CN113334800B - 一种热塑性复合材料自动铺放装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热塑性复合材料自动铺放装置及其方法，包括回型板，所述回型板内设有铺设板，所述回型板的上方设有送料斗，所述回型板内设有用于对送料斗进行驱动的驱动机构，所述送料斗的下方设有压力辊，所述压力辊的两端均转动连接有竖板，两块所述竖板的上端均与送料斗固定连接，两块所述竖板之间设有用于对压力辊进行升降的升降机构，所述送料斗的右侧设有多个激光焊接头，多个所述激光焊接头均通过连接板与送料斗固定连接。本发明制作成本低，操作简单，提高对复合材料的焊接效率。

Description

一种热塑性复合材料自动铺放装置及其方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种热塑性复合材料自动铺放装置及其方法。

背景技术

以热塑性树脂为基体的复合材料，常用的热塑性树脂有聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺和聚砜等。主要的增强纤维是短玻璃纤维、碳纤维、织物纤维及其他充填物，一般纤维体积含量约为20%～30%，最大可达到40%～55%，大多数情况下，纤维及充填物无方向随机排布，纤维的主要增强效果是提高强度和耐磨性，改善基体的耐热性和蠕变抗力，使用玻璃纤维和碳纤维增强的热塑性树脂，其拉伸强度和抗弯模量可提高2倍至6倍，但冲击强度有所降低。广泛用于汽车工业、化工、电子及航空工业。

现有的热塑性复合颗粒在进行铺设焊接时，需要通过外部铺设设备对其进行铺设，再进行高温加热焊接，一方面设备成本高，操作繁琐，另一方面，对热塑性复合颗粒铺设焊接需要的时间久，铺设的效率低。

为此，我们提出来一种热塑性复合材料自动铺放装置及其方法解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中对热塑性复合颗粒铺设的需要的时间较久，铺设效率低，且铺设设备成本较高，操作繁琐的问题，而提出的一种热塑性复合材料自动铺放装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种热塑性复合材料自动铺放装置，包括回型板，所述回型板内设有铺设板，所述回型板的上方设有送料斗，所述回型板内设有用于对送料斗进行驱动的驱动机构，所述送料斗的下方设有压力辊，所述压力辊的两端均转动连接有竖板，两块所述竖板的上端均与送料斗固定连接，两块所述竖板之间设有用于对压力辊进行升降的升降机构，所述送料斗的右侧设有多个激光焊接头，多个所述激光焊接头均通过连接板与送料斗固定连接。

优选地，所述驱动机构包括两个设置在回型板上端的凹槽，两个所述凹槽内均转动连接有第一螺纹杆，两根所述第一螺纹杆外均螺纹套设有螺纹块，两块所述螺纹块分别与两个凹槽内侧壁滑动连接，两块所述螺纹块的上端均固定连接有支撑板，两块所述支撑板的上端均与送料斗固定连接，所述回型板内设有第一空腔，两根所述第一螺纹杆的一端均转动贯穿回型板并与第一空腔内侧壁转动连接，两根所述第一螺纹杆之间通过传动机构传动连接，所述回型板的侧壁固定连接有第一电机，所述第一电机的驱动轴转动贯穿回型板并与其中一根第一螺纹杆同轴固定连接。

优选地，所述传动机构包括两个皮带轮，两个所述皮带轮之间通过皮带传动连接，两个所述皮带轮分别与两根第一螺纹杆同轴固定连接。

优选地，所述升降机构两个分别设置在两块竖板侧壁上的通孔，两个所述通孔内均竖直转动连接有第二螺纹杆，两根所述第二螺纹杆外均螺纹套设有升降块，两块所述升降块分别与两个通孔内侧壁滑动连接，两块所述升降块分别与压力辊的两端转动连接，两块所述竖板内均设有第二空腔，两个所述第二空腔之间转动贯穿设有转动杆，所述竖板的侧壁固定连接有第二电机，所述第二电机的驱动轴转动贯穿竖板并与转动杆同轴固定连接，两根所述第二螺纹杆的上端分别转动贯穿两块竖板并延伸至两个第二空腔内设置，所述转动杆与两根第二螺纹杆之间均通过锥齿轮组传动连接。

优选地，所述锥齿轮组包括相互啮合的第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与转动杆同轴固定连接，所述第二锥齿轮与第二螺纹杆同轴固定连接。

优选地，所述激光焊接头发射的激光指向压力辊的正下方处。

优选地，所述送料斗上设有阀门。

一种热塑性复合材料自动铺放方法，铺放步骤如下：

步骤一：将铺设板移动至回型板内，并将送料斗内盛装适量的热塑性复合颗粒；

步骤二：通过第二电机将压力辊的高度调节至和铺设板之间的距离与复合材料厚度相当的位置，并对激光焊接头的激光发射头的角度进行微调，使激光发射位置位于压力辊的下方；

步骤三：送料斗对铺设板进行送料，与此同时，通过第一电机的驱动轴带动送料斗移动，边移动边进行铺设，铺设的过程中，激光焊接头对复合颗粒进行加热，使得压力辊将其压紧。

优选地，所述激光焊接头的激光光斑为矩形设置，多个激光焊接头所发射的激光光斑首尾相连，所述激光焊接头的加热的温度为150℃-270℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过设置驱动机构，通过第一电机带动两根第一螺纹杆转动，两根第一螺纹杆带动两块螺纹块移动，两块螺纹块通过两块支撑板带动送料斗移动，即边移动边对铺设板进行铺设复合材料，铺设的同时，通过激光焊接头对复合材料进行加热，通过压力辊对其压紧，从而对其进行焊接，一方面，设备的制作成本低，操作简单，另一方面，可以边铺设边进行焊接，节省焊接时间，提高焊接效率。

本发明制作成本低，操作简单，提高对复合材料的焊接效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种热塑性复合材料自动铺放装置的结构立体图；

图2为本发明提出的一种热塑性复合材料自动铺放装置的正面结构透视图；

图3为本发明提出的一种热塑性复合材料自动铺放装置的侧面结构透视图；

图4为图3中A处的放大图；

图5为本发明提出的一种热塑性复合材料自动铺放装置中回型板的俯视结构透视图。

图中：1回型板、2铺设板、3送料斗、4驱动机构、5压力辊、6竖板、7升降机构、8激光焊接头、9连接板、10凹槽、11第一螺纹杆、12螺纹块、13第一空腔、14传动机构、15第一电机、16皮带轮、17通孔、18第二螺纹杆、19升降块、20转动杆、21第二电机、22第二空腔、23锥齿轮组、24第一锥齿轮、25第二锥齿轮、26支撑板。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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。

参照图1-5，一种热塑性复合材料自动铺放装置，包括回型板1，回型板1内设有铺设板2，回型板1的上方设有送料斗3，需要说明的是，送料斗3上设有阀门，回型板1内设有用于对送料斗3进行驱动的驱动机构4，具体的，驱动机构4包括两个设置在回型板1上端的凹槽10，两个凹槽10内均转动连接有第一螺纹杆11，两根第一螺纹杆11外均螺纹套设有螺纹块12，两块螺纹块12分别与两个凹槽10内侧壁滑动连接，两块螺纹块12的上端均固定连接有支撑板26，两块支撑板26的上端均与送料斗3固定连接，回型板1内设有第一空腔13，两根第一螺纹杆11的一端均转动贯穿回型板1并与第一空腔13内侧壁转动连接。

本发明中，两根第一螺纹杆11之间通过传动机构14传动连接，需要说明的是，传动机构14包括两个皮带轮16，两个皮带轮16之间通过皮带传动连接，两个皮带轮16分别与两根第一螺纹杆11同轴固定连接，回型板1的侧壁固定连接有第一电机15，需要说明的是，第一电机15可采用型号为PLX的步进电机，且已于外部电源电性连接，为现有技术，具体不做赘述，第一电机15的驱动轴转动贯穿回型板1并与其中一根第一螺纹杆11同轴固定连接，送料斗3的下方设有压力辊5，压力辊5的两端均转动连接有竖板6，两块竖板6的上端均与送料斗3固定连接。

本发明中，两块竖板6之间设有用于对压力辊5进行升降的升降机构7，值得一提的是，升降机构7两个分别设置在两块竖板6侧壁上的通孔17，两个通孔17内均竖直转动连接有第二螺纹杆18，两根第二螺纹杆18外均螺纹套设有升降块19，两块升降块19分别与两个通孔17内侧壁滑动连接，两块升降块19分别与压力辊5的两端转动连接，两块竖板6内均设有第二空腔22，两个第二空腔22之间转动贯穿设有转动杆20，竖板6的侧壁固定连接有第二电机21，需要说明的是，第二电机21可采用型号为PLX的步进电机，且已于外部电源电性连接，为现有技术，具体不做赘述，第二电机21的驱动轴转动贯穿竖板6并与转动杆20同轴固定连接。

本发明中，两根第二螺纹杆18的上端分别转动贯穿两块竖板6并延伸至两个第二空腔22内设置，转动杆20与两根第二螺纹杆18之间均通过锥齿轮组23传动连接，进一步的，锥齿轮组23包括相互啮合的第一锥齿轮24和第二锥齿轮25，第一锥齿轮24与转动杆20同轴固定连接，第二锥齿轮25与第二螺纹杆18同轴固定连接，送料斗3的右侧设有多个激光焊接头8，需要说明的是，激光焊接头8发射的激光指向压力辊5的正下方处，多个激光焊接头8均通过连接板9与送料斗3固定连接。

一种热塑性复合材料自动铺放方法，铺放步骤如下：

步骤一：将铺设板2移动至回型板1内，并将送料斗3内盛装适量的热塑性复合颗粒；

步骤二：通过第二电机21将压力辊5的高度调节至和铺设板2之间的距离与复合材料厚度相当的位置，并对激光焊接头8的激光发射头的角度进行微调，使激光发射位置位于压力辊5的下方；

步骤三：送料斗3对铺设板进行送料，与此同时，通过第一电机的驱动轴带动送料斗3移动，边移动边进行铺设，铺设的过程中，激光焊接头8对复合颗粒进行加热，使得压力辊5将其压紧。

本发明中，激光焊接头8的激光光斑为矩形设置，多个激光焊接头8所发射的激光光斑首尾相连，激光焊接头8的加热的温度为150℃-270℃。

本发明使用时，通过第二电机21带动转动杆20转动，转动杆20带动两个第一锥齿轮24转动，两个第一锥齿轮24带动两个第二锥齿轮25转动，两个第二锥齿轮25带动第二螺纹杆18转动，两根第二螺纹杆18带动两块升降块19升降，两块升降块19带动压力辊5升降，直至合适高度，然后对激光焊接头8的激光发射头的角度进行微调，使激光发射位置位于压力辊5的下方，此时打开送料斗3上的阀门，复合颗粒开始进行输送，与此同时，第一电机15带动其中一根第一螺纹杆11转动，其中一根第一螺纹杆11通过两个皮带轮16和皮带带动另一根第一螺纹杆11转动，两根第一螺纹杆11带动两块螺纹块12相对移动，两块螺纹块12通过两块支撑板26打动送料斗3移动，即可边移动边对复合颗粒进行铺设，铺设的过程中，压力辊5对其进行压紧，激光焊接头8对复合颗粒进行升温焊接。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种热塑性复合材料自动铺放装置，包括回型板（1），其特征在于，所述回型板（1）内设有铺设板（2），所述回型板（1）的上方设有送料斗（3），所述回型板（1）内设有用于对送料斗（3）进行驱动的驱动机构（4），所述送料斗（3）的下方设有压力辊（5），所述压力辊（5）的两端均转动连接有竖板（6），两块所述竖板（6）的上端均与送料斗（3）固定连接，两块所述竖板（6）之间设有用于对压力辊（5）进行升降的升降机构（7），所述送料斗（3）的右侧设有多个激光焊接头（8），多个所述激光焊接头（8）均通过连接板（9）与送料斗（3）固定连接；

所述升降机构（7）两个分别设置在两块竖板（6）侧壁上的通孔（17），两个所述通孔（17）内均竖直转动连接有第二螺纹杆（18），两根所述第二螺纹杆（18）外均螺纹套设有升降块（19），两块所述升降块（19）分别与两个通孔（17）内侧壁滑动连接，两块所述升降块（19）分别与压力辊（5）的两端转动连接，两块所述竖板（6）内均设有第二空腔（22），两个所述第二空腔（22）之间转动贯穿设有转动杆（20），所述竖板（6）的侧壁固定连接有第二电机（21），所述第二电机（21）的驱动轴转动贯穿竖板（6）并与转动杆（20）同轴固定连接，两根所述第二螺纹杆（18）的上端分别转动贯穿两块竖板（6）并延伸至两个第二空腔（22）内设置，所述转动杆（20）与两根第二螺纹杆（18）之间均通过锥齿轮组（23）传动连接；

所述锥齿轮组（23）包括相互啮合的第一锥齿轮（24）和第二锥齿轮（25），所述第一锥齿轮（24）与转动杆（20）同轴固定连接，所述第二锥齿轮（25）与第二螺纹杆（18）同轴固定连接；

所述激光焊接头（8）发射的激光指向压力辊（5）的正下方处；

所述驱动机构（4）包括两个设置在回型板（1）上端的凹槽（10），两个所述凹槽（10）内均转动连接有第一螺纹杆（11），两根所述第一螺纹杆（11）外均螺纹套设有螺纹块（12），两块所述螺纹块（12）分别与两个凹槽（10）内侧壁滑动连接，两块所述螺纹块（12）的上端均固定连接有支撑板（26），两块所述支撑板（26）的上端均与送料斗（3）固定连接，所述回型板（1）内设有第一空腔（13），两根所述第一螺纹杆（11）的一端均转动贯穿回型板（1）并与第一空腔（13）内侧壁转动连接，两根所述第一螺纹杆（11）之间通过传动机构（14）传动连接，所述回型板（1）的侧壁固定连接有第一电机（15），所述第一电机（15）的驱动轴转动贯穿回型板（1）并与其中一根第一螺纹杆（11）同轴固定连接；

所述传动机构（14）包括两个皮带轮（16），两个所述皮带轮（16）之间通过皮带传动连接，两个所述皮带轮（16）分别与两根第一螺纹杆（11）同轴固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种热塑性复合材料自动铺放装置，其特征在于，所述送料斗（3）上设有阀门。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种热塑性复合材料自动铺放装置的铺放方法，其特征在于，铺放步骤如下：

步骤一：将铺设板（2）移动至回型板（1）内，并将送料斗（3）内盛装适量的热塑性复合颗粒；

步骤二：通过第二电机（21）将压力辊（5）的高度调节至和铺设板（2）之间的距离与复合材料厚度相当的位置，并对激光焊接头（8）的激光发射头的角度进行微调，使激光发射位置位于压力辊（5）的下方；

步骤三：送料斗（3）对铺设板进行送料，与此同时，通过第一电机（15）的驱动轴带动送料斗（3）移动，边移动边进行铺设，铺设的过程中，激光焊接头（8）对复合颗粒进行加热，使得压力辊（5）将其压紧。

4.根据权利要求3所述的一种热塑性复合材料自动铺放装置的铺放方法，其特征在于，所述激光焊接头（8）的激光光斑为矩形设置，多个激光焊接头（8）所发射的激光光斑首尾相连，所述激光焊接头（8）的加热的温度为150℃-270℃。

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