CN115056511B - 一种取向丝材增强复合材料的浇铸装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种取向丝材增强复合材料的浇铸装置，包括：具有空腔的模体，其特征在于：所述模体上开有至少一组通孔大组，各通孔大组均包括两排间隔设置的通孔小组，且在各通孔大组中，两排通孔小组中的通孔一一对应设置而构成多个通孔对，穿设于各通孔对中的丝材均跨越所述空腔；所述模体还在靠近各通孔的位置均设有可上下移动的限位件，各限位件均能压紧对应的丝材局部，从而使穿设于各通孔对中的丝材张紧，使该取向丝材增强复合材料的浇铸装置能够独立控制各丝材的张紧程度。
Description
技术领域
本发明涉及丝材增强复合材料的加工装置，尤其是涉及一种取向丝材增强复合材料的浇铸装置。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺手段组合而成的复合体。由于各种组成材料的协同作用，故具有单一材料无法比拟的有益综合性能。复合材料的结构是一个相为连续相，称为基体，而另一相是以一定的形态分布于连续相中的分散相，称为增强体。如果增强体是丝材，则称为丝材增强复合材料。常见的丝材增强复合材料有玻璃纤维强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料、碳纳米管增强镁基复合材料、碳性纤维(微米量级)增强铝基复合材料和金属丝增强非晶复合材料等，这些丝材增强复合材料因具有强度高、密度低的优势，被广泛的用于航空、航天、汽车、船舶等领域。
传统的丝材增强复合材料的制备方法是将丝材混入基材中，使丝材在基材中随机分布，这种制备方法使丝材难以起到明显的增强作用，甚至可能因丝材与基体之间结合不紧密反而导致材料的机械性能发生下降。然而，众所周知，丝材在轴向上具有非常优秀的抗拉、抗压性能，但丝材在径向上的机械性能远低于轴向上的机械性能。基于丝材的这一特性，通过在基材中定向布置丝材，能够极大的提升材料在某一特定方向上的抗拉性能、抗压性能以及抗剪性能，从而有效提高复合材料的机械性能以及耐磨性，而且，定向布置丝材还能够降低纤维的使用量，从而丝材增强复合材料的加工成本。
专利号为ZL201911235626.X(CN110901096A)的中国发明专利公开了一种纤维定向分布增强高分子水润滑轴承基材的热压成型模具，其特征在于：包括下模板、多层模板、导向机构、排针和上模板，所述排针至少有两排，成对的安装在下模板上，用于对纤维的定向布置，所述多层模板由多个薄板依次层叠并通过导向机构放置在下模板上，所述多层模板中部开设有贯穿上下的型腔，所述纤维通过排针定向布置在型腔区域，并且每布置一层后通过一个薄板压紧，所述上模板底部设有位置和截面形状与型腔对应的压头。
上述成型模具通过将纤维缠绕在排针上、并通过薄板压紧纤维，来使纤维定向布置在填充胚料的型腔区域。但是，由于各层纤维均通过薄板压紧，无法独立控制各纤维的张紧程度，使该模具中无法根据需求调节同层纤维中不同区域、不同层纤维的纤维张力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能够独立控制各丝材的张紧程度的取向丝材增强复合材料的浇铸装置。
本发明解决上述的技术问题所采用的技术方案为：一种取向丝材增强复合材料的浇铸装置，包括：具有空腔的模体，其特征在于：所述模体上开有至少一组通孔大组，各通孔大组均包括两排间隔设置的通孔小组，且在各通孔大组中，两排通孔小组中的通孔一一对应设置而构成多个通孔对，穿设于各通孔对中的丝材均跨越所述空腔；所述模体还在靠近各通孔的位置均设有可上下移动的限位件，各限位件均能压紧对应的丝材局部，从而使穿设于各通孔对中的丝材张紧。
为了使各限位件更加靠近空腔，从而使丝材的张紧程度更高，各限位件均位于对应的通孔内侧。
为了便于上下移动限位件，各限位件均为穿设于所述模体上的第一螺钉。通过将限位件设计成第一螺钉，使限位件结构更加简单，且与模体组装更加方便。在穿丝时，可先将第一螺钉拆卸或松开，以避免第一螺钉阻碍穿丝，从而使穿丝更加顺利。
为了使该浇注装置制备的复合材料强度更高，所述通孔大组有两组，其中一组通孔大组的通孔对中穿设有A丝材组，另外一组通孔大组的通孔对中穿设有B丝材组，且A 丝材组中的丝材和B丝材组中的丝材交织成网状。
为了便于加工模体，所述模体包括具有中心孔的基板和至少一组定位板组，各定位板组均包含两个相对设于所述中心孔两侧的定位板，且各定位板均与所述基板可拆卸地连接；各通孔大组中的两个通孔小组一一对应地开设于各定位板组中两个定位板的外侧壁上，且各限位件均设于对应的定位板的顶壁上。将通孔小组设于对应的定位板的外侧壁上，能够保障不同层丝材之间在高度方向上的间距，从而避免避免复合材料中的丝材过密。
为了便于穿丝，各定位板均为条形板，且各定位板的两端均设有凸边，所述基板上对应于各定位板均设有一凹陷区域，且各凹陷区域的两端均开有安装槽，各安装槽的外端均设有开口，且各开口能供对应的凸边插设或脱出所述安装槽。在穿丝时，可将各定位板往外拉，使丝材在穿过定位板上的通孔时能够看到丝材的端部，从而便于穿丝，穿丝完毕后，再将定位板向内移动至复位。
为了便于限制各定位板的向内移动，所述模体还包括对应地容置于各凹陷区域中、并位于各定位板内侧的挡条，以阻止各定位板向内移动，从而使各丝材保持张紧状态；所述挡条围合成的区域与所述中心孔共同构成所述空腔，且各挡条均通过紧固件与所述基板连接，从而便于加工模体。该紧固件为螺钉或销钉。在穿丝时，可通过松开紧固件，提起各挡条，使各丝材能够顺利地穿过各挡条和基板之间，便于穿丝。
为了便于调节模体的数量以制备不同尺寸的复合材料，所述模体有多个，且堆叠放置，而使各空腔共同构成供基材容置的型腔；位于最底层的模体下方还设有安装板，该安装板能封堵住所述型腔的底部；为了便于将各模体组装起来，且所述安装板与各模体均通过紧固件连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将丝材穿设于各通孔对中以便于穿丝，再通过限位件使丝材张紧，从而能够通过上下移动限位件来独立调控各丝材的张紧程度，使该浇铸装置能够根据需求调节不同丝材的张力，能够制备出机械性能更多样的丝材增强复合材料；通过将限位件设计成第一螺钉，使限位件结构更加简单，且与模体组装更加方便，在穿丝时，可先将第一螺钉拆卸或松开，以避免第一螺钉阻碍穿丝，从而使穿丝更加顺利。
附图说明
图1为本发明实施例的俯视图；
图2为本发明实施例的正视图；
图3为图1中A-A方向上的剖视图；
图4为本发明实施例中基板的俯视图；
图5为图4中B-B方向上的剖视图；
图6为本发明实施例中安装板的正视图；
图7为本发明实施例中安装板的俯视图；
图8为本发明实施例中定位板的正视图；
图9为本发明实施例中定位板的俯视图；
图10为本发明实施例中挡条的正视图；
图11为本发明实施例中挡条的俯视图；
图12为本发明实施例中丝材交织的俯视图一；
图13为图12中丝材交织方式的结构示意图；
图14为本发明实施例中丝材交织的俯视图二；
图15为图14中丝材交织方式的结构示意图；
图16为本发明实施例制备出的复合材料的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明实施例作进一步详细描述。
如图1～16所示，为本发明的最佳实施例。
本实施例中的取向丝材增强复合材料的浇铸装置，包括安装板5和多个堆叠设于安装板5上的模体100(见图2和图3)。各模体100均具有空腔101(见图3)，且各模体100 的空腔101共同构成供基材9容置的型腔102(见图1)。该安装板5能封堵住型腔102的底部(见图3)。各模体100上沿周向间隔开有四个第一连接孔13(见图4)，该安装板5对应于各第一连接孔13均开有第二连接孔51(见图7)，且通过将螺栓6依次穿过第二连接孔51与对应的第一连接孔13以将安装板5和各模体100固定连接(见图2和图3)，从而便于装拆该浇铸装置，使该浇铸装置能够根据需要增加或减少模体100的数量，从而能够制备不同尺寸的丝材增强复合材料。该安装板5沿周向还设有四个凸耳52，各凸耳 52上均开有第三连接孔521(见图7)，从而能通过紧固件和第三连接孔52的配合将安装板5与被安装基础如台面、桌面等连接，以安装该浇铸装置。
各模体100均包括基板1、四个定位板2和四个挡条3(见图1)。各基板1均具有中心孔12而呈环状(见图4)；各基板1的上表面还沿周向间隔设有四个凹陷区域11，各第一连接孔13均开设于各基板1上、并位于相邻的两个凹陷区域11之间(见图4)，各定位板2一一对应地设于四个凹陷区域11中(见图1)，且各定位板2均与对应的基板1可拆卸地连接。具体地，各定位板2均为弧状的条形板，且各定位板2的两端底部均设有凸边23(见图9)；各凹陷区域11均呈弧形，且各凹陷区域11两端均开有安装槽111，各安装槽111的外端均设有开口(见图4和图5)，各开口均能供对应的凸边23插设或脱出安装槽111。在穿丝时，可将各定位板2往外拉，使丝材7在穿过定位板2上的通孔 21时能够看到丝材7的端部，从而便于穿丝，穿丝完毕后，再将定位板2向内移动至复位。
四个定位板2分为两组定位板组，各定位板组均包含两个相对设于中心孔12两侧的定位板2(见图1)。各定位板2均具有顶壁和自顶壁的外缘向下延伸的外侧壁(见图8 和图9)，且各定位板2的外侧壁上均开有一排通孔小组，各排通孔小组均包含沿周向均匀间隔分布的多个通孔21(见图8)。在各定位板组中，两个定位板2上的通孔21一一对应设置而构成多个通孔对，且穿设于各通孔21对中的丝材7均跨越中心孔12，从而能够在型腔102中定向排布丝材7(见图1)，以获得取向丝材增强复合材料(见图16)。其中一组定位板组上的通孔对中穿设有A丝材组，另外一组定位板组上的通孔对中穿设有B 丝材组，且A丝材组中的丝材与B丝材组的丝材交织成网状(见图1)，从而使该浇铸装置制备的丝材7增强复合材料的强度更高。A丝材组中的丝材与B丝材组的丝材可以是平面交织(见图12和图13)或波浪线交织(见图14和图15)。丝材7可以是金属丝，也可以是非金属丝。
各定位板2的顶壁上均开有一排螺孔组，各螺孔组均包含沿周向均匀间隔分布的多个螺孔22(见图9)，且各螺孔组中的螺孔22与通孔小组中的通孔21一一对应设置。各螺孔22中均穿设有第一螺钉4(见图9)，该第一螺钉4构成能可上下移动的限位件、并能压紧对应的丝材7局部(见图8)，从而使穿设于各通孔对中的丝材7张紧。该浇铸装置能够通过转动第一螺钉4以使第一螺钉4上下移动，从而能够独立调控各丝材7的张紧程度，使该浇铸装置能够根据需求调节不同丝材7的张力，制备出机械性能更多样的丝材增强复合材料。各第一螺钉4均位于对应的通孔21内侧，以使穿设于各通孔对中的丝材7张紧程度更高。
四个挡条3一一对应地设于四个凹陷区域11中、且位于各定位板2的内侧(见图1)，从而便于限制各定位板2的向内移动，使各丝材7始终保持张紧状态。四个挡条3围合成的区域和基板1上的中心孔12共同构成空腔102(见图3)。各挡条3均通过第二螺钉 8与基板1连接(见图1)。在穿丝时，可通过松开第二螺钉8，提起各挡条3，使各丝材 7能够顺利地穿过各挡条3和基板1之间，从而便于穿丝。
本实施例中的取向丝材增强复合材料的浇铸装置的组装原理为：
组装各模体100时，将各挡条3均放置于对应的凹陷区域11中，将各定位板2均放置于对应的凹陷区域11中、且使各凸边23均插接于对应的安装槽111中。
穿丝时，将各定位板2往外拉，使各定位板2与对应的挡条3之间在基板1的径向上具有第一间隙，还将各挡条3向上拉，使各挡条3和各基板1之间在基板1的高度方向上也具有第二间隙，再将丝材7的一端依次各通孔对中，穿丝过程中可通过第一间隙观察丝材7的端部，丝材7也能顺利地通过第二间隙。
穿丝结束后，在各螺孔22中安装第一螺钉4，拧紧第一螺钉4以压紧对应的丝材7局部，并通过控制第一螺钉4的位置控制丝材7的张紧程度，再将各第二螺钉8拧紧，使各挡条3既能压住丝材7，还能阻挡对应的定位板2的向内移动。
最后，将各模体100沿竖向堆叠放置，并在最下层的模体100的下方放置安装板5，通过螺栓6将各模体100和安装板5固定在一起，再将安装板5固定在被安装基础如台面、桌面上。
Claims (5)
1.一种取向丝材增强复合材料的浇铸装置，包括：具有空腔(101)的模体(100)，其特征在于：所述模体(100)上开有至少一组通孔大组，各通孔大组均包括两排间隔设置的通孔小组，且在各通孔大组中，两排通孔小组中的通孔(21)一一对应设置而构成多个通孔对，穿设于各通孔对中的丝材(7)均跨越所述空腔(101)；所述模体(100)还在靠近各通孔(21)的位置均设有可上下移动的限位件，各限位件均能压紧对应的丝材(7)局部，从而使穿设于各通孔对中的丝材(7)张紧；
所述模体(100)包括具有中心孔(12)的基板(1)和至少一组定位板组，各定位板组均包含两个相对设于所述中心孔(12)两侧的定位板(2)，且各定位板(2)均与所述基板(1)可拆卸地连接；各通孔大组中的两个通孔小组一一对应地开设于各定位板组中两个定位板(2)的外侧壁上，且各限位件均设于对应的定位板(2)的顶壁上；
各定位板(2)均为条形板，且各定位板(2)的两端均设有凸边(23)，所述基板(1)上对应于各定位板(2)均设有一凹陷区域(11)，且各凹陷区域(11)的两端均开有安装槽(111)，各安装槽(111)的外端均设有开口，且各开口能供对应的凸边(23)插设或脱出所述安装槽(111)；
所述模体(100)还包括对应地容置于各凹陷区域(11)中、并位于各定位板(2)内侧的挡条(3)，所述挡条(3)围合成的区域与所述中心孔(12)共同构成所述空腔(101)，且各挡条(3)均通过紧固件与所述基板(1)连接。
2.根据权利要求1所述的取向丝材增强复合材料的浇铸装置，其特征在于：各限位件均位于对应的通孔(21)内侧。
3.根据权利要求1所述的取向丝材增强复合材料的浇铸装置，其特征在于：各限位件均为穿设于所述模体(100)上的第一螺钉(4)。
4.根据权利要求1所述的取向丝材增强复合材料的浇铸装置，其特征在于：所述通孔大组有两组，其中一组通孔大组的通孔对中穿设有A丝材组，另外一组通孔大组的通孔对中穿设有B丝材组，且A丝材组中的丝材(7)和B丝材组中的丝材(7)交织成网状。
5.根据权利要求1～4中任一权利要求所述的取向丝材增强复合材料的浇铸装置，其特征在于：所述模体(100)有多个，且堆叠放置，而使各空腔(101)共同构成供基材(9)容置的型腔(102)；位于最底层的模体(100)下方还设有安装板(5)，该安装板(5)能封堵住所述型腔(102)的底部，且所述安装板(5)与各模体(100)均通过紧固件连接。
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