CN112590253B - 一种用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，属于先进复合材料自动化制造设备技术领域。包括：传动机构，设有用于背衬带传动的主动轮和用于带动所述主动轮转动的驱动器；还设有对背衬带进行预加热的加热单元；压粘机构，将放卷输送路径中的预浸带压粘在背衬带上，根据铺放时段的要求，自动控制压粘的时间点；自动张紧机构，设有与主动轮共同支撑背衬带的张紧轮，主动轮和张紧轮位于背衬带的上端，背衬带的下端设有压辊；张紧力检测机构，用于检测背衬带的张紧力，从而检测黏附在背衬带上的预浸带的张紧力。预浸带在行进过程中不需要背衬纸的支撑，简化了剪切机构。

Description

一种用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置

技术领域

本发明涉及先进复合材料自动化制造设备技术领域，具体地说，涉及一种用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置。

背景技术

自动铺带技术是一种将复合材料预浸带铺放至模具上的自动化增材制造技术，是将预浸带进行输送、剪切、加热、滚压，通过层叠的方式，最终在模具上完成复合材料构件成型制造的设备。

常用的热固性复合材料是以热固性树脂作为基体，增强纤维作为增强体的复合材料，具有强度高、刚度大、耐高温等优势，在航空航天领域、交通运输领域等得到了较为广泛的应用。

热固性预浸带则是制备复合材料结构件的中间材料，不论是湿法制得还是下法制得的热固性预浸带，都是具有一定的黏性，常常需要在收卷过程中填设一层背衬纸，以防止预浸带层与层之间相互粘结。由此，针对热固性复合材料预浸带的铺带头，常常通过控制背衬纸的运动实现对预浸带的张力控制、输送导向和滚压支撑。一条背衬纸完整连续前进的路径成为了铺带头结构中较为重要的组成部分。

现有的铺带头设计中，在保证背衬纸不断裂的情况下，使得裁剪部件多采用超声切割刀以确保切深精度，达到只切断预浸带而不切断背衬纸的目的，由此带来了结构复杂、成本较高的问题。另外，如果提前将预浸带中的背衬纸剥离出来，进而只对预浸带进行裁剪，那么在放卷输送过程中则需要直接对预浸带提供前进动力以及输送导向、滚压时支撑的装置。

另一方面，现有加热部件中采用的激光加热方式具有能量集中、加热效率高等特点，但是由于激光加热速度快，进而对铺放速度和冷却速度的要求也随之提升，很容易造成热固性材料在短时间内软化和固化，从而引发较大热应力的问题。

且现有铺带头在曲面铺放过程中，需要滚压部件对模具表面形状自适应调节，从而在保证一定范围压力的情况下实现滚压。而在压辊上下浮动的同时，张紧力也会发生变化。测量与控制预浸带张紧力也是一直存在的亟待解决的问题。

此外，热固性复合材料结构件在成型过程中，配合以各种必要的添加剂，再通过交联固化过程便可以形成初步的制品，添加剂中粘结剂的使用，可以很好地增强层间的结合强度。现有铺带头中并没有添加装置的相关设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，可安装于铺带头中，与滚压机构配合使用，可简化裁剪机构，并提供输送动力和张紧力控制，实现优化热固性复合材料在铺放过程中的工艺控制。

为了实现上述目的，本发明提供的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置包括：

传动机构，设有用于背衬带传动的主动轮和用于带动所述主动轮转动的驱动器；还设有对背衬带进行预加热的加热单元；

压粘机构，将放卷输送路径中的预浸带压粘在背衬带上，根据铺放时段的要求，自动控制压粘的时间点；

自动张紧机构，设有与所述主动轮共同支撑背衬带的张紧轮，主动轮和张紧轮位于背衬带的上端，背衬带的下端设有压辊；

张紧力检测机构，用于检测背衬带的张紧力，从而检测黏附在背衬带上的预浸带的张紧力。

上述技术方案中，热固性预浸带在行进过程中不需要背衬纸的支撑，简化了装置的裁剪部件。利用背衬带易于进行张紧力检测和控制的特点，从而可以检测和控制铺放时预浸带的张紧力。同时，为了适应激光快速加热成型的特性，采用加热单元进行预加热，即通过加热背衬带，实现对预浸带的预热，以减少成型件中产生的热应力缺陷。

可选地，在一个实施例中，所述的传动机构包括相对设置的左支撑板和右支撑板，所述左支撑板和右支撑板之间设有一传动轴，所述的主动轮安装在该传动轴上；所述驱动器驱动所述传动轴转动。

可选地，在一个实施例中，所述的左支撑板和右支撑板的顶部设有上支撑板，所述的加热单元为设置在所述上支撑板底部的石英灯管。

由于通常采用激光加热方式，加热时间短，能量密度高，容易造成铺放接合处因温度梯度大而引起残余应力的现象，预加热单元则可以很好地改善该现象。

可选地，在一个实施例中，所述的压粘机构包括压粘轮、直线运动输出单元以及将动力转化成压粘轮往复运动的连杆结构。直线运动输出单元优选为电动推杆。

可选地，在一个实施例中，所述的连杆结构包括通过销轴活动安装在所述传动机构上的压板，所述压粘轮固定在所述压板一端，压板的另一端连接所述的直线运动输出单元。

电动推杆充能，推向压板的一端，压板绕着销轴转动，将其另一端上安装的压粘轮压向背衬带的主动轮；电动推杆泄能，则压粘轮远离背衬带的主动轮，此时两轮间的缝隙足够使下次待铺放的预浸带输送进入，电动推杆之后再次充能，依次循环往复。在控制系统辅助下，每次路径铺放开始，即当预浸带刚刚进入两轮之间时，电动推杆充能使压粘轮压紧；在每次铺放路径结束，即当预浸带的末端刚刚离开两轮之间后，电动推杆泄能使压粘轮远离。

可选地，在一个实施例中，所述的自动张紧机构包括设置在所述传动机构上用于调整所述张紧轮位置的伺服摆动单元。

可选地，在一个实施例中，所述的伺服摆动单元包括用于安装所述张紧轮的张紧轴，设置在所述张紧轴两端的摆动臂，连接在所述摆动臂与所述传动机构之间的支撑轴，以及设置在所述支撑轴上的扭矩弹簧。

通过扭矩弹簧控制活动的摆动臂的摆动位置，从而调整连接摆动臂上的张紧轮的位置。在铺放压辊和模具或已铺放表面的接合处，使得预浸带的张紧力在小范围内变化。当铺放至凹面模具时，压辊下降，使得整个背衬带部分的张紧力变大，同时施加在张紧轮上的压力增大。张紧轮及其安装的轴承座所受的压力增大，会使摆动臂克服一部分扭矩弹簧的阻力转动，从而减小整个背衬带的张紧力。当铺放至凸面模具时，压辊上升，张紧力的调整与之相反。

可选地，在一个实施例中，所述的传动机构上还设有用于盛放和涂敷粘性增强材料的盛放容器，所述的背衬带位于所述盛放容器的底部。选用J-116F粘结剂作为涂料材料。在预浸带层铺过程中，涂敷的J-116F粘结剂能够相应地提高复合材料成型件层间的剪切强度。

可选地，在一个实施例中，所述的盛放容器底部设有若干小孔和位于小孔中的毛刷。

可选地，在一个实施例中，所述的张紧力检测机构包括支撑在所述背衬带一侧的张力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

针对热固性复合材料预浸带，本发明的使用一方面可以简化铺带头对装置的裁剪部件的功能要求，达到预先将背衬纸分离，只裁剪预浸带的目的；另一方面本发明替代了背衬纸所发挥的功能，起到了支撑作用，可以防止加热后软化了的预浸带粘黏在压辊上，从而发生聚集，影响铺放质量；并且起到了一定的导向作用，使预浸带可以准确地包于压辊下方。同时，根据测量控制背衬带的张紧力，实现了对预浸带张紧力的控制和测量。通过预加热和粘结剂的添加提高了成型件的机械性能。

附图说明

图1为本发明实施例中用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置的前轴测图；

图2为本发明实施例中用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置的后视图；

图3为本发明实施例中用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置的后轴测图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例

参见图1至图3，本实施例用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置包括传动机构、压粘机构、自动张紧机构和张紧力检测机构。

传动机构用于支撑背衬带，覆有耐热橡胶的棉帆布平带的背衬带115的一端套在背衬带主动轮114上，背衬带主动轮114固定在传动轴112上，并通过弹性挡圈113进行轴向定位。传动轴112外侧伸出端上安装有正时带轮109，提供动力输入。传动轴112两端通过前带外盖轴承110和后带外盖轴承128安装在前支撑板101和后支撑板108上。在放卷输送预浸带的过程中，对立侧的压粘轮104会在电动推杆116的作用下，及时将输进的预浸带压紧粘连在背衬带115上，并在背衬带主动轮114滚动摩擦力作用下向前输送背衬带115和预浸带。

压粘机构的压粘轮104安装在压轴102上，电动推杆116通过连接座117安装在前支撑板101上，电动推杆116的推出末端连接在连杆机构的下端。连杆结构是带有安装孔的压板118，通过销轴119固定在前支撑板101上。支撑轴102通过螺栓连接件103安装在压板118上，压板118可以在电动推杆116作用下，绕销轴119转动，从而使压板118上端连接着的压粘轮104往复运动。当电动推杆116充能时，推向压板118的下端，压板118绕着销轴119转动，将其另一端上安装的压粘轮104压向背衬带主动轮114；电动推杆116泄能，则压粘轮104远离背衬带主动轮114，此时两轮间的缝隙足够使下次待铺放的预浸带输送进入，电动推杆116之后再次充能，依次循环往复。

自动张紧机构包括一组张紧轮111，安装在张紧轴127上，张紧轴127的两端各安装一个带支座轴承126。带支座轴承126通过螺栓组固定在摆动臂124上，摆动臂124上开有支撑孔，支撑轴120与支撑孔间隙配合，使摆动臂124可以绕着支撑轴120转动。摆动臂124上的销孔与定位销123配合，定位销123包络在扭矩弹簧122一边的伸出端弯圈中，扭矩弹簧122的另一端则通过固定挡针125，被隔挡在前支撑板101或后支撑板108上。支撑轴120两端通过固定螺母121进行定位连接。当滚压部件7压向背衬带115时，背衬带115便可压向摆动臂板124，进而将扭矩传递给扭矩弹簧122，使各个压辊下背衬带115的张紧力都在一定的范围内浮动。当铺放至凹面模具时，压辊下降，使得整个背衬带115部分的张紧力变大，同时施加在张紧轮111上的压力增大。张紧轮111及带支座轴承126所受的压力增大，会使摆动臂124克服一部分扭矩弹簧的阻力绕着支撑轴120转动，从而减小整个背衬带115的张紧力。当铺放至凸面模具时，压辊上升，张紧力的调整与之相反。

张紧力检测机构是在背衬带主动轮113与压辊之间增设一种张力传感器130，张力传感器130通过两侧固定螺母129安装在后支撑板108上。可以实时将背衬带115的张紧力变化数据测量并传送给控制系统，通过对背衬带115张紧力的检测，来实现对粘连的预浸带，在压辊铺放接合处的张紧力的检测。

在传动机构的上支撑板106上安装有盛放盒105。当需要涂敷时，层间增强材料J-116F进入到盛放盒105中，并通过若干小孔和小孔中的毛刷流入到背衬带115外表面上，进而涂敷在预浸带上。上支撑板106的底部设有加热单元，加热单元是石英灯灯管107通过支座安装在上支撑板106上，石英灯灯管107先对背衬带115热辐射进行预加热，之后通过背衬带115和预浸带之间热传导的形式将热量传递给预浸带。

Claims (10)

1.一种用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，包括：

传动机构，设有用于背衬带传动的主动轮和用于带动所述主动轮转动的驱动器；还设有对背衬带进行预加热的加热单元；

压粘机构，将放卷输送路径中的预浸带压粘在背衬带上，根据铺放时段的要求，自动控制压粘的时间点；

自动张紧机构，设有与所述主动轮共同支撑背衬带的张紧轮，主动轮和张紧轮位于背衬带的上端，背衬带的下端设有压辊；

张紧力检测机构，用于检测背衬带的张紧力，从而检测黏附在背衬带上的预浸带的张紧力。

2.根据权利要求1所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的传动机构包括相对设置的左支撑板和右支撑板，所述左支撑板和右支撑板之间设有一传动轴，所述的主动轮安装在该传动轴上；所述驱动器驱动所述传动轴转动。

3.根据权利要求2所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的左支撑板和右支撑板的顶部设有上支撑板，所述的加热单元为设置在所述上支撑板底部的石英灯管。

4.根据权利要求1所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的压粘机构包括压粘轮、直线运动输出单元以及将动力转化成压粘轮往复运动的连杆结构。

5.根据权利要求4所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的连杆结构 包括通过销轴活动安装在所述传动机构上的压板，所述压粘轮固定在所述压板一端，压板的另一端连接所述的直线运动输出单元。

6.根据权利要求1所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的自动张紧机构包括设置在所述传动机构上用于调整所述张紧轮位置的伺服摆动单元。

7.根据权利要求6所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的伺服摆动单元包括用于安装所述张紧轮的张紧轴，设置在所述张紧轴两端的摆动臂，连接在所述摆动臂与所述传动机构之间的支撑轴，以及设置在所述支撑轴上的扭矩弹簧。

8.根据权利要求1所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的传动机构上还设有用于盛放和涂敷粘性增强材料的盛放容器，所述的背衬带位于所述盛放容器的底部。

9.根据权利要求8所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的盛放容器底部设有若干小孔和位于小孔中的毛刷。

10.根据权利要求1所述的用于热固性复合材料预浸带铺放的背衬带支撑装置，其特征在于，所述的张紧力检测机构包括支撑在所述背衬带一侧的张力传感器。

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