CN112644002B - 一种复合材料自动辊压成型系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种复合材料自动辊压成型系统及其控制方法，包括：龙门支架，龙门支架包括两竖直设置的支撑件和与两支撑件垂直连接的支撑梁；驱动平台，包括转动设置在两支撑件之一上的转动台和驱动转动台做往复转动的转动驱动机构；弧形加热机构，固定在驱动平台上；弧形模具，固定在弧形加热机构上，用于Z型隔框的成型；压轮机构，固定在支撑梁上，且朝向弧形模具设置，压轮机构具有整体压轮，整体压轮倾斜设置，且整体压轮的直径沿轴向先逐渐增大、再逐渐减小、最后再逐渐增大以形成轮压面与Z型隔框的外壁整体贴合的Z形结构。通过整体压轮的设置，成型效果更佳，产品的一致性更好。

Description

一种复合材料自动辊压成型系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其涉及一种复合材料自动辊压成型系统及其控制方法。

背景技术

碳纤维是一种性能优异的无机非金属复合材料，以其绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好以及机械强度高等优点而被广泛应用于航空航天领域，宽体客机除了机身壁板大量采用先进复合材料，机身隔框也大量采用复合材料，尤其Z形隔框在宽体客机的制造过程中大量使用。如图1中所示，Z型隔框包括内缘条01a、与内缘条01a垂直连接的腹板01b以及与腹板01b垂直连接的外缘条01c，其中，在内缘条01a与腹板01b之间折弯部分为阴角01d，在腹板01b与外缘条01c之间的弯折部分为阳角01f。由于机身形状并非直线型，因此需要对Z型隔框在其长度方向上进行折弯成具有一定弧度的Z型隔框01。

相关技术中，对Z型隔框01的折弯多采用先加工出Z型隔框01，然后再将Z型隔框01放置在折弯模具上，通过压紧机构对放置在折弯模具上的Z型隔框01进行压紧，使得Z型隔框01与折弯模具相贴合，最终使得Z型隔框01呈折弯为弧形。而现有技术中的压紧机构，一般采用分体式压辊分别对内缘条01a、腹板01b以及外缘条01c进行滚动挤压，然而这种挤压方式对于阴角01d以及阳角01f处的施力有限，使得Z型隔框与折弯模具的贴合程度较低，最终造成成型的弧形隔框一致性差，产品合格率低。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种复合材料自动辊压成型系统及其控制方法，提高Z型隔框折弯成型时产品的一致性。

为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种复合材料自动辊压成型系统包括：

龙门支架，所述龙门支架包括两竖直设置的支撑件和与两所述支撑件垂直连接的支撑梁；

驱动平台，包括转动设置在两所述支撑件之一上的转动台和驱动所述转动台做往复转动的转动驱动机构；

弧形加热机构，固定在所述驱动平台上；

弧形模具，固定在所述弧形加热机构上，用于Z型隔框的成型；

压轮机构，固定在所述支撑梁上，且朝向所述弧形模具设置，所述压轮机构具有整体压轮，所述整体压轮倾斜设置，且所述整体压轮的直径沿轴向先逐渐增大、再逐渐减小、最后再逐渐增大以形成轮压面与Z型隔框的外壁整体贴合的Z形结构。

进一步地，所述整体压轮沿其轴向分体设置为阳压轮和阴压轮，且在所述阳压轮和阴压轮之间设置有推力球轴承；

所述阳压轮的直径先增大后减小，其外壁与Z型隔框的内缘条、阴角以及腹板贴合；

所述阴压轮的直径先减小后增大，其外壁与Z型隔框的腹板、阳角以及外缘条贴合。

进一步地，所述压轮机构还包括阴角压轮、外缘压轮和多组腹压轮；

其中所述阴角压轮的轮面与Z型隔框的阴角贴合滚动接触，所述外缘压轮与Z型隔框的外缘条滚动接触，多组所述腹压轮与Z型隔框的腹板滚动接触，且所述阴角压轮、外缘压轮、多组腹压轮以及整体压轮远离Z型隔框的一端均连接有驱动件。

进一步地，所述转动驱动机构包括同步带和驱动组件，所述同步带包绕在所述转动台的侧壁上，且所述同步带的两端固定中间悬空设置；所述驱动组件包括减速电机、与减速电机连接的驱动轮以及设置在所述驱动轮两侧的从动轮，所述同步带的悬空部分包角经过所述从动轮和驱动轮，在所述减速电机的驱动下，带动所述转动台的转动。

进一步地，所述转动驱动机构还包括调节板、固定基座以及锁定座；

所述固定基座设置在所述转动台的外侧，所述固定基座顶部具有用于固定所述调节板的孔位；

所述调节板沿靠近或者远离所述转动台的方向设置有一字孔，所述减速电机、驱动轮和从动轮均固定在所述调节板上，所述调节板通过紧固件穿过所述一字孔固定在所述固定基座上；

所述锁定座固定在所述固定基座上，并且通过紧固件与所述调节板在水平方向上连接，用以锁定所述调节板在所述固定基座上的位置。

进一步地，所述弧形加热机构包括由多个弧形加热单元组成的加热板、加热管路、以及与所述加热管路连接的水温机；

其中，所述弧形加热单元包括弧形底板、与弧形底板相对设置的弧形盖板以及设置在所述弧形底板与弧形盖板中间的加热铜管，所述弧形底板与弧形盖板的相对面上均设置有用于放置所述加热铜管的放置槽，所述加热铜管的进口和出口设置在所述弧形加热单元的内侧；

所述加热管路包括进水管、出水管、与所述进水管连接的多个进水支管以及与所述出水管连接的多个出水支管；多个所述进水支管与出水支管分别两两一组与所述弧形加热单元连接，所述进水管与出水管与所述水温机连接。

进一步地，所述放置槽与所述加热铜管在所述弧形加热单元内呈迂回弯折形状，所述加热铜管一体折弯成型。

本发明另一方面还提供了一种上述复合材料自动辊压成型系统的控制方法，该系统还包括用于控制所述驱动平台、弧形加热机构和压轮机构的控制器，所述控制方法包括以下步骤：

根据输入的指令，控制弧形加热机构加热至指定温度；

控制驱动平台转动至初始位置；

待Z型隔框的一端被固定在弧形模具上后，驱动整体压轮压设在Z型隔框上，使得挤压位置处的Z型隔框与弧形模具紧密接触；

控制驱动平台匀速转动，直至将整个Z型隔框折弯后停止转动；

控制水温机将温度降低至设定温度，当满足温度要求后，抬起整体压轮，取下Z型隔框成型件。

本发明的有益效果为：本发明通过整体压轮的设置，使得在对Z型隔框进行折弯时，使得Z型隔框的内缘条、腹板、外缘条以及阴角和阳角处同步得到了均匀的挤压，与现有技术相比，成型效果更佳，产品的一致性更好。

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Z型隔框折弯后的形状示意图；

图2为本发明实施例中复合材料自动辊压成型系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中图2中的A处局部放大图；

图4为本发明实施例中整体压轮的结构示意图；

图5为本发明实施例中压轮机构的结构示意图；

图6为本发明实施例中驱动平台的结构示意图；

图7为本发明实施例中图6中的B处局部放大图；

图8为本发明实施例中弧形加热机构与弧形模具的结构示意图；

图9为本发明实施例中图8中的分解结构示意图；

图10为本发明实施例中加热单元的分解结构示意图。

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。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10所示的复合材料自动辊压成型系统，包括龙门支架100、驱动平台200、弧形加热机构300和压轮机构500，其中：

龙门支架100包括两竖直设置的支撑件110和与两支撑件110垂直连接的支撑梁120；龙门支架100用于支撑和固定。

驱动平台200包括转动设置在两支撑件110之一上的转动台210和驱动转动台210做往复转动的转动驱动机构220；

弧形加热机构300固定在驱动平台200上；

弧形模具400固定在弧形加热机构300上，用于Z型隔框的成型；

压轮机构500固定在支撑梁120上，且朝向弧形模具400设置，压轮机构500具有整体压轮510，整体压轮510倾斜设置，且整体压轮510的直径沿轴向先逐渐增大、再逐渐减小、最后再逐渐增大以形成轮压面与Z型隔框的外壁整体贴合的Z形结构。这里需要指出的是，本发明实施例中还包括用于控制上述机构的控制器600，其具体进行加工时包括以下步骤：

根据输入的指令，控制弧形加热机构300加热至指定温度；

控制驱动平台200转动至初始位置；

待Z型隔框的一端被固定在弧形模具400上后，驱动整体压轮510压设在Z型隔框上，使得挤压位置处的Z型隔框与弧形模具400紧密接触；

控制驱动平台200匀速转动，直至将整个Z型隔框折弯后停止转动；

控制水温机330将温度降低至设定温度，当满足温度要求后，抬起整体压轮510，取下Z型隔框成型件。

在上述实施例中，通过整体压轮510的设置，使得在对Z型隔框进行折弯时，使得Z型隔框的内缘条01a、腹板01b、外缘条以及阴角01d和阳角01f处同步得到了均匀的挤压，与现有技术分体式挤压相比，将阳角01f处的褶皱压平成型效果更佳，产品的一致性更好。

具体的，如图4中所示，整体压轮510沿其轴向分体设置为阳压轮511和阴压轮512，且在阳压轮511和阴压轮512之间设置有推力球轴承513；

阳压轮511的直径先增大后减小，其外壁与Z型隔框的内缘条01a、阴角01d以及腹板01b贴合；

阴压轮512的直径先减小后增大，其外壁与Z型隔框的腹板01b、阳角01f以及外缘条贴合。

这里需要指出的是，在阳压轮511和阴压轮512的半径变化处进行倒角，使得最终的侧面与Z型隔框的阳角01f以及阴角01d处贴合，成型效果更佳。

在本发明实施例中，设置了两道挤压工序，第一道挤压工序依然采用分体式，如图5所示，压轮机构500还包括阴角压轮520、外缘压轮530和多组腹压轮540；

其中阴角压轮520的轮面与Z型隔框的阴角01d贴合滚动接触，外缘压轮530与Z型隔框的外缘条滚动接触，多组腹压轮540与Z型隔框的腹板01b滚动接触，且阴角压轮520、外缘压轮530、多组腹压轮540以及整体压轮510远离Z型隔框的一端均连接有驱动件。

这里需要指出的是，通过第一道工序和第二道挤压工序的设置，使得Z型隔框与弧形模具400之间的贴合程度更高，进一步保证了产品的一致性。

在本发明实施例中，为了减少驱动转动台210所需的扭矩，采用了另外一种驱动形式，如图6和图7所示，转动驱动机构220包括同步带221和驱动组件222，同步带221包绕在转动台210的侧壁上，且同步带221的两端固定中间悬空设置；驱动组件222包括减速电机222a、与减速电机222a连接的驱动轮222b以及设置在驱动轮222b两侧的从动轮222c，同步带221的悬空部分包角经过从动轮222c和驱动轮222b，在减速电机222a的驱动下，带动转动台210的转动。

进一步地，转动驱动机构220还包括调节板222d、固定基座222e以及锁定座222f；

固定基座222e设置在转动台210的外侧，固定基座222e顶部具有用于固定调节板222d的孔位；

调节板222d沿靠近或者远离转动台210的方向设置有一字孔，减速电机222a、驱动轮222b和从动轮222c均固定在调节板222d上，调节板222d通过紧固件穿过一字孔固定在固定基座222e上；

锁定座222f固定在固定基座222e上，并且通过紧固件与调节板222d在水平方向上连接，用以锁定调节板222d在固定基座222e上的位置。

在上述实施例中，通过驱动轮222b的转动以及从动轮222c的挤压，将同步带221包绕呈“Ω”形状，通过驱动轮222b的转动驱动同步带221带动转动台210的转动，而且通过锁定座222f以及调节板222d的设置，使得同步带221与驱动轮222b之间的摩擦力得到了有效的保证，与现有技术相比，大大减少了中心驱动时所需要的扭力，从而提高了减速电机222a的使用寿命。

在本发明实施例中，对于弧形模具400的加热机构进行了改进，将现有技术中的电阻丝加热改进成了水循环加热，然而由于加热板310为弧形的，传统的打孔工艺无法形成有效的回路，为了解决上述问题，在本发明实施例中，弧形加热机构300包括由多个弧形加热单元311组成的加热板310、加热管路320、以及与加热管路320连接的水温机330；

其中，弧形加热单元311包括弧形底板311a、与弧形底板311a相对设置的弧形盖板311b以及设置在弧形底板311a与弧形盖板311b中间的加热铜管311c，弧形底板311a与弧形盖板311b的相对面上均设置有用于放置加热铜管311c的放置槽，加热铜管311c的进口和出口设置在弧形加热单元311的内侧；

在上述实施例中，通过将弧形加热单元311设置成为底板和盖板、然后在二者之间进行开槽并放置加热铜管311c的方式解决了打孔无法形成有效通道的问题，而且还一并解决了密封性的问题。

加热管路320包括进水管321、出水管322、与进水管321连接的多个进水支管321a以及与出水管322连接的多个出水支管322a；多个进水支管321a与出水支管322a分别两两一组与弧形加热单元311连接，进水管321与出水管322与水温机330连接。

通过上述设置，使得每个加热单元都能够同步进行加热，提高了对弧形模具400的加热效果。

在本发明实施中，为了进一步提高对加热铜管311c的便捷性，放置槽与加热铜管311c在弧形加热单元311内呈迂回弯折形状，加热铜管311c一体折弯成型。

本发明实施例中的复合材料自动辊压预成型系统的控制方法包括以下步骤：

首先设定Z型隔框成型模具加热需要的温度，然后当温度达到设定值时，控制转动平台到初始的位置，然后将Z型隔框放置在弧形模具400上，并且将其一端固定在弧形模具400上使之跟随转动平台进行转动，然后首先下压外缘压轮530、然后压阴角压轮520，最后下压下多组腹压轮540，然后驱动整个转动台210顺时针转动，直至将整个Z型隔框均折弯贴附在弧形模具400上，控制驱动平台200停止转动，然后驱动水温计冷却至所需温度，当温度满足加工需求时，打开整体压轮510，然后再依次打开多组腹压轮540、阴角压轮520和外缘压轮530，将成型的Z型隔框取出。

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)

1.一种复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，包括：

龙门支架，所述龙门支架包括两竖直设置的支撑件和与两所述支撑件垂直连接的支撑梁；

驱动平台，包括转动设置在两所述支撑件之一上的转动台和驱动所述转动台做往复转动的转动驱动机构；

弧形加热机构，固定在所述驱动平台上；

弧形模具，固定在所述弧形加热机构上，用于Z型隔框的成型；

压轮机构，固定在所述支撑梁上，且朝向所述弧形模具设置，所述压轮机构具有整体压轮，所述整体压轮倾斜设置，且所述整体压轮的直径沿轴向先逐渐增大、再逐渐减小、最后再逐渐增大以形成轮压面与Z型隔框的外壁整体贴合的Z形结构。

2.根据权利要求1所述的复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，所述整体压轮沿其轴向分体设置为阳压轮和阴压轮，且在所述阳压轮和阴压轮之间设置有推力球轴承；

所述阳压轮的直径先增大后减小，其外壁与Z型隔框的内缘条、阴角以及腹板贴合；

所述阴压轮的直径先减小后增大，其外壁与Z型隔框的腹板、阳角以及外缘条贴合。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，所述压轮机构还包括阴角压轮、外缘压轮和多组腹压轮；

其中所述阴角压轮的轮面与Z型隔框的阴角贴合滚动接触，所述外缘压轮与Z型隔框的外缘条滚动接触，多组所述腹压轮与Z型隔框的腹板滚动接触，且所述阴角压轮、外缘压轮、多组腹压轮以及整体压轮远离Z型隔框的一端均连接有驱动件。

4.根据权利要求1所述的复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，所述转动驱动机构包括同步带和驱动组件，所述同步带包绕在所述转动台的侧壁上，且所述同步带的两端固定中间悬空设置；所述驱动组件包括减速电机、与减速电机连接的驱动轮以及设置在所述驱动轮两侧的从动轮，所述同步带的悬空部分包角经过所述从动轮和驱动轮，在所述减速电机的驱动下，带动所述转动台的转动。

5.根据权利要求4所述的复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，所述转动驱动机构还包括调节板、固定基座以及锁定座；

所述固定基座设置在所述转动台的外侧，所述固定基座顶部具有用于固定所述调节板的孔位；

所述调节板沿靠近或者远离所述转动台的方向设置有一字孔，所述减速电机、驱动轮和从动轮均固定在所述调节板上，所述调节板通过紧固件穿过所述一字孔固定在所述固定基座上；

所述锁定座固定在所述固定基座上，并且通过紧固件与所述调节板在水平方向上连接，用以锁定所述调节板在所述固定基座上的位置。

6.根据权利要求1所述的复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，所述弧形加热机构包括由多个弧形加热单元组成的加热板、加热管路、以及与所述加热管路连接的水温机；

其中，所述弧形加热单元包括弧形底板、与弧形底板相对设置的弧形盖板以及设置在所述弧形底板与弧形盖板中间的加热铜管，所述弧形底板与弧形盖板的相对面上均设置有用于放置所述加热铜管的放置槽，所述加热铜管的进口和出口设置在所述弧形加热单元的内侧；

所述加热管路包括进水管、出水管、与所述进水管连接的多个进水支管以及与所述出水管连接的多个出水支管；多个所述进水支管与出水支管分别两两一组与所述弧形加热单元连接，所述进水管与出水管与所述水温机连接。

7.根据权利要求6所述的复合材料自动辊压成型系统，其特征在于，所述放置槽与所述加热铜管在所述弧形加热单元内呈迂回弯折形状，所述加热铜管一体折弯成型。

8.一种如权利要求6或7所述的复合材料自动辊压成型系统的控制方法，其特征在于，该系统还包括用于控制所述驱动平台、弧形加热机构和压轮机构的控制器，所述控制方法包括以下步骤：

根据输入的指令，控制弧形加热机构加热至指定温度；

控制驱动平台转动至初始位置；

待Z型隔框的一端被固定在弧形模具上后，驱动整体压轮压设在Z型隔框上，使得挤压位置处的Z型隔框与弧形模具紧密接触；

控制驱动平台匀速转动，直至将整个Z型隔框折弯后停止转动；

控制水温机将温度降低至设定温度，当满足温度要求后，抬起整体压轮，取下Z型隔框成型件。

Images