CN111908245B - 一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置及方法，包括安装架，安装架上依次安装有放卷机构、走丝机构与收卷机构，走丝机构上安装有金刚丝线刃，由放卷机构放出的单向预浸料经过走丝机构上的金刚丝线刃分切为指定宽度的单向预浸料，分切后的单向预浸料通过收卷机构进行收卷。本发明采用金刚丝线刃分切单向预浸料，沿纤维方向劈开预浸料，不会损伤丝束，不会产生毛边，分切后的单向预浸料质量较高；本发明沿纤维方向劈开预浸料，只要分切开始，即可保证金刚丝线刃两侧纤维数量比例基本不变，从而保证所分切预浸料宽度不变，因此分切得到单纤维预浸料宽度一致性好。

Description

一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置及方法
技术领域
本发明属于复合材料预浸料加工领域，具体涉及一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置及方法。
背景技术
连续纤维增强复合材料具有高比模量、高强度等优点，随着复合材料自动铺放技术的快速发展，连续纤维增强复合材料越来越多地应用于航空航天等领域。复合材料自动铺放技术是一种低成本、高速高精度、自动化程度高的先进制造技术，通常采用连续纤维单向预浸料丝束作为铺放原料。复合材料自动铺放技术对所使用预浸料丝束的质量要求较高，预浸料丝束的质量将直接影响所铺放构件的质量：若预浸料丝束宽度不均匀，则会导致铺放过程中相邻预浸丝束之间产生间隙或者搭叠，使构件中产生空隙等缺陷；若预浸料丝束有毛边，则表明丝束中纤维有断裂，削弱连续纤维的增强效果，从而使构件的力学性能下降。
现有的预浸料分切技术多采用刀片、圆刀等作为分切主体，辅以纠偏装置、张力控制装置的控制分切精度。但是现有的分切装置分切精度较低，主要由于纠偏装置检测精度有限，纠偏装置结构复杂，纠偏困难，而且采用刀片圆刀这种锋利的刃边进行分切，一旦有细微的偏差，刃边就会切断预浸料中的纤维丝，使预浸料产生毛边，所分切出的预浸料丝束难以满足自动铺放的要求。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置及方法，使用金刚丝线刃沿纤维方向进行分切，无需额外纠偏装置，可以实现预浸料高精度分切，且不会产生毛边。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置，包括安装架、放卷机构、走丝机构和收卷机构，安装架上依次安装有放卷机构、走丝机构与收卷机构，走丝机构上安装有金刚丝线刃，由放卷机构放出的单向预浸料经过走丝机构上的金刚丝线刃分切为指定宽度的单向预浸料，分切后的单向预浸料通过收卷机构进行收卷。
本发明中进一步的改进在于，金刚丝线刃为直径小于等于0.2mm的金刚丝。
本发明中进一步的改进在于，所述放卷机构包括放卷安装板、放卷料轴、放卷料盘以及微型离合器；放卷安装板固定在安装架上，放卷安装板上设置放卷料轴，放卷料轴上套装有放卷料盘，微型离合器一端固定在放卷料轴上，另一端固定在放卷料盘上。
本发明中进一步的改进在于，放卷安装板上还设置有放卷导轮组。
本发明中进一步的改进在于，走丝机构包括两个固定板组，上走丝安装板组，下走丝安装板组，送丝料轮组，走丝导轮组以及收丝料轮组；
固定板组设置在安装架上，一个固定板组上设置有上走丝安装板组，另外一个固定板组上设置有下走丝安装板组，上走丝安装板组位于下走丝安装板组正上方，并且上走丝安装板组与下走丝安装板组间隔设置；
金刚丝线刃设置在送丝料轮组上。
本发明中进一步的改进在于，送丝料轮组包括送丝料轮，送丝料轮轴，送丝料轮轴套，送丝料轮轴座以及送丝微型离合器；
走丝导轮组包括走丝导轮以及走丝导轮座；
收丝料轮组包括收丝料轮，收丝料轮轴，收丝料轮轴套，收丝料轮轴座，收丝电机安装座以及收丝电机；
送丝料轮轴座设置在上走丝安装板组上，送丝料轮轴座内装有轴承，送丝料轮轴安装在送丝料轮轴座内，送丝料轮套装在送丝料轮轴上，送丝料轮轴套套装在送丝料轮轴上，送丝微型离合器一端与送丝料轮安装座固定，另一端通过离合器销钉与送丝料轮轴固定；
上走丝安装板组和下走丝安装板组上设置走丝导轮座，走丝导轮座内装有轴承，走丝导轮安装在走丝导轮座内，
收丝料轮轴座固定在下走丝安装板组上，收丝料轮轴座内装有轴承，收丝料轮轴安装在收丝料轮轴座内，收丝料轮套装在收丝料轮轴上，收丝料轮轴套套在收丝料轮轴上，收丝电机安装座固定在收丝料轮轴座上，收丝电机固定在收丝电机安装座上，收丝电机输出轴与收丝料轮轴固连；
金刚丝线刃从送丝料轮上拉出，绕过走丝导轮，最后由收丝料轮收卷。
本发明中进一步的改进在于，所述收卷机构包括收卷安装板、收卷电机、收卷轴以及收卷料盘；收卷安装板固定在安装架上，收卷电机固定在收卷安装板上，收卷安装板内装有轴承，收卷轴安装在收卷安装板内，收卷料盘固定在收卷轴上，收卷轴一端与收卷电机输出轴固连。
一种线刃分切连续纤维单向预浸料方法，将待分切的单向预浸料从放卷机构中拉出，根据所需分切宽度，在单向预浸料上确认分切位置，使走丝机构上的金刚丝线刃在分切位置处开始分切单向预浸料，继续拉动维持一定大小张力的单向预浸料，金刚丝线刃沿纤维丝方向劈开单向预浸料，劈开的位置始终与最初分切位置一致；将分切后的单向预浸料粘接在收卷机构上。
本发明中进一步的改进在于，金刚丝线刃张力为8N-30N，金刚丝线刃的速度为10mm/s-100mm/s。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置金刚丝线刃，实现对单向预浸料的分切，结构简单，无需额外纠偏装置，降低了分切装置的复杂程度，降低了分切控制难度，从而降低了分切成本；本发明采用的金刚丝线刃价格低廉，分切过程中线刃损耗小，寿命长，从而大大降低了分切成本。
进一步的，当单向预浸料拉动放卷料盘转动时，由于微型离合器的作用，放卷料盘会受到一定的阻力，使单向预浸料产生一定张力，保证单向预浸料在输送过程中平直，不易跑偏，通过调节微型离合器所传递扭矩的值，可以改变放卷料盘受到的阻力，从而调整单向预浸料的张力大小。
进一步的，放卷安装板上还设置有放卷导轮组并且位于放卷料盘一侧，可以起到对单向预浸料的导向作用。
本发明采用金刚丝线刃分切单向预浸料，沿纤维方向劈开预浸料，不会损伤丝束，不会产生毛边，分切后的单向预浸料质量较高；本发明沿纤维方向劈开预浸料，只要分切开始，即可保证金刚丝线刃两侧纤维数量比例基本不变，从而保证所分切预浸料宽度不变，因此分切得到单纤维预浸料宽度一致性好。
附图说明
图1是线刃分切连续纤维单向预浸料的装置的总装配图。
图2是收卷机构装配图。
图3是去掉一半的固定板组、上走丝安装板组、下走丝安装板组后的走丝机构装配图。
图4是走丝机构装配图背面视图。
图5是送丝料轮组爆炸图。
图6是放卷机构装配图。
图中：1-铝型材安装架，2-放卷机构，3-走丝机构，4-收卷机构，5-单向预浸料，6-金刚丝线刃，201-放卷安装板，202-放卷料轴，203-放卷料盘，204-微型离合器，205-放卷导轮组，301-固定板组，302-上走丝安装板组，303-下走丝安装板组，310-送丝料轮组，320-送丝导轮组，330-收丝料轮组，311-送丝料轮，312-送丝料轮轴，313-送丝料轮轴套，314-送丝料轮轴座，315-送丝微型离合器，316-离合器销钉，321-走丝导轮，322-走丝导轮座，331-收丝料轮，332-收丝料轮轴，333-收丝料轮轴套，334-收丝料轮轴座，335-收丝电机安装座，336-收丝电机，401-收卷安装板，402-收卷电机，403-收卷轴，404-收卷料盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参见图1-图6，本发明的一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置，包括铝型材安装架1、放卷机构2、走丝机构3、收卷机构4、单向预浸料5和金刚丝线刃6，金刚丝线刃6为极细金刚丝，直径不超过0.2mm，铝型材安装架1上依次安装有放卷机构2、走丝机构3与收卷机构4，走丝机构3上安装有金刚丝线刃6，单向预浸料5从放卷机构2中被拉出，经过走丝机构3上的金刚丝线刃6分切为指定宽度的单向预浸料，分切后的单向预浸料通过收卷机构4进行收卷。
具体的，参见图6，所述放卷机构2包括放卷安装板201，放卷料轴202，放卷料盘203，微型离合器204以及放卷导轮组205。放卷安装板201固定在铝型材安装架1上，放卷料轴202固定在放卷安装板201上，且不能相对放卷安装板201周向转动或轴向转动，放卷料盘203套装在放卷料轴202上，可相对放卷料轴202周向转动，微型离合器204一端固定在放卷料轴202上，另一端固定在放卷料盘203上，当单向预浸料5拉动放卷料盘203转动时，由于微型离合器204的作用，放卷料盘203会受到一定的阻力，使单向预浸料5产生一定张力，保证单向预浸料5在输送过程中平直，不易跑偏，通过调节微型离合器204所传递扭矩的值，可以改变放卷料盘203受到的阻力，从而调整单向预浸料5的张力大小，放卷导轮组205安装在放卷安装板201上，并且位于放卷料盘203一侧，起到对单向预浸料5的导向作用。
具体的，参见图3和图4，所述走丝机构3包括固定板组301，上走丝安装板组302，下走丝安装板组303，送丝料轮组310，走丝导轮组320以及收丝料轮组330；
参见图5，送丝料轮组310包括送丝料轮311，送丝料轮轴312，送丝料轮轴套313，送丝料轮轴座314以及送丝微型离合器315；
走丝导轮组320包括走丝导轮321以及走丝导轮座322；
收丝料轮组330包括收丝料轮331，收丝料轮轴332，收丝料轮轴套333，收丝料轮轴座334，收丝电机安装座335以及收丝电机336。
参见图3，上走丝安装板组302和下走丝安装板组303分别固定安装在固定板组301上，固定板组301安装在铝型材安装架1上，固定板组301为两个，一个固定板组301上设置有上走丝安装板组302，另外一个固定板组301上设置有下走丝安装板组303，上走丝安装板组302位于下走丝安装板组303正上方，并且上走丝安装板组302与下走丝安装板组303间隔设置；通过调整固定板组301的安装位置可以调整走丝机构3的整体位置，也可以调节上走丝安装板组302和下走丝安装板组303之间的距离a。
上走丝安装板组302上安装有一组送丝料轮组310和两组走丝导轮组320，送丝料轮轴座314固定在上走丝安装板组302外侧，送丝料轮轴座314内装有轴承，送丝料轮轴312安装在送丝料轮轴座314内，可自由转动，送丝料轮311套装在送丝料轮轴312上，且不能相对送丝料轮轴312周向转动，送丝料轮轴套313套装在送丝料轮轴312上，固定送丝料轮311使其不能相对送丝料轮轴312轴向滑动，送丝微型离合器315一端与送丝料轮安装座314固定，另一端通过离合器销钉316与送丝料轮轴312固定。当金刚丝线刃6拉动送丝料轮311和送丝料轮轴312转动时，由于送丝微型离合器315的作用，使金刚丝线刃6产生一定张力，保证金刚丝线刃6有足够切割能力，切割过程中不易跑偏，通过调整送丝微型离合器315传递扭矩值，可以调整金刚丝线刃6的张力大小。
走丝导轮座322均安装在上走丝安装板组302和下走丝安装板组303内侧，走丝导轮座322内装有轴承，走丝导轮321安装在走丝导轮座322内，可自由转动。
下走丝安装板组303上安装有一组收丝料轮组330和两组走丝导轮组320，收丝料轮轴座334固定在下走丝安装板组303外侧，收丝料轮轴座334内装有轴承，收丝料轮轴332安装在收丝料轮轴座334内，可自由转动，收丝料轮331套装在收丝料轮轴332上，且不能相对收丝料轮轴332周向转动，收丝料轮轴套333套在收丝料轮轴332上，固定收丝料轮331使其不能相对收丝料轮轴332轴向滑动，收丝电机安装座335固定在收丝料轮轴座334上，收丝电机336固定在收丝电机安装座335上，收丝电机336输出轴与收丝料轮轴332连接，可带动收丝料轮轴332和收丝料轮331转动，实现对金刚丝线刃6的收卷。
金刚丝线刃6从送丝料轮311上被拉出，绕过四个走丝导轮321，最后由收丝料轮331收卷。
具体的，参见图2，所述收卷机构4包括收卷安装板401，收卷电机402，收卷轴403以及收卷料盘404。收卷安装板401固定在铝型材安装架1上，收卷电机402固定在收卷安装板401上，收卷安装板401内装有轴承，收卷轴403安装在收卷安装板401内，可自由转动，收卷料盘404固定在收卷轴403上，收卷轴403一端与收卷电机402输出轴固连。收卷电机402带动收卷轴403和收卷料盘转动，拉动分切后的单向预浸料5完成收卷动作。
金刚丝线刃6也可以是其他材质的丝材，所述走丝机构3可以简化为更简单的金刚丝张紧机构，金刚丝线刃6的切割效果不仅受线刃自身材质、直径的影响，还受线刃张力和线刃速度的影响，金刚丝线刃6在分切过程中保持一定大小的张力和速度，张力越大，速度越快，金刚丝线刃6的切割能力越强，若金刚丝线刃6的速度为零，即金刚丝线刃6固定并维持一定张力，亦可进行切割，但切割效果较差，金刚丝线刃6寿命大大缩短。
所述微型离合器204和送丝微型离合器315是提供张力稳定张力的装置，也可以替换为其他形式的离合器或制动器。
一种基于上述装置的线刃分切连续纤维单向预浸料方法，包括以下步骤：
步骤1：将需要分切的单向预浸料5装载在放卷料盘203内，调整微型离合器204扭矩，使单向预浸料5可以在合适的张力下被拉出，一般调节张力在3N-8N区间内，根据单向预浸料的材料和尺寸选择不同大小的张力；
步骤2：根据所需要的分切的宽度，调整走丝机构3的位置，使金刚丝线刃6处于切割位置附近；
步骤3：启动收丝电机336，调节送丝微型离合器315扭矩和收丝电机336转速，使金刚丝线刃6在合适的转速和张力下输送，一般调节金刚丝线刃6张力为8N-30N，金刚丝线刃6的速度为10mm/s-100mm/s，根据单向预浸料5的材料和厚度选择不同大小的张力和转速；
步骤4：将单向预浸料5从放卷料盘203中拉出，绕过放卷导轮组205，根据所需分切宽度，在单向预浸料5上确认分切位置，使金刚丝线刃6在分切位置处开始分切单向预浸料5，继续拉动单向预浸料5，由于金刚丝线刃6没有锋利刃边，不会轻易割断单向预浸料5中纤维丝，而纤维丝自身有导向作用，使金刚丝线刃6沿纤维丝方向劈开单向预浸料5，劈开的位置始终与最初分切位置一致；
步骤5：将分切后的单向预浸料粘接在收卷料盘404内；
步骤6：启动收卷电机402，收卷电机402带动收卷料盘404转动，将单向预浸料5不断从放卷料盘203中拉出，经过走丝机构3进行分切，最终将分切后的单向预浸料5收卷到收卷料盘404上。
步骤7：收卷结束后，关闭收卷电机402，关闭收丝电机336，取下收卷料盘404，准备下一次分切。
本发明具有以下优点：
本发明采用金刚丝线刃分切单向预浸料，沿纤维方向劈开预浸料，不会损伤丝束，不会产生毛边，分切后的单向预浸料质量较高；
本发明沿纤维方向劈开预浸料，只要分切开始，即可保证金刚丝线刃两侧纤维数量比例基本不变，从而保证所分切预浸料宽度不变，因此分切得到预浸料宽度一致性好；
本发明结构简单，无需额外纠偏装置，降低了分切装置的复杂程度，降低了分切控制难度，从而降低了分切成本；
本发明采用的金刚丝线刃价格低廉，分切过程中线刃损耗小，寿命长，从而大大降低了分切成本。

Claims (3)

1.一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置，其特征在于，包括安装架（1）、放卷机构（2）、走丝机构（3）和收卷机构（4），安装架（1）上依次安装有放卷机构（2）、走丝机构（3）与收卷机构（4），走丝机构（3）上安装有金刚丝线刃（6），由放卷机构（2）放出的单向预浸料（5）经过走丝机构（3）上的金刚丝线刃（6）分切为指定宽度的单向预浸料，分切后的单向预浸料通过收卷机构（4）进行收卷；
所述放卷机构（2）包括放卷安装板（201）、放卷料轴（202）、放卷料盘（203）以及微型离合器（204）；放卷安装板（201）固定在安装架（1）上，放卷安装板（201）上设置放卷料轴（202），放卷料轴（202）上套装有放卷料盘（203），微型离合器（204）一端固定在放卷料轴（202）上，另一端固定在放卷料盘（203）上；
放卷安装板（201）上还设置有放卷导轮组（205）；
金刚丝线刃（6）为直径小于等于0.2mm的金刚丝；
走丝机构（3）包括两个固定板组（301），上走丝安装板组（302），下走丝安装板组（303），送丝料轮组（310），走丝导轮组（320）以及收丝料轮组（330）；
固定板组（301）设置在安装架（1）上，一个固定板组（301）上设置有上走丝安装板组（302），另外一个固定板组（301）上设置有下走丝安装板组（303），上走丝安装板组（302）位于下走丝安装板组（303）正上方，并且上走丝安装板组（302）与下走丝安装板组（303）间隔设置；
金刚丝线刃（6）设置在送丝料轮组（310）上；
送丝料轮组（310）包括送丝料轮（311），送丝料轮轴（312），送丝料轮轴套（313），送丝料轮轴座（314）以及送丝微型离合器（315）；
走丝导轮组（320）包括走丝导轮（321）以及走丝导轮座（322）；
收丝料轮组（330）包括收丝料轮（331），收丝料轮轴（332），收丝料轮轴套（333），收丝料轮轴座（334），收丝电机安装座（335）以及收丝电机（336）；
送丝料轮轴座（314）设置在上走丝安装板组（302）上，送丝料轮轴座（314）内装有轴承，送丝料轮轴（312）安装在送丝料轮轴座（314）内，送丝料轮（311）套装在送丝料轮轴（312）上，送丝料轮轴套（313）套装在送丝料轮轴（312）上，送丝微型离合器（315）一端与送丝料轮轴座（314）固定，另一端通过离合器销钉（316）与送丝料轮轴（312）固定；
上走丝安装板组（302）和下走丝安装板组（303）上设置走丝导轮座（322），走丝导轮座（322）内装有轴承，走丝导轮（321）安装在走丝导轮座（322）内，
收丝料轮轴座（334）固定在下走丝安装板组（303）上，收丝料轮轴座（334）内装有轴承，收丝料轮轴（332）安装在收丝料轮轴座（334）内，收丝料轮（331）套装在收丝料轮轴（332）上，收丝料轮轴套（333）套在收丝料轮轴（332）上，收丝电机安装座（335）固定在收丝料轮轴座（334）上，收丝电机（336）固定在收丝电机安装座（335）上，收丝电机（336）输出轴与收丝料轮轴（332）固连；
金刚丝线刃（6）从送丝料轮（311）上拉出，绕过走丝导轮（321），最后由收丝料轮（331）收卷。
2.根据权利要求1所述的一种线刃分切连续纤维单向预浸料的装置，其特征在于，所述收卷机构（4）包括收卷安装板（401）、收卷电机（402）、收卷轴（403）以及收卷料盘（404）；收卷安装板（401）固定在安装架（1）上，收卷电机（402）固定在收卷安装板（401）上，收卷安装板（401）内装有轴承，收卷轴（403）安装在收卷安装板（401）内，收卷料盘（404）固定在收卷轴（403）上，收卷轴（403）一端与收卷电机（402）输出轴固连。
3.一种基于权利要求1-2中的任意一项所述的装置的线刃分切连续纤维单向预浸料方法，其特征在于，将待分切的单向预浸料（5）从放卷机构（2）中拉出，根据所需分切宽度，在单向预浸料（5）上确认分切位置，使走丝机构（3）上的金刚丝线刃（6）在分切位置处开始分切单向预浸料（5），继续拉动维持一定大小张力的单向预浸料（5），金刚丝线刃（6）沿纤维丝方向劈开单向预浸料（5），劈开的位置始终与最初分切位置一致；将分切后的单向预浸料粘接在收卷机构（4）上；金刚丝线刃（6）张力为8N-30N，金刚丝线刃（6）的速度为10mm/s-100mm/s。
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