CN115503263B - 一种纤维复合材料热固成型方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于复合材料成型领域，提供了一种纤维复合材料热固成型方法和装置，装置包括基座和两个模体，所述模体的内侧开设有型腔，两个模体合型后构成完整且密封的成型腔，还包括：支撑移动机构，所述支撑移动机构安装于基座上，支撑移动机构用于对两个模体进行支撑固定，以及控制两个模体合型或分离；旋转离心机构，所述旋转离心机构安装于所述支撑移动机构上，且所述旋转离心机构用于驱动合型后的两个模体旋转。本发明离心驱动及安装结构布置合理，稳定灵活，应用方便。

Description

一种纤维复合材料热固成型方法和装置

技术领域

本发明属于复合材料成型领域，尤其涉及一种纤维复合材料热固成型方法和装置。

背景技术

复合材料热固成型模具即用于复合材料产品热固成型用的模具。

复合材料管状结构制件的制造方法有预浸料成型工艺、液体成型两类工艺、树脂膜转移成型工艺等。

树脂膜转移成型工艺需先在管状模体上铺贴已预先制造好的胶膜树脂，再在其上铺贴纤维体干纱，再将铺贴有胶膜树脂和纤维体干纱的管状模体置于模具中，加压加热时胶膜树脂流动浸渍纤维并固化而成型出复合材料制件。

现有的复合材料模具，为了克服重力影响，提升树脂层与纤维层的结合均匀性，一般采用离心方式进行成型。

但是，现有的离心驱动及安装结构布置不合理，不够稳定灵活，应用不方便，需要针对性进行改进设置。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种纤维复合材料热固成型方法和装置，旨在解决现有的离心驱动及安装结构布置不合理，不够稳定灵活，应用不方便的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种纤维复合材料热固成型装置，包括基座和两个模体，所述模体的内侧开设有型腔，两个模体合型后构成完整且密封的成型腔，还包括：支撑移动机构，所述支撑移动机构安装于基座上，支撑移动机构用于对两个模体进行支撑固定，以及控制两个模体合型或分离；旋转离心机构，所述旋转离心机构安装于所述支撑移动机构上，且所述旋转离心机构用于驱动合型后的两个模体旋转。

进一步的技术方案，所述支撑移动机构包括开闭组件和距离控制组件，所述距离控制组件安装于基座上，开闭组件安装于所述距离控制组件上，开闭组件用于控制模体的径向位置，所述距离控制组件用于控制模体的轴向位置。

进一步的技术方案，所述距离控制组件包括端轴座、伺服电机、正反螺纹杆、螺纹筒、内立架、安装座和支撑筒，所述正反螺纹杆设于基座的上侧，正反螺纹杆的两端分别转动安装有一个端轴座，端轴座固定于基座上，伺服电机与正反螺纹杆的一端传动连接；所述正反螺纹杆的两侧分别螺纹连接有一个螺纹筒，伺服电机驱动正反螺纹杆旋转时，两个螺纹筒同步靠近或远离；所述螺纹筒的上侧安装固定有内立架，内立架远离螺纹筒的一端转动安装有支撑筒，两个支撑筒相互靠近的一端分别安装固定有一个安装座，两个模体分别对应与两个安装座连接。

进一步的技术方案，所述螺纹筒的下侧安装固定有一个滑座，基座上安装固定有与正反螺纹杆平行且与滑座滑动连接的导轨。

进一步的技术方案，所述开闭组件包括外立架、横向伸缩缸、连接件、内传动杆、连杆、固定块和导向杆，所述安装座的内侧开设有安装腔，安装腔远离内立架的一端安装固定有导向杆，导向杆上滑动设有固定块，模体与固定块固定连接，所述固定块上还铰接设有连杆，连杆的另一端与内传动杆铰接连接，所述内传动杆从支撑筒滑动穿过，内传动杆远离连杆的一端通过连接件与横向伸缩缸转动连接；所述横向伸缩缸还通过外立架与螺纹筒连接固定，横向伸缩缸用于通过内传动杆和连杆拉动固定块沿着导向杆移动，进而控制模体径向移动。

进一步的技术方案，所述旋转离心机构包括有传动筒、双轴伸电机、电机支架、传动轴、第一带轮、传动带和第二带轮，所述支撑筒上固定安装有第二带轮，第二带轮通过传动带与第一带轮连接，所述第一带轮安装固定于传动筒上，传动筒转动安装于内立架上，两个所述传动筒之间通过电机支架支撑固定有双轴伸电机，电机支架固定于基座上，所述双轴伸电机的两侧输出端分别固定有一根传动轴，两根传动轴对应与两根传动筒滑动连接，传动轴为棱柱结构。

进一步的技术方案，还包括有加热机构，所述加热机构包括固定架、输气环、温控风机和气管，所述安装座上转动安装有一个输气环，输气环还通过固定架与内立架连接固定，所述输气环的内侧空间为环腔，安装座远离安装腔的一侧开设有与环腔连通的输气腔，安装座靠近模体的一侧还开设有若干与输气腔连通的气孔；所述输气环上连接有一根气管，气管的另一端与内立架上固定设置的温控风机连接，所述温控风机用于向气管输送一定温度的空气，通过环腔和输气腔进行空气输送后并最终从气孔排出作用于模体的表面。

本发明实施例的另一目的在于，一种纤维复合材料热固成型方法，包括以下步骤：

步骤一、在模体内铺设需要热固成型的纤维层及树脂层；

步骤二、控制伺服电机带动正反螺纹杆转动，调节两个螺纹筒之间的距离，进而控制两个模体的轴向位置，使得两个模体相对应；

步骤三、控制横向伸缩缸缩短，通过内传动杆和连杆配合拉动固定块沿着导向杆移动，从而使得两个模体合型；

步骤四、控制双轴伸电机带动传动轴、传动筒和第一带轮构成的整体旋转，从而使得传动带带动第二带轮、支撑筒、安装座和模体构成的整体旋转，利用离心力使得树脂与纤维材料层各部位均匀结合。

进一步的技术方案，在步骤四中，在双轴伸电机启动前，按需控制温控风机工作向气管输送一定温度的空气，通过环腔和输气腔对空气输送后最终从气孔排出作用于模体的表面。

本发明实施例提供的一种纤维复合材料热固成型装置，通过将两个模体合理安装在支撑移动机构和旋转离心机构上；通过支撑移动机构可对两个模体进行支撑固定，以及控制两个模体合型或分离，即便于模体的控制移动位置及控制合型，稳定灵活，应用方便；通过旋转离心机构可驱动合型后的两个模体旋转，通过离心作用，便于成型腔中的树脂由中部向外侧移动，可更均匀和快速地浸渍纤维材料层，提升结合的均匀性，保证产品质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的纤维复合材料热固成型装置的立体结构示意图；

图2为图1中A部分的放大结构示意图；

图3为图1的局部主视剖视结构示意图；

图4为图3中两个模体闭合后的结构示意图。

图中：1-端轴座，2-伺服电机，3-基座，4-导轨，5-正反螺纹杆，6-滑座，7-螺纹筒，8-传动筒，9-双轴伸电机，10-电机支架，11-传动轴，12-第一带轮，13-外立架，14-传动带，15-横向伸缩缸，16-内立架，17-固定架，18-安装座，19-输气环，20-模体，21-温控风机，22-气管，23-第二带轮，24-连接件，25-支撑筒，26-内传动杆，27-环腔，28-固定块，29-连杆，30-安装腔，31-导向杆，32-输气腔，33-气孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本发明一个实施例提供的一种纤维复合材料热固成型装置，包括基座3和两个模体20，所述模体20的内侧开设有型腔，两个模体20合型后构成完整且密封的成型腔，型腔的形状根据所需成型产品的形状而定，不作具体限定，优选所述型腔为半圆柱形状，即成型腔为圆柱形状，使得成型腔中表层各部位复合材料及树脂的固化更加均匀，保证产品的质量；还包括：

支撑移动机构，所述支撑移动机构安装于基座3上，支撑移动机构用于对两个模体20进行支撑固定，以及控制两个模体20合型或分离；

旋转离心机构，所述旋转离心机构安装于所述支撑移动机构上，且所述旋转离心机构用于驱动合型后的两个模体20旋转。

在本发明实施例中，通过将两个模体20合理安装在支撑移动机构和旋转离心机构上；通过支撑移动机构可对两个模体20进行支撑固定，以及控制两个模体20合型或分离，即便于模体20的控制移动位置及控制合型，稳定灵活，应用方便；通过旋转离心机构可驱动合型后的两个模体20旋转，通过离心作用，便于成型腔中的树脂由中部向外侧移动，可更均匀和快速地浸渍纤维材料层，提升结合的均匀性，保证产品质量。

如图1-4所示，作为本发明的一种优选实施例，所述支撑移动机构包括开闭组件和距离控制组件，所述距离控制组件安装于基座3上，开闭组件安装于所述距离控制组件上，开闭组件用于控制模体20的径向位置，所述距离控制组件用于控制模体20的轴向位置。

进一步的，所述距离控制组件包括端轴座1、伺服电机2、正反螺纹杆5、螺纹筒7、内立架16、安装座18和支撑筒25，所述正反螺纹杆5设于基座3的上侧，正反螺纹杆5的两端分别转动安装有一个端轴座1，端轴座1固定于基座3上，伺服电机2与正反螺纹杆5的一端传动连接，伺服电机2还与端轴座1和基座3连接固定，提升伺服电机2的可靠性；所述正反螺纹杆5的两侧分别螺纹连接有一个螺纹筒7，伺服电机2驱动正反螺纹杆5旋转时，两个螺纹筒7同步靠近或远离；所述螺纹筒7的上侧安装固定有内立架16，内立架16远离螺纹筒7的一端转动安装有支撑筒25，两个支撑筒25相互靠近的一端分别安装固定有一个安装座18，两个模体20分别对应与两个安装座18连接。

优选的，所述安装座18优选为圆柱形结构，提升其转动的稳定性；所述螺纹筒7的下侧安装固定有一个滑座6，基座3上安装固定有与正反螺纹杆5平行且与滑座6滑动连接的导轨4，通过导轨4和滑座6的布置，可提升螺纹筒7移动的稳定性。

进一步的，所述开闭组件包括外立架13、横向伸缩缸15、连接件24、内传动杆26、连杆29、固定块28和导向杆31，所述安装座18的内侧开设有安装腔30，安装腔30远离内立架16的一端安装固定有导向杆31，导向杆31上滑动设有固定块28，模体20与固定块28固定连接，所述固定块28上还铰接设有连杆29，连杆29的另一端与内传动杆26铰接连接，所述内传动杆26从支撑筒25滑动穿过，内传动杆26远离连杆29的一端通过连接件24与横向伸缩缸15转动连接，即传动带14用于实现横向伸缩缸15和内传动杆26的转动连接，避免安装座18转动时对横向伸缩缸15造成扭转；所述横向伸缩缸15还通过外立架13与螺纹筒7连接固定，横向伸缩缸15用于通过内传动杆26和连杆29拉动固定块28沿着导向杆31移动，进而控制模体20径向移动；当两个所述模体20合型后，圆柱型状的成型腔与安装座18、支撑筒25、内传动杆26和横向伸缩缸15均共轴线，提升应用的可靠性。另外，两个模体20之间的密封连接结构，不进行限定，通过两个横向伸缩缸15同时动作，即可控制两个模体20紧密抵靠连接，如图4所示。

如图1-2所示，作为本发明的一种优选实施例，所述旋转离心机构包括有传动筒8、双轴伸电机9、电机支架10、传动轴11、第一带轮12、传动带14和第二带轮23，所述支撑筒25上固定安装有第二带轮23，第二带轮23通过传动带14与第一带轮12连接，所述第一带轮12安装固定于传动筒8上，传动筒8转动安装于内立架16上，且传动筒8和正反螺纹杆5平行设置，两个所述传动筒8之间通过电机支架10支撑固定有双轴伸电机9，电机支架10固定于基座3上，所述双轴伸电机9的两侧输出端分别固定有一根传动轴11，两根传动轴11对应与两根传动筒8滑动连接，传动轴11优选为棱柱结构。

在本发明实施例中，通过双轴伸电机9可驱动传动轴11和传动筒8转动，进而通过第一带轮12带动传动带14运转，传动带14带动第二带轮23转动，从而使得支撑筒25、安装座18和模体20构成的整体旋转，使得两侧的模体20同步转动，一致性好。另外，通过限定传动轴11和传动筒8滑动连接，能够适应两个螺纹筒7之间的距离变化，应用可靠。

如图1和3所示，作为本发明的一种优选实施例，还包括有加热机构，所述加热机构包括固定架17、输气环19、温控风机21和气管22，所述安装座18上转动安装有一个输气环19，输气环19还通过固定架17与内立架16连接固定，所述输气环19的内侧空间为环腔27，安装座18远离安装腔30的一侧开设有与环腔27连通的输气腔32，安装座18靠近模体20的一侧还开设有若干与输气腔32连通的气孔33；所述输气环19上连接有一根气管22，气管22的另一端与内立架16上固定设置的温控风机21连接，所述温控风机21用于向气管22输送一定温度的空气，通过环腔27和输气腔32进行空气输送后并最终从气孔33排出作用于模体20的表面，提升整体的固化成型质量。另外，如图3可以得知两个安装座18上的气孔33为相对设置，这样在离心时能够提升温度分布的均匀性，应用效果好。

在本发明实施例中，通过固定架17可对输气环19稳定支撑，即安装座18能够转动，输气环19不转动，限定环腔27，无论安装座18如何转动，输气腔32均能够与环腔27连通，提升输气的可靠性。

如图1-4所示，本发明的一个实施例还提供了一种纤维复合材料热固成型方法，包括以下步骤：

步骤一、在模体20内铺设需要热固成型的纤维层及树脂层；

步骤二、控制伺服电机2带动正反螺纹杆5转动，调节两个螺纹筒7之间的距离，进而控制两个模体20的轴向位置，使得两个模体20相对应；

步骤三、控制横向伸缩缸15缩短，通过内传动杆26和连杆29配合拉动固定块28沿着导向杆31移动，从而使得两个模体20合型；

步骤四、控制双轴伸电机9带动传动轴11、传动筒8和第一带轮12构成的整体旋转，从而使得传动带14带动第二带轮23、支撑筒25、安装座18和模体20构成的整体旋转，利用离心力使得树脂与纤维材料层各部位均匀结合。

作为本发明的一种优选实施例，在步骤四中，在双轴伸电机9启动前，按需控制温控风机21工作向气管22输送一定温度的空气，通过环腔27和输气腔32对空气输送后最终从气孔33排出作用于模体20的表面，辅助提升整体的固化成型质量。

另外，对各部件的控制、型号及电路连接不作具体限定，在实际应用时可灵活设置。涉及到的电路、电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无须赘言，本发明保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种纤维复合材料热固成型装置，包括基座和两个模体，所述模体的内侧开设有型腔，两个模体合型后构成完整且密封的成型腔，其特征在于，还包括：

支撑移动机构，所述支撑移动机构安装于基座上，支撑移动机构用于对两个模体进行支撑固定，以及控制两个模体合型或分离；

旋转离心机构，所述旋转离心机构安装于所述支撑移动机构上，且所述旋转离心机构用于驱动合型后的两个模体旋转；

所述支撑移动机构包括开闭组件和距离控制组件；所述距离控制组件安装于基座上，开闭组件安装于所述距离控制组件上；所述开闭组件用于控制模体的径向位置；所述距离控制组件用于控制模体的轴向位置；

所述距离控制组件包括端轴座、伺服电机、正反螺纹杆、螺纹筒、内立架、安装座和支撑筒；所述正反螺纹杆设于基座的上侧，正反螺纹杆的两端分别转动安装有一个端轴座，端轴座固定于基座上，伺服电机与正反螺纹杆的一端传动连接；所述正反螺纹杆的两侧分别螺纹连接有一个螺纹筒，伺服电机驱动正反螺纹杆旋转时，两个螺纹筒同步靠近或远离；所述螺纹筒的上侧安装固定有内立架，内立架远离螺纹筒的一端转动安装有支撑筒，两个支撑筒相互靠近的一端分别安装固定有一个安装座；两个模体分别对应与两个安装座连接；

所述开闭组件包括外立架、横向伸缩缸、连接件、内传动杆、连杆、固定块和导向杆；所述安装座的内侧开设有安装腔，安装腔远离内立架的一端安装固定有导向杆，导向杆上滑动设有固定块，模体与固定块固定连接；所述固定块上还铰接设有连杆，连杆的另一端与内传动杆铰接连接，所述内传动杆从支撑筒滑动穿过，内传动杆远离连杆的一端通过连接件与横向伸缩缸转动连接；所述横向伸缩缸还通过外立架与螺纹筒连接固定，横向伸缩缸用于通过内传动杆和连杆拉动固定块沿着导向杆移动，进而控制模体径向移动；

所述旋转离心机构包括有传动筒、双轴伸电机、电机支架、传动轴、第一带轮、传动带和第二带轮；所述支撑筒上固定安装有第二带轮，第二带轮通过传动带与第一带轮连接；所述第一带轮安装固定于传动筒上，传动筒转动安装于内立架上；两个所述传动筒之间通过电机支架支撑固定有双轴伸电机，电机支架固定于基座上；所述双轴伸电机的两侧输出端分别固定有一根传动轴，两根传动轴对应与两根传动筒滑动连接；所述传动轴为棱柱结构；

还包括有加热机构，所述加热机构包括固定架、输气环、温控风机和气管；所述安装座上转动安装有一个输气环，输气环还通过固定架与内立架连接固定；所述输气环的内侧空间为环腔，安装座远离安装腔的一侧开设有与环腔连通的输气腔，安装座靠近模体的一侧还开设有若干与输气腔连通的气孔；所述输气环上连接有一根气管，气管的另一端与内立架上固定设置的温控风机连接；所述温控风机用于向气管输送一定温度的空气，通过环腔和输气腔进行空气输送后并最终从气孔排出作用于模体的表面。

2.根据权利要求1所述的纤维复合材料热固成型装置，其特征在于，所述螺纹筒的下侧安装固定有一个滑座，基座上安装固定有与正反螺纹杆平行且与滑座滑动连接的导轨。

3.一种纤维复合材料热固成型方法，采用如权利要求1所述的纤维复合材料热固成型装置进行，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在模体内铺设需要热固成型的纤维层及树脂层；

步骤二、控制伺服电机带动正反螺纹杆转动，调节两个螺纹筒之间的距离，进而控制两个模体的轴向位置，使得两个模体相对应；

步骤三、控制横向伸缩缸缩短，通过内传动杆和连杆配合拉动固定块沿着导向杆移动，从而使得两个模体合型；

步骤四、控制双轴伸电机带动传动轴、传动筒和第一带轮构成的整体旋转，从而使得传动带带动第二带轮、支撑筒、安装座和模体构成的整体旋转，利用离心力使得树脂与纤维材料层各部位均匀结合。

4.根据权利要求3所述的纤维复合材料热固成型方法，其特征在于，在步骤四中，在双轴伸电机启动前，按需控制温控风机工作向气管输送一定温度的空气，通过环腔和输气腔对空气输送后最终从气孔排出作用于模体的表面。

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