CN108688199B - 可消除丝束粘附的气动压止装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料自动铺放成型技术领域，具体涉及一种可消除丝束粘附的气动压止装置。本发明旨在解决现有自动铺丝机存在的预浸丝束重送后发生粘附导致出丝长度不一致和缺丝故障的问题。为此目的，本发明的可消除丝束粘附的气动压止装置，包括彼此连接的压止器和安装基座，安装基座中设置有丝束导向槽，压止器与丝束导向槽连通，用于对穿过丝束导向槽的丝束执行压止操作，气动压止装置还包括泵气装置，基座上设置有导气通道，泵气装置经由导气通道与丝束导向槽连通。本发明利用气动防止预浸丝粘附通道，消除由于丝束粘附导致出丝长度的不一致或缺丝故障，方便进行多束纤维丝束对复杂形状的铺放时的精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料自动铺放成型技术领域，具体涉及一种可消除丝束粘附的气动压止装置。
背景技术
复合材料具有高比强度、高比模量、耐疲劳、减振性好、工艺性好等优点，因此在航天航空工业中得到了广泛的应用，并且在其他行业，如体育器材、船舶、高铁等领域，复合材料的用量也在日益增加。对于高曲率轮廓复材整体构件，如飞机机身段以及其他诸如喷气发动机整流罩、进气道、喷管、锥形管、压气机叶片、圆形或“C”形通道管等椭圆高曲率轮廓整体复材构件等此类复杂构件，需要使用自动铺丝机来实现铺放加工制造。
铺丝头后端的压止装置是铺丝头的核心装置部件，担负着对多条纤维丝束的剪切、重送、铺放的配合工作，保证来自不同方向不同角度的多条纤维丝束顺利形成分布均匀、表面平整的单向纤维布匹，在铺压辊的作用下实现稳定的高质量铺放效果。
在铺放过程中，使用的是含有树脂的预浸丝束，碳纤维预浸丝束经过剪切和压止作用后，容易粘附在丝束导向通道上，导致出丝阻力发生改变或重送后出丝长度不一致，严重影响铺放质量。
相应地，本领域需要一种可消除丝束粘附的气动压止装置来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决自动铺丝机存在的预浸丝束重送后发生粘附导致出丝长度不一致和缺丝故障的问题，本发明提供了一种可消除丝束粘附的气动压止装置，包括彼此连接的压止器和安装基座，所述安装基座中设置有丝束导向槽，所述压止器与所述丝束导向槽连通，用于对穿过所述丝束导向槽的丝束执行压止操作，其改进之处在于，所述气动压止装置还包括泵气装置，所述基座上设置有导气通道，所述泵气装置经由所述导气通道与所述丝束导向槽连通，以便将加压气体泵送到所述丝束导向槽中，从而抑制丝束粘附到所述丝束导向槽。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述导气通道的主通道沿气流方向直径逐渐较小，所述导气通道的出口处设置有第一中央出气孔和多个第二外围出气孔。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述第一中央出气孔的直径大于所述第二外围出气孔的直径，并且所述第二外围出气孔绕所述第一中央出气孔的外周分布。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述基座包括第一安装基座和第二安装基座，所述压止器连接到所述第一安装基座，所述丝束导向槽设置在所述第二安装基座上。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述第一安装基座上设置有第一连接孔，所述压止器安装于所述第一连接孔中，所述第一安装基座远离所述压止器的一侧设置有与所述第二安装基座相适配的第一限位槽，所述第一安装基座的端部设置有与铺丝头相适配的第二限位槽。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述第一安装基座上设置有横向于所述第一连接孔延伸的第二连接孔，所述第二连接孔用于固定所述压止器。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述第二安装基座远离所述第一安装基座的一侧设置有第三连接孔，所述气动压止装置还包括插接到所述第三连接孔的气动快速接头，所述泵气装置通过所述气动快速接头、经由所述导气通道与所述丝束导向槽连通。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述压止器是气动压止器并且包括依次相连的快插接头、柱型气缸和压止蹄，所述快插接头连接到外部气源，所述柱型气缸用于驱动所述压止蹄，以便对穿过所述丝束导向槽的丝束执行压止操作。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述压止器还包括设置在所述柱型气缸与所述压止蹄之间的锁紧螺母，所述压止蹄靠近所述锁紧螺母的一侧设置有螺纹孔，所述柱型气缸通过与所述第一安装基座螺纹连接粗调所述压止蹄距离压止面的高度，所述柱型气缸的伸出杆通过与所述螺纹孔螺纹接合微调所述压止蹄距离压止面的高度，所述锁紧螺母用于锁定所述柱型气缸与所述压止蹄之间的相对位置。
在上述可消除丝束粘附的气动压止装置的优选方案中，所述压止蹄是环形压止蹄，所述环形压止蹄远离所述锁紧螺母的一侧设置有与所述螺纹孔同轴的环形沉孔，所述环形沉孔在丝束的压止面形成环形压止区域。
本发明的可消除丝束粘附的气动压止装置利用气动防止预浸丝粘附通道，消除由于丝束粘附导致出丝长度的不一致或缺丝故障，方便进行多束纤维丝束对复杂形状的铺放时的精确控制。具体的，导气通道直径由大到小的变化，对气流出口速度进行了一次加速，形成对丝束的冲击，将粘附在通道上的丝束吹开剥离；设置在导气通道出口的中心大孔形成了较大的承托力，使丝束上浮受力均匀平稳；中心大孔周边均布的多个外围小孔，对气流出口速度二次加速，进而对发生局部黏连的位置产生更强剥离力，使丝束脱离粘附状态。同时，通气导致气流流动，对丝束粘附位置产生降温作用，使树脂粘度降低，减弱丝束粘附的程度。
附图说明
下面参照附图来描述本发明的气动压止装置。附图中：
图1为本发明的气动压止装置的示意图；
图2为本发明的气动压止装置的气动压止器的示意图；
图3为本发明的气动压止装置的第一安装基座的示意图(一)；
图4为本发明的气动压止装置的第一安装基座的示意图(二)；
图5为本发明的气动压止装置的第二安装基座的示意图(一)；
图6为本发明的气动压止装置的第二安装基座的示意图(二)；
图7为本发明的气动压止装置的气动压止器的环形压止蹄的示意图；
图8为本发明的气动压止装置的导气通道的剖视图；
图9为本发明的气动压止装置的导气通道的俯视图；
图10为本发明的气动压止装置的气动快速接头的工作原理图(一)；
图11为本发明的气动压止装置的气动快速接头的工作原理图(二)；
附图标记列表
1、第一安装基座；2、气动压止器；3、连接螺钉；4、预浸纤维丝束；5、锁紧螺钉；6、气动快速接头；7、第二安装基座；111、通孔a；121、第一连接孔；131、通孔b；141、第二限位槽；151、第一安装面；161、第二连接孔；171、沉头孔；181、第一限位槽；211、快插接头；221、柱型气缸；231、锁紧螺母；241、环形压止蹄；711、第二安装面；721、丝束导向槽；731、导气通道；741、通孔c；751、第三安装面；761、第三连接孔；2411、螺纹孔；2412、环形沉孔；7311、主通道；7312、第一中央出气孔；7313、第二外围出气孔。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-11所示，本发明利用气动防止预浸纤维丝束4粘附通道，消除由于预浸纤维丝束4粘附导致出丝长度的不一致或缺丝故障，方便进行多束纤维丝束对复杂形状的铺放时的精确控制。
具体的，本发明的气动压止装置包括依次连接的气动压止器2、安装基座、气动快速接头6和泵气装置(未示出)，安装基座包括第一安装基座1和第二安装基座7，气动压止器2安装在第一安装基座1上，气动快速接头6安装在第二安装基座7上，第一安装基座1与铺丝头(未示出)连接，预浸纤维丝束4在第二安装基座7中压止和重送。
如图2所示，气动压止器2包括依次连接的快插接头211、柱型气缸221和环形压止蹄241，柱型气缸221和环形压止蹄241之间设有锁紧螺母231。柱型气缸221、锁紧螺母231和快插接头211均为标准件。快插接头211与外部气源连接，柱型气缸221用于驱动环形压止蹄241，以便对穿过丝束导向槽721的丝束执行压止操作。锁紧螺母231用于锁定柱型气缸221与环形压止蹄241之间的相对位置。如图7所示，环形压止蹄241为类似中空圆柱结构。环形压止蹄241靠近锁紧螺母231一侧设有螺纹孔2411，螺纹孔2411与柱型气缸221的伸出杆螺纹接合以调节环形压止蹄241距离压止面的高度。远离锁紧螺母231一侧设有与螺纹孔2411同轴的环形沉孔2412，环形沉孔2412的直径大于螺纹孔2411的直径，环形沉孔2412在预浸纤维丝束4的压止面形成环形压止区域。螺纹孔2411和环形沉孔2412同轴并贯通的设置方式，充分为环形压止蹄241在柱型气缸221的高度留出充裕的可调空间。锁紧螺母231和环形压止蹄241共同连接于柱型气缸221的伸出杆的外螺纹上。柱型气缸221通过在第一安装基座1的旋转，进行粗调环形压止蹄241距离压止面的压止高度。环形压止蹄241通过柱型气缸221伸出杆的外螺纹的螺纹耦合旋转，进一步微调环形压止蹄241距离压止面的压止高度。调整结束后，使用锁紧螺母231对环形压止蹄241进行锁紧，保证压止高度的准确精度。其中，压止蹄采用环形结构，保证了对预浸纤维丝束4的均匀压止，且减小了接触面积，解决了压止接触面不平问题。环形压止蹄241的中空部分不影响导气通道731出气，且圆环形结构不受安装旋转角度的限制。压止蹄不局限于圆环形状，还可以采用其他形状，例如六边形，七边形，八边形等。
气动压止装置根据铺放要求对预浸纤维丝束4进行压紧止动和释放操作。通过对驱动气体的压力和流量的控制，可实现对压止力的和压止速度的数字化控制。同时，还能保证压止力不受气缸行程的影响，为气动压止器2与压止面之间高度调节带来便捷性。
如图3和4所示，第一安装基座1靠近气动压止器2一侧设有第一连接孔121，气动压止器2安装于第一连接孔121中，第一安装基座1远离气动压止器2一侧设有与第二安装基座7相适配的第一限位槽181，第一安装基座1端部设有第二限位槽141限制铺丝头的位置。第一安装基座1设有固定气动压止器2的第二连接孔161，第二连接孔161横向于第一连接孔121设置，第二连接孔161同轴外侧设有沉头孔171。第一安装基座1一方面用于将整体的气动压止装置与铺丝头(未示出)定位连接，另一方面作为整个气动压止装置的安装基座，为其它部件提供安装定位。
具体的，第一安装基座1的第二限位槽141和第一安装面151用于将第一安装基座1在铺丝头安装面上定位连接。通过设置在第二限位槽141底面的通孔a 111将第一安装基座1安装在铺丝头上。第一连接孔121粗略调节环形压止蹄241距离压止面的压止高度。第二连接孔161通过锁紧螺钉5锁紧气动压止器2，防止其在孔内旋转，产生高度偏差。其外侧同轴配合的沉头孔171隐藏了锁紧螺钉5，避免其与其它部件产生干涉。第一限位槽181为U型结构，用于限制第二安装基座7的位置。
如图5和6所示，第二安装基座7靠近第一安装基座的1一侧设有丝束导向槽721，丝束导向槽721中心位置设有导气通道731的出气口。气动压止器2与丝束导向槽721连通，用于对穿过丝束丝束导向槽721的丝束执行压止操作。泵气装置(未示出)经由导气通道731与丝束导向槽721连通，以便将加压气体泵送到丝束导向槽721中，从而抑制丝束粘附到丝束导向槽721。第二安装基座7远离第一安装基座1一侧设有第三连接孔761，气动快速接头6通过第三连接孔761与第二安装基座7连接。
具体的，第二安装基座7的第二安装面711和第三安装面751配合装配，将第二安装基座7安装到第一安装基座1的第一限位槽181内，进而保证气动压止器2与丝束导向槽721的位置关系。第一安装基座的通孔b 131与第二安装基座7的通孔c741配合使用，通过连接螺钉3，将第一安装基座1和第二安装基座7紧固连接。
丝束导向槽721优选为矩形槽，用于约束预浸纤维丝束4的运行轨迹。导气通道731用于将来自气动快速接头6引入的带有压力的气体导入到丝束导向槽721中，向槽内的预浸纤维丝束4进行吹气降温，通过压力气体的冲击，消除预浸纤维丝束4与丝束导向槽721之间的粘附。因此，第二安装基座有如下作用：约束预浸纤维丝束4的运行轨迹；为预浸纤维丝束4压止时提供承托作用，气动消除预浸纤维丝束4粘附作用。
如图8和9所示，导气通道731的主通道7311沿气流方向直径逐渐较小。通过导气通道731直径由大到小的变化，对气流产生加速作用。导气通道731出口采用同时设置第一中央出气孔7312和第二外围出气孔7313的方式。第一中央出气孔7312直径大于第二外围出气孔7313直径且第二外围出气孔7313周向均匀排列于第一中央出气孔7312外侧。第一中央出气孔7312通过锥形气道进行流速加速后，形成对预浸纤维丝束4的第一次消除粘附和均匀抬浮作用。气体通过第二外围出气孔7313，形成对其流速的第二次加速，获得更大的冲击能量。同时，气体流动带来降温作用，降低了预浸纤维丝束4的温度，也降低了其中导致粘附的树脂的粘性，进一步降低预浸纤维丝束4的粘附概率。当然，第二外围出气孔7313也可以非均匀排列的方式设置于第一中央出气孔7312外周或一侧，或者以均匀的排列方式设置于第一中央出气孔7312的一侧。
在本实施例中，压止器选为气动压止器，但也可为其它形式压止器，例如电动压止器。
在本实施例中，泵气装置可以为电动气泵、手动气泵或脚动气泵。
优选地，本发明的连接孔全部为螺纹孔，但这仅仅是示例性的，本发明的技术方案并不局限于此。在不偏离本发明的基本原理的前提下，所述连接孔中的一部分或全部可以采用非螺纹孔的形式。
下面结合图10和图11对本发明的可消除丝束粘附的气动压止装置工作原理做简要说明。
铺丝机停止铺放，气动压止器2下压，环形压止蹄241将预浸纤维丝束4压在导向槽721底面，使丝束处于静止状态，如图10所示。气动压止器2的驱动压力可调，通过合理的控制气压，可同时获得需要的压止力，并且避免丝束表面受到损伤。当铺丝机进入重送阶段，气动压止装置处于释放状态，气动压止器2收缩，环形压止蹄241和导向槽721底面形成间隙。由于在环形压止蹄241的冲击和长时间施压下，预浸纤维丝束4与导向槽721表面会产生局部粘附，影响出丝的顺畅性，轻则发生多条丝束出丝不整齐，严重时会导致缺丝停机。
采用本发明的装置，当处于压止释放阶段，解决以下粘附情况：
情况一：预浸纤维丝束4上表面与环形压止蹄241接触面发生粘附
环形压止蹄241向上缩回，使得环形压止蹄241的环形接触面高于导向槽721通道高度。导向槽721上表面(第一安装基座1和第二安装基座7的结合面)限制了预浸纤维丝束4继续跟随环形压止蹄241一起运动，形成预浸纤维丝束4与环形压止蹄241接触面之间的剥离力，使得预浸纤维丝束4上表面与环形压止蹄241接触面分离，消除粘附。
情况二：预浸纤维丝束4下表面与导向槽721底面发生粘附
环形压止蹄241向上缩回，压缩空气在导气通道731的引导下(如图11中箭头所示)，经过导气通道731一次加速和第二外围出气孔7313的二次加速，形成预浸纤维丝束4下表面与导向槽721底面的有效粘附剥离和平稳托升，使预浸纤维丝束4平稳重送，获得稳定准确的送丝效果。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可消除丝束粘附的气动压止装置，包括彼此连接的压止器和安装基座，所述安装基座中设置有丝束导向槽，所述压止器与所述丝束导向槽连通，用于对穿过所述丝束导向槽的丝束执行压止操作，
其特征在于，所述气动压止装置还包括泵气装置，所述基座上设置有导气通道，所述泵气装置经由所述导气通道与所述丝束导向槽连通，以便将加压气体泵送到所述丝束导向槽中，从而抑制丝束粘附到所述丝束导向槽。
2.根据权利要求1所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述导气通道的主通道沿气流方向直径逐渐较小，所述导气通道的出口处设置有第一中央出气孔和多个第二外围出气孔。
3.根据权利要求2所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述第一中央出气孔的直径大于所述第二外围出气孔的直径，并且所述第二外围出气孔绕所述第一中央出气孔的外周分布。
4.根据权利要求1所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述基座包括第一安装基座和第二安装基座，所述压止器连接到所述第一安装基座，所述丝束导向槽设置在所述第二安装基座上。
5.根据权利要求4所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述第一安装基座上设置有第一连接孔，所述压止器安装于所述第一连接孔中，所述第一安装基座远离所述压止器的一侧设置有与所述第二安装基座相适配的第一限位槽，所述第一安装基座的端部设置有与铺丝头相适配的第二限位槽。
6.根据权利要求5所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述第一安装基座上设置有横向于所述第一连接孔延伸的第二连接孔，所述第二连接孔用于固定所述压止器。
7.根据权利要求6所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述第二安装基座远离所述第一安装基座的一侧设置有第三连接孔，所述气动压止装置还包括插接到所述第三连接孔的气动快速接头，所述泵气装置通过所述气动快速接头、经由所述导气通道与所述丝束导向槽连通。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述压止器是气动压止器并且包括依次相连的快插接头、柱型气缸和压止蹄，所述快插接头连接到外部气源，所述柱型气缸用于驱动所述压止蹄，以便对穿过所述丝束导向槽的丝束执行压止操作。
9.根据权利要求8所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述压止器还包括设置在所述柱型气缸与所述压止蹄之间的锁紧螺母，所述压止蹄靠近所述锁紧螺母的一侧设置有螺纹孔，所述柱型气缸通过与所述第一安装基座螺纹连接粗调所述压止蹄距离压止面的高度，所述柱型气缸的伸出杆通过与所述螺纹孔螺纹接合微调所述压止蹄距离压止面的高度，所述锁紧螺母用于锁定所述柱型气缸与所述压止蹄之间的相对位置。
10.根据权利要求9所述的可消除丝束粘附的气动压止装置，其特征在于，所述压止蹄是环形压止蹄，所述环形压止蹄远离所述锁紧螺母的一侧设置有与所述螺纹孔同轴的环形沉孔，所述环形沉孔在丝束的压止面形成环形压止区域。
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