4)树脂真空脱泡压力：-1bar-0；

(5)注射罐容量：内径140mm，高度500mm，约为7.7L；

注射设备采用220V单向电源，设计总功率为2.5KW，外形尺寸为1100mm(长)*600mm(宽)*1600mm(高)，设备总重量约600Kg，设备安装有滑轮方便搬运。

参照图4，本申请的RTM注射设备的工作原理为：启动设备，在操作面板10上设置活塞行程位置。打开注射筒1上的注射盖9，将注射原料放入到注射筒1里。调整换向阀11使注射筒1与真空管路系统(未示出)连接，对树脂进行抽真空脱泡处理。在操作面板10上设置加热温度与时间，启动加热系统对注射筒1进行加热。同时分别设置不同注射段的压力、流量、注射时间、流速等。伺服电机17启动工作，带动油泵12旋转，将油箱13里的液压油通过换向阀11注入到活塞杆5内，由此活塞2缓慢上行，用风冷器14对液压油降温，防止过热。活塞2动作同时，活塞杆5内的位移传感器7在线记录当前活塞位置和料筒注入量，与此同时，压力传感器上显示当前注射树脂压力。当树脂通过注射盖的管路(未示出)进入模具时，注射盖9上的压力传感器6接收到压力反馈，操作面板10上显示注射流量Q1，开始注射时间t1，结束注射时间t2，同步显示压力传感器的压力P1，活塞的位置d2。该阶段停止有两种方式：第一种是当P1达到该阶段设定的上限压力值P时，自动停止，第二种是手动停止。与此同时，换向阀11、溢流阀15和电磁溢流阀16开启工作，将液压油反向溢流回油箱13，压力表20安装在溢流阀上显示液压油的实际压力值。进入下一定压保压注射阶段，根据在操作面板10上设置的保压压力P2和保压时间，设备自动运行，然后继续升压保压注射直至完成注射过程。在保压阶段，由于液压缸受到反作用压力，活塞会有逐渐下移，压力值下降，达到压力下限设定值后，伺服电机17再次启动，液压油通过单向阀18注入到活塞杆5内，从而再次控制活塞的动作。

应当理解，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或改变仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.RTM注射设备，其特征在于，包括注射筒、动力系统和电气数控系统，所述动力系统包括伺服电机和所述伺服电机驱动的液压注射单元，所述液压注射单元包括在所述注射筒内运动的液压活塞；所述电气数控系统包括控制器、压力传感器和位移传感器，所述压力传感器设置在所述注射筒内，用于检测注射筒内的压力以产生压力信号，所述位移传感器设置在所述液压活塞上，用于产生位移信号，所述控制器设置为接收所述压力信号和所述位移信号，并根据所接收的信号控制所述伺服电机。

2.根据权利要求1所述的RTM注射设备，所述电气数控系统还包括设置在注射筒内的温度传感器，用于产生温度信号。

3.根据权利要求1所述的RTM注射设备，还包括用于加热所述注射筒的加热系统，所述控制器控制所述加热系统。

4.根据权利要求1所述的RTM注射设备，所述压力传感器设置在所述注射筒的注射盖上。

5.根据权利要求1所述的RTM注射设备，所述液压活塞包括活塞头和活塞杆，所述活塞头和所述活塞杆通过旋转轴承相互连接。

6.根据权利要求5所述的RTM注射设备，所述所述位移传感器设置在所述活塞杆内。

7.根据权利要求5所述的RTM注射设备，所述活塞头为锥台形。

8.根据权利要求1所述的RTM注射设备，所述RTM注射设备注入树脂的速度为30至500ml/min。

9.根据权利要求1所述的RTM注射设备，还包括自动清洗系统，所述自动清洗系统包括设置在注射盖上的换向阀，所述换向阀设置为在压缩空气供给与真空管路系统之间切换。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的RTM注射设备，还包括操作面板，所述操作面板显示所述控制器接收的信号，并可通过所述操作面板操控所述控制器。