CN111746003B - 一种长桁热模压预成型设备及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料长桁成型技术领域，尤其涉及一种长桁热模压预成型设备，包括：支架，支架进一步包括基座和设置在基座上的龙门支撑框架；丝杆升降机，固定在龙门支撑框架的顶部；主梁，与丝杆升降机连接；侧梁，可相对移动地设置在主梁的两侧；侧驱动件，固定在主梁的侧壁上，且侧驱动件的驱动端与侧梁连接；中上模，设置在主梁底部；侧上模，设置在侧梁底部；中下模，设置在基座上，且与中上模相对设置；下驱动件，固定在基座底部，且下驱动件的驱动端与中下模连接；侧下模，设置在基座上，位于中下模的两侧；其中，中下模和侧下模上均具有压力传感器。本发明通过压力传感器的设置，使得在模压过程中预浸料压力值可控，提高了长桁成型的质量。

Description

一种长桁热模压预成型设备及其成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料长桁成型技术领域，尤其涉及一种长桁热模压预成型设备及其成型方法。

背景技术

碳纤维复合材料模压工艺是指将预浸料裁剪至合适的大小铺设在模具中升温加热，等温度升至可成型温度后，再在压机台面上加压，待温度降温后就可脱模取出。

现有技术中，在对预浸料进行模压成型时，经常存在产品一致性较差的问题，为了解决这个问题，现有技术中常采用的方式为控制模压成型时的时间以及温度，从而提高产品的一致性，然而上述控制方式得到的最终产品的质量的一致性依然无法得到保证，而且也很难发现质量出现问题的原因所在。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种长桁热模压预成型设备及其成型方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种长桁热模压预成型设备及其成型方法，提高长桁成型的质量。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种长桁热模压预成型设备，包括：

支架，所述支架进一步包括基座和设置在所述基座上的龙门支撑框架；

丝杆升降机，固定在所述龙门支撑框架的顶部，用于提供升降驱动力；

主梁，与所述丝杆升降机连接，在所述丝杆升降机的驱动下做上下升降动作；

侧梁，可相对移动地设置在所述主梁的两侧；

侧驱动件，固定在所述主梁的侧壁上，且所述侧驱动件的驱动端与所述侧梁连接，以驱动所述侧梁在所述主梁的两侧同步升降；

中上模，设置在所述主梁底部，用于型材中部成型；

侧上模，设置在所述侧梁底部，用于型材两侧成型；

中下模，设置在所述基座上，且与所述中上模相对设置，且所述中下模在与所述中上模相对的方向上可移动设置；

下驱动件，固定在所述基座底部，且所述下驱动件的驱动端与所述中下模连接，以驱动所述中下模朝向靠近或者远离所述中上模的方向移动；

侧下模，设置在所述基座上，且位于所述中下模的两侧；

其中，所述中下模和侧下模上均具有压力传感器，所述压力传感器用于检测预浸料成型时的压力。

进一步地，两所述侧下模相对的面上具有倾斜面，所述倾斜面上具有第二传感器。

进一步地，所述侧上模和/或侧下模沿其宽度方向可移动设置。

进一步地，所述侧梁底部与所述侧上模之间连接有滑动组件，所述滑动组件朝向所述侧梁的宽度方向设置，所述侧梁上固定有横移驱动件，所述横移驱动件的驱动端与所述侧上模连接，以驱动所述侧上模靠近或者远离所述中上模。

进一步地，所述基座与所述侧下模之间具有与二者连接的滑动模组，所述滑动模组朝向所述中下模设置，所述基座上固定有横向驱动件，所述横向驱动件的驱动端与所述侧下模连接，以驱动所述侧下模靠近或者远离所述中下模。

进一步地，所述基座上还具有至少一个微距摄像机，所述微距摄像机设置在所述中下模的两端位置处，用于拍摄长桁成型时的侧面画面。

本发明另一方面还提供了一种长桁热模压成型方法，包括以下步骤：

驱动中下模上移至其上表面与侧下模的上表面齐平；

放置预浸料于中下模和侧下模上；

驱动中上模移动至其底部与侧上模下表面齐平；

驱动中上模和侧上模同步下移至距预浸料上表面预定距离；

驱动所述中上模和中下模同步下移预定距离，并观察下移过程中压力传感器的数值是否保持在预定范围内；

同步驱动中上模和侧上模下压至预定压力值，并保持一段时间；

驱动中上模和侧上模上移，驱动中下模将成型件顶出。

进一步地，在放置预浸料时，在预浸料的上表面和/或下表面贴附薄膜，所述薄膜往预浸料宽度方向延伸设置，以保证预浸料的平整度。

进一步地，当需要调整预浸料厚度时，同步调整侧上模与中上模之间的距离，以及侧下模与中下模的距离，使得模具倾斜面之间的间距与水平或竖直面之间的间距相等。

进一步地，在成型过程中始终有微距摄像机对模具端面进行拍摄监测。

本发明的有益效果为：本发明通过中上模和中下模可单独上下移动设置，使得预浸料分两步进行模压，使得预浸料成型过程中变形可控性更高，而且通过在中下模和侧下模上设置的压力传感器，使得在模压过程中预浸料实际受到的压力值可控，进一步提高了长桁成型的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中长桁热模压预成型设备主视图；

图2为本发明实施例中图1中的A-A向剖视图；

图3为本发明实施例中长桁模压设备的成型结构示意图；

图4为本发明实施例中下模具的结构示意图；

图5为本发明实施例中图4中的B处局部放大图；

图6为本发明实施例中上模具与下模具的整体结构示意图；

图7为本发明实施例中调整预浸料成型厚度时的结构示意图；

图8为本发明实施例中通过横向移动的方案调整倾斜面厚度的原理示意图；

图9为本发明实施例中长桁热模压预成型设备的上模具部分结构示意图；

图10为本发明实施例中固定板的结构示意图；

图11为本发明实施例中侧上板固定结构的结构示意图；

图12为本发明实施例中长桁热模压成型方法的流程图。

附图标记：10、支架；11、基座；12、龙门支撑框架；13、丝杆升降机；20、主梁；21、侧梁；22、侧驱动件；23、滑动组件；24、横移驱动件；30、中上模；31、侧上模；40、中下模；41、侧下模；411、倾斜面；42、下驱动件；43、滑动模组；44、横向驱动件；50、压力传感器；51、第二传感器；60、微距摄像机；70、固定板；71、固定室；72、固定驱动件；73、固定卡件；74、固定扣件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元 件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用 的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图11所示的长桁热模压预成型设备，包括：支架10、丝杆升降机13、主梁20、侧梁21、侧驱动件22、中上模30、侧上模31、中下模40、下驱动件42和侧下模41，其中：

支架10进一步包括基座11和设置在基座11上的龙门支撑框架12，如图1所示，龙门支撑框架12设置在基座11上，龙门支撑框架12与基座11上表面之间形成放置模具的空间；在支架10两侧分别设置有加热模组和控制模组，分别用于成型过程中对模具的加热以及对各动力件的控制。

丝杆升降机13固定在龙门支撑框架12的顶部，用于提供升降驱动力；丝杆升降机13设置在龙门支撑框架12的上梁上，且通过连轴器同步运动，通过这种设置，可以提高对上模具升降时的控制精度。

主梁20与丝杆升降机13连接，在丝杆升降机13的驱动下做上下升降动作；主梁主要用于支撑，防止模具的变形；

侧梁21可相对移动地设置在主梁20的两侧；这里的两侧指的是在主梁20宽度方向上的两侧壁的外侧；测量与主梁20之间通过滑块与滑轨的结构实现可相对移动，滑块卡设在滑轨上，一方面为测量的移动进行导向，另一方面也防止侧梁21在除了竖直方向之外的其他方向上产生偏移；

侧驱动件22固定在主梁20的侧壁上，且侧驱动件22的驱动端与侧梁21连接，以驱动侧梁21在主梁20的两侧同步升降；这里需要指出的是，请参照图9，侧驱动件22为气压缸或者液压缸，侧驱动件22通过连接板固定在主梁20上，且侧驱动件22的输出端与侧梁21顶端连接；通过这种设置，可以改变主梁20底部与侧梁21底部的相对距离，从而在成型时可以二者的分步移动。

中上模30设置在主梁20底部，用于型材中部成型；如图2中所示，侧上模31设置在侧梁21底部，用于型材两侧成型；中下模40设置在基座11上，且与中上模30相对设置，且中下模40在与中上模30相对的方向上可移动设置；下驱动件42固定在基座11底部，且下驱动件42的驱动端与中下模40连接，以驱动中下模40朝向靠近或者远离中上模30的方向移动；请继续参照图2，下驱动件42与中上模30连接，下驱动件42用于朝上或者朝下驱动中上模30。

侧下模41设置在基座11上，且位于中下模40的两侧；这里需要指出的是，侧下模41与侧上模31相对应，中下模40与中上模30相对应。在具体进行成型时，先将预浸料放置在下部的中下模40与侧下模41上侧，然后驱动丝杆升降机13下压，使得预浸料根据模具的形状成型，如图3所示。

其中，中下模40和侧下模41上均具有压力传感器50，压力传感器50用于检测预浸料成型时的压力。压力传感器50的作用在于感应预浸料与下部模具之间的压力，通过压力传感器50将压力值反映在显示器上，从而便于观察，通过对压力的控制实现了对预浸料成型过程中的压力控制，从而在时间和温度的基础上，增加了压力值的控制，使得产品的一致性更强。

请继续参照图3至图5，两侧下模41相对的面上具有倾斜面411，倾斜面411上具有第二传感器51。这里的倾斜面411是指在加工长桁构件时往外凸起的形状的侧壁，例如帽型长桁或者V型长桁的侧壁，而在模压时即使上下模之间的压力便于控制，但是倾斜面411上的预浸料由于与水平面上受力不同，因此在倾斜面411上的压力值较难控制，而本申请中通过中上模30与中下模40的可单独移动设置，可以进一步对斜壁上的压力进行控制，使得倾斜面411上的压力值与水平面上的压力值一致。

通过上述设置，使得具有倾斜面411的长桁构件也能够很好的控制产品质量；此外，这里还需要指出的是，在放置预浸料时，在预浸料的底面或者顶面或者在两面上均贴附具有一定强度的薄膜，而且薄膜在预浸料的宽度方向上延伸设置，通过上述设置，可以放置在放置预浸料初期预浸料的变形，也容易对预浸料的变形进行调整，如图8所示，若预浸料在放置初期发生了塌陷，可以通过在宽度方向上拉薄膜的方式，使得预浸料重新恢复平整。

如图7和图8所示，为了能够使得长桁热模压预成型设备能够对加工不同厚度的长桁构件，侧上模31和/或侧下模41沿其宽度方向可移动设置。如图7中所示，本申请为了解决仅仅通过上下的调整无法使得倾斜面411与水平面上厚度不同的问题，将侧上模31与侧下模41在宽度方向上，也就是水平方向上可移动设置，从而使得倾斜面411上的厚度与上下面之间的厚度相同，从而使得设备能够加工各种厚度的长桁。

具体的，如图6所示，侧梁21底部与侧上模31之间连接有滑动组件23，滑动组件23朝向侧梁21的宽度方向设置，侧梁21上固定有横移驱动件24，横移驱动件24的驱动端与侧上模31连接，以驱动侧上模31靠近或者远离中上模30。这里的滑动组件23是指滑块与滑轨，下文中的滑动模组43也是相同的结构，同时这里需要指出的是，滑动组件23或者滑动模组43也可以是其他导向结构；横移驱动件24与横向驱动件44这里是电机丝杆组件，通过电机丝杆驱动连接板的移动，连接板与侧上模31固定，从而驱动侧上模31的移动；这里需要指出的是，由于现有技术中侧梁21与模具之间固定连接，而如何实现侧上模31与侧梁21之间的可相对滑动连接，成为了本次设备上的难点，为了克服上述问题，本发明提供了一种具有固定室71的固定板70结构，如图10所示，固定板70上设置有向上突起设置的固定室71，固定室71内设置有连接固定结构，通过连接固定结构实现对侧上模31的固定；在侧梁21上具有与固定室71相对应的缺口，缺口的方向与固定室71的方向均朝向侧上模31在水平方向上移动的方向设置，滑动组件23即设置在固定板70与侧梁21之间，通过固定室71以及与固定室71相对应的侧梁21上的缺口的设置，实现了固定板70整体与侧梁21之间在水平方向上的移动的同时，还可以通过固定室71内固定结构实现对上侧模之间的固定；具体的，连接固定结构包括固定驱动件72、固定卡件73和固定扣件74，其中，固定扣件74固定在侧上模31上表面上，且处于与上下凸起的固定室71相对应的位置处，固定驱动件72固定在固定室71上，且与固定卡件73连接，固定驱动件72可以驱动固定卡件73朝向靠近或者远离固定扣件74的方向移动，通过固定卡件73与固定扣件74的配合，实现将侧上模31固定在固定板70上；作为上述实施例的优选，固定扣件74上设置有开口朝向固定卡件73设置的角钢，而固定卡件73上设置有与角钢内壁相配合的转轮，而且角钢的上侧壁的厚度逐渐变厚设置，当固定卡件73与扣件接触时，转轮的上侧与角钢的上侧壁进一步靠近会产生在竖直方向上的挤压力，从而通过这种固定卡件73与固定扣件74之间的配合将侧上模31固定在固定板70上。

同样的，请继续参照，基座11与侧下模41之间具有与二者连接的滑动模组43，滑动模组43朝向中下模40设置，基座11上固定有横向驱动件44，横向驱动件44的驱动端与侧下模41连接，以驱动侧下模41靠近或者远离中下模40。通过上述设置，在对上下模之间距离的调整时，可以使得侧上模31与侧下模41同步调整，通过这种方式，可以实现在线的调整，即在没有对预浸料进行模压之前，同步调整侧上模31与侧下模41在水平方向上距离中部的上中模或者下中模之间的距离，使得倾斜面411上的间距与水平面上的间距相同，在加上压力传感器50的配合，使得各种厚度的预浸料的成型质量均可以得到有效的保证。

为了进一步监控预浸料的成型过程，如图1所示，基座11上还具有至少一个微距摄像机60，微距摄像机60设置在中下模40的两端位置处，用于拍摄长桁成型时的侧面画面。微距摄像机60拍摄的画面如图3和图8所示，微距摄像机60与其旁边的控制器上的显示屏连接，以便于工作人员实时的对加工过程进行监控，或者加工完成后对产品缺陷原因通过视频回放进行分析。

本发明实施例还提供了一种长桁热模压成型方法，应用上述长桁热模压预成型设备，如图12所示，包括以下步骤：

S10：驱动中下模40上移至其上表面与侧下模41的上表面齐平；通过这种设置，可以保证放置预浸料时的平整性；

S20：放置预浸料于中下模40和侧下模41上；这里需要指出的是，在放置预浸料时，在预浸料的上表面和/或下表面贴附薄膜，薄膜往预浸料宽度方向延伸设置，以保证预浸料的平整度。

S30：驱动中上模30移动至其底部与侧上模31下表面齐平；通过这种设置，使得在主梁20下移时保证与预浸料之间保证相同的距离；

S40：驱动中上模30和侧上模31同步下移至距预浸料上表面预定距离；这里的预定距离指的具体是，与预浸料接触，使得预浸料产生一定的变形，但不会影响预浸料在上下模具之间的滑动，通过这种设置，可以放置在上中模下压使得预浸料往中间下压时，预浸料两端的收缩均匀，不会产生褶皱；

S50：驱动中上模30和中下模40同步下移预定距离，并观察下移过程中压力传感器50的数值是否保持在预定范围内；同步下移的过程就是预浸料中部成型的过程，使得原先平整的预浸料变形为如图3或者图8中的中间凹陷的结构；当然这里需要指出的是，不仅仅限于图中的帽型长桁的结构，还可以是其他例如V形、C型结构等等，而且，在上述中间部分下压的过程中，始终有微距摄像机60对模具端面进行拍摄监测，以对成型过程进行有效的监控。

S60：同步驱动中上模30和侧上模31下压至预定压力值，并保持一段时间；这一步骤是预浸料真正成型的过程，在这个过程中还需要配合加热系统对模具进行加热，加热加压预定时间之后，预浸料成型过程结束；这里还需要指出的是，在下压的过程中始终通过压力传感器50对预浸料与模具之间的压力进行监控。

S70：驱动中上模30和侧上模31上移，驱动中下模40将成型件顶出。在成型完毕后，将主梁20吊起使得上模具与下模具之间分离，然后通过中下模40将长桁顶出即可。

此外，这里还需要指出的是，当需要调整预浸料厚度时，同步调整侧上模31与中上模30之间的距离，以及侧下模41与中下模40的距离，使得模具倾斜面411之间的间距与水平或竖直面之间的间距相等。通过上述设置，实现了对多种型号的长桁的加工，提高了设备的适用性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种长桁热模压预成型设备，其特征在于，包括：

支架，所述支架进一步包括基座和设置在所述基座上的龙门支撑框架；

丝杆升降机，固定在所述龙门支撑框架的顶部，用于提供升降驱动力；

主梁，与所述丝杆升降机连接，在所述丝杆升降机的驱动下做上下升降动作；

侧梁，可相对移动地设置在所述主梁的两侧；

侧驱动件，固定在所述主梁的侧壁上，且所述侧驱动件的驱动端与所述侧梁连接，以驱动所述侧梁在所述主梁的两侧同步升降；

中上模，设置在所述主梁底部，用于型材中部成型；

侧上模，设置在所述侧梁底部，用于型材两侧成型；

中下模，设置在所述基座上，且与所述中上模相对设置，且所述中下模在与所述中上模相对的方向上可移动设置；

下驱动件，固定在所述基座底部，且所述下驱动件的驱动端与所述中下模连接，以驱动所述中下模朝向靠近或者远离所述中上模的方向移动；

侧下模，设置在所述基座上，且位于所述中下模的两侧；

其中，所述中下模和侧下模上均具有压力传感器，所述压力传感器用于检测预浸料成型时的压力；

所述侧上模和/或侧下模沿其宽度方向可移动设置；

所述侧梁底部与所述侧上模之间连接有滑动组件，所述滑动组件朝向所述侧梁的宽度方向设置，所述侧梁上固定有横移驱动件，所述横移驱动件的驱动端与所述侧上模连接，以驱动所述侧上模靠近或者远离所述中上模；

还包括固定板，所述固定板上设置有向上突起的固定室，所述固定室内设置有连接固定结构，通过连接固定结构实现对所述侧上模的固定；所述侧梁上具有与所述固定室相对应的缺口，所述缺口的方向与所述固定室的方向均朝向所述侧上模在水平方向上移动的方向设置；

所述滑动组件设置在所述固定板与所述侧梁之间，通过所述固定室以及与所述固定室相对应的侧梁上的所述缺口的设置，实现了所述固定板整体与所述侧梁之间在水平方向上的移动 ，同时还通过所述固定室内的所述固定结构实现对上侧模之间的固定。

2.根据权利要求1所述的长桁热模压预成型设备，其特征在于，两所述侧下模相对的面上具有倾斜面，所述倾斜面上具有第二传感器。

3.根据权利要求1所述的长桁热模压预成型设备，其特征在于，所述基座与所述侧下模之间具有与二者连接的滑动模组，所述滑动模组朝向所述中下模设置，所述基座上固定有横向驱动件，所述横向驱动件的驱动端与所述侧下模连接，以驱动所述侧下模靠近或者远离所述中下模。

4.根据权利要求1或2所述的长桁热模压预成型设备，其特征在于，所述基座上还具有至少一个微距摄像机，所述微距摄像机设置在所述中下模的两端位置处，用于拍摄长桁成型时的侧面画面。

5.一种长桁热模压成型方法，应用如权利要求1至4任一项所述的长桁热模压预成型设备，其特征在于，包括以下步骤：

驱动中下模上移至其上表面与侧下模的上表面齐平；

放置预浸料于中下模和侧下模上；

驱动中上模移动至其底部与侧上模下表面齐平；

驱动中上模和侧上模同步下移至距预浸料上表面预定距离；

驱动所述中上模和中下模同步下移预定距离，并观察下移过程中压力传感器的数值是否保持在预定范围内；

同步驱动中上模和侧上模下压至预定压力值，并保持一段时间；

驱动中上模和侧上模上移，驱动中下模将成型件顶出。

6.根据权利要求5所述的长桁热模压成型方法，其特征在于，在放置预浸料时，在预浸料的上表面和/或下表面贴附薄膜，所述薄膜往预浸料宽度方向延伸设置，以保证预浸料的平整度。

7.根据权利要求5所述的长桁热模压成型方法，其特征在于，当需要调整预浸料厚度时，同步调整侧上模与中上模之间的距离，以及侧下模与中下模的距离，使得模具倾斜面之间的间距与水平或竖直面之间的间距相等。

8.根据权利要求5所述的长桁热模压成型方法，其特征在于，在成型过程中始终有微距摄像机对模具端面进行拍摄监测。

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