CN219505277U - 复合材料螺栓成型用三向模压机 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种复合材料螺栓成型用三向模压机，包括模压机主体和预热装置，模压机主体上设置用于径向挤压坯料的横向模压装置和用于轴向挤压坯料的上下挤压装置，横向模压装置包括能开合的模具，模具上连接合模驱动部；上下挤压装置包括上冲针和下冲针，上冲针上连接挤压驱动部，模具的下方设置送料装置；还包括用于调整成型过程温度的加热冷却系统和控制预热装置、横向模压装置、上下挤压装置、送料装置、加热冷却系统的控制系统。本实用新型的横向模压装置对坯料径向挤压使其成型，上下挤压装置对坯料轴向挤压使其成型，采用联动设计，能够同时成型螺栓头部与螺纹部分，实现多模同时成型，有效提高复合材料螺栓的强度。

Description

复合材料螺栓成型用三向模压机

技术领域

本实用新型涉及复合材料连接件技术领域，尤其涉及一种复合材料螺栓成型用三向模压机。

背景技术

飞机用复合材料经过近40年的发展，已经从最初的非承力构件发展到应用于次承力和主承力构件，可获得减轻质量(20-30)％的显著效果。迄今为止飞机使用的复合材料占所用材料总量的30％左右，新一代飞机将达到40％；直升机和小型飞机复合材料用量将达到(70-80)％左右，甚至出现全复合材料飞机。

目前的复合材料螺栓大多采用传统树脂(如尼龙)通过注塑工艺得到，或者用短切纤维增强，该类螺栓存在强度低的问题，剪切强度大多为70-100Mpa，由于强度低，只能用于简单的连接，难以满足高强度的需要，并且由于树脂本身的缺陷，大多存在吸水问题，吸水后致使强度下降。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种复合材料螺栓成型用三向模压机，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种复合材料螺栓成型用三向模压机，横向模压装置对坯料径向挤压使其成型，上下挤压装置对坯料轴向挤压使其成型，采用联动设计，能够同时成型螺栓头部与螺纹部分，实现多模同时成型，有效提高复合材料螺栓的强度。

本实用新型的目的是这样实现的，一种复合材料螺栓成型用三向模压机，包括模压机主体和用于对坯料预料的预热装置，所述模压机主体上设置用于径向挤压坯料的横向模压装置和用于轴向挤压坯料的上下挤压装置，所述横向模压装置包括能容置坯料且能开合的模具，所述模具上连接有带动其打开或合拢压紧坯料成型的合模驱动部；所述上下挤压装置包括上冲针和下冲针，所述上冲针位于所述模具的上方，所述上冲针上连接有带动其上下移动的挤压驱动部，所述下冲针设置于所述模具的下方且能与所述上冲针配合压紧坯料成型；所述模具的下方设置送料装置，所述下冲针设置于所述送料装置上；

还包括用于调整成型过程温度的加热冷却系统和控制所述预热装置、所述横向模压装置、所述上下挤压装置、所述送料装置、所述加热冷却系统的控制系统。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述预热装置包括设置于所述模压机主体旁的马弗炉，所述马弗炉上连接智能调节部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述模具包括模座和模芯，所述模芯包括能合并的左半模和右半模，所述左半模与所述合模驱动部连接，所述左半模能在所述合模驱动部的带动下横向移动，所述右半模固定设置于所述模座上，所述左半模和所述右半模相邻的侧面上设置能卡合的镶嵌式止口。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述横向模压装置还包括横向导柱，所述左半模能在所述合模驱动部的带动下沿所述横向导柱横向移动。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述加热冷却系统包括设置于所述模芯内的第一加热管，所述模座内围绕所述模芯设置冷却回路，所述第一加热管和所述冷却回路分别用于加热或冷却坯料。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述合模驱动部为合模液压缸。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述挤压驱动部为挤压液压缸，所述挤压液压缸带动所述上冲针上下运动；所述下冲针设置于所述送料装置的顶部且能随所述送料装置上下移动。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述送料装置包括送料液压缸和纵向导柱，所述加热冷却系统还包括设置于所述送料液压缸的缸壁内的第二加热管，所述送料液压缸的外壁设置绝热层。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述模压机主体包括上支架和下支架，所述上支架支撑设置于所述下支架上；所述挤压驱动部和所述横向模压装置设置于所述上支架上；所述送料装置、所述加热冷却系统和所述控制系统设置于所述下支架上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，本实用新型包括防护系统，所述防护系统包括罩设于所述模压机主体和所述预热装置外侧的护罩。

由上所述，本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机具有如下有益效果：

本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机中，横向模压装置对坯料径向挤压使其成型，上下挤压装置对坯料轴向挤压使其成型，采用联动设计，能够同时成型螺栓头部与螺纹部分；横向模压装置和上下挤压装置分别独立设置，可实现多模同时成型，有效提高复合材料螺栓的强度；模具采用开合模设计，在成型头部与螺纹部分时，能够保证杆部组织形貌不变；预热装置实现预热功能，能够提高工作效率；本实用新型能够用于成型连续纤维增强复合材料螺栓，同时也可以成型纯树脂类和短切纤维增强复合材料螺栓，使用本实用新型生产的复合材料螺栓强度较高，能满足高强度应用的要求。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机的主视图。

图2：为本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机的侧视图。

图3：为本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机的俯视图。

图中：

1、横向模压装置；11、合模驱动部；12、横向导柱；13、模具；

2、上下挤压装置；21、挤压驱动部；22、上冲针；

3、送料装置；31、纵向导柱；32、送料液压缸；

4、预热装置；

5、液压系统；

6、控制系统；

7、防护系统；

8、模压机主体；81、上支架；82、下支架。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”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。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“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申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/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、图2、图3所示，本实用新型提供一种复合材料螺栓成型用三向模压机，包括模压机主体8和用于对坯料预料的预热装置4，模压机主体8上设置用于径向挤压(横向挤压)坯料的横向模压装置1和用于轴向挤压(纵向挤压)坯料的上下挤压装置2，横向模压装置1包括能容置坯料且能开合的模具13，模具13上连接有带动其打开或合拢压紧坯料成型的合模驱动部11；上下挤压装置2包括上冲针和下冲针，上冲针位于模具的上方，上冲针上连接有带动其上下移动的挤压驱动部21，下冲针设置于模具的下方且能与上冲针配合压紧坯料成型；模具的下方设置送料装置3，下冲针设置于送料装置3上；

还包括用于调整成型过程温度的加热冷却系统和控制预热装置4、横向模压装置1、上下挤压装置2、送料装置3、加热冷却系统的控制系统。

传统的复合材料螺栓是通过注塑工艺成型的，而且均为短纤维复合材料螺栓。本实用新型可以成型连续纤维复合材料螺栓，连续纤维比短纤维强度高。

本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机中，横向模压装置对坯料径向挤压使其成型，上下挤压装置对坯料轴向挤压使其成型，采用联动设计，能够同时成型螺栓头部与螺纹部分；横向模压装置和上下挤压装置分别独立设置，可实现多模同时成型；模具采用开合模设计，在成型头部与螺纹部分时，能够保证杆部组织形貌不变；预热装置实现预热功能，能够提高工作效率；本实用新型能够用于成型连续纤维增强复合材料螺栓，同时也可以成型纯树脂类和短切纤维增强复合材料螺栓，使用本实用新型生产的复合材料螺栓强度较高，能满足高强度应用的要求。

进一步，预热装置4包括设置于模压机主体8旁的马弗炉，马弗炉上连接智能调节部。

在实施例一中，使用马弗炉对物料进行预热，功率15kW；加热温度范围100～350℃；加热温度控制精度±2℃；加热温度速率≥10℃/min。预热装置4的智能调节部采用微电脑智能调节技术，具有PID(Proportional Integral Derivative，按被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差的比例、积分和微分进行控制)调节，全自动控制，预热装置4放在模压机主体8旁的相应位置，以利于拿取被预热的毛坯料到模压机主体8上。

进一步，模具13包括模座和模芯，模芯包括能合并的左半模和右半模，左半模与合模驱动部连接，左半模能在合模驱动部11的带动下横向移动，右半模固定设置于模座上，左半模和右半模相邻的侧面上设置能卡合的镶嵌式止口。

进一步，如图1所示，横向模压装置1还包括横向导柱12，左半模能在合模驱动部11的带动下沿横向导柱12横向移动。

进一步，加热冷却系统包括设置于模芯内的第一加热管，模座内围绕模芯设置冷却回路，第一加热管和冷却回路分别用于加热或冷却坯料。

进一步，合模驱动部11为合模液压缸。

在实施例一中，模具的模芯由两个半模(左半模和右半模)合并组成，材料具有抗裂纹能力和抗热疲劳性能，模具材料选择热作模具钢，最高耐热温度600℃。开合模的最大压力为50吨，最大行程300mm。

模座由两个半模座合并组成，围绕模具开了两圈通孔，冷却回路和第一加热管通过通孔分别连通加热冷却系统，以加热和冷却毛坯料。模座外固定绝热材料，既可以减少热量损失又可以防止热传导影响油缸使用环境。

模具开合依靠横向导柱12，保证横向导柱12的精度为0.05mm/1000mm；两个半模(左半模和右半模)具有镶嵌式止口，依靠止口对正，两个半模(左半模和右半模)是固定后整体加工，保证一道工序内完成，使模具整体无偏差，保证复合材料螺栓的杆部不发生挤压变形。

进一步，挤压驱动部21为挤压液压缸，挤压液压缸带动上冲针22上下运动；下冲针设置于送料装置3的顶部且能随送料装置上下移动。

本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机在结构上采用双挤压结构，根据螺栓工件头型和螺纹型分别计算上冲针22、下冲针在挤压过程中的位移和速度，输入参数，控制冲针上下同时挤压，减小熔融状态下纤维的剪切量。冲针最大压力10吨，最大运动速度50mm/s；由于冲针长时间处于高温环境中，材质上选用高温轴承钢。模芯与冲针对中，并配有可调整功能。

进一步，如图1所示，送料装置3包括送料液压缸32和纵向导柱31，加热冷却系统还包括设置于送料液压缸32的缸壁内的第二加热管，送料液压缸的外壁设置绝热层，保证预热后的物料不会在送料过程损失热量。在实施例一中，送料最大速度为50mm/s；送料液压缸32的底部加工螺纹，配合螺纹套固定在模压机主体8的升降平台上，可以微调整送料液压缸32竖直方向上的位置，由于下冲针固定在送料液压缸32内部，所以起到了间接调整冲针的作用。

进一步，本实用新型包括液压系统5，合模液压缸、挤压液压缸、送料液压缸32的工作动作都是由液压系统提供动力实现的，而液压系统中所有执行元件由伺服阀控制，保证了冲针在挤压过程中位移、速度的准确性。在液压部分的设计中，充分考虑到机、电液压的维修维护方便，油源布置合理，有独立的压力检测装置。液压管道中金属油管的弯曲半径合理；管道布置合理；金属油管的加固合理；确保液压管路没有冲击、震动、无噪声；液压油泵设置避震装置。

本实用新型的加热冷却系统包括加热升温的第一加热管和第二加热管，分别配置在模具13和送料液压缸32内，加热的最高温度可达到500℃，加热元件的升温速度为10～12℃/min；模座内置冷却回路(快速冷却系统)，与外冷系统相连接，快速冷却系统冷却速度为10～15℃/min，模具13内温度范围保证在330～385℃以内，送料液压缸32内温度范围保证在385℃，温度偏差在±5℃以内，模具、送料液压缸32内部温度均匀性保持在±10℃。温度分段控制，送料液压缸32预热、两个半模(左半模和右半模)分别加热，通过在模具内配置温度传感器，可测得模压机工作过程中模具温度的变化，根据模压机所处的不同工作阶段，控制系统能自动控制对模具加热或冷却，调整模具温度，极大的提高效率，减少人为操作出现的错误。

控制系统6采用PLC集中控制台控制，操作采用触摸屏，具有人机界面监测系统，能够监测机体载荷、故障报警及及时停机。界面可以直接操作模压机运动部件的速度和位移、调节加热(冷却)元件的温度以及升温(降温)速率、控制液压系统提供的压力等。为了提高模压机的工作效率，减少人力成本，编制程序使模压机实现半自动化。

进一步，如图1、图2所示，本实用新型包括防护系统7，防护系统7包括罩设于模压机主体8和预热装置4外侧的护罩。防护系统7安全美观，控制系统6(电气系统)保证在油缸行进状态下，人体进入护罩内部时，有感应系统自动断电，终止油缸行进。工作区域安装有照明装置，照明和控制均采用安全电压。

进一步，如图1所示，模压机主体8采用四立柱结构，机身为焊接结构，主要框架包括上支架81和下支架82，上支架81支撑设置于下支架82上；挤压驱动部21和横向模压装置1设置于上支架81上；送料装置3、加热冷却系统和控制系统6设置于下支架上。

在实施例一中，下支架82分为两层，下支架82的下层支承工作平台，固定送料液压缸32和纵向导柱31，内部布置液压系统5和控制系统6(电气系统)，下支架的上层支承上支架81，上支架固定模具、横向导柱，合模液压缸和挤压液压缸。

本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机工作时，送料装置3中的送料液压缸将待加工毛坯沿着纵向导柱31送至合模处，分别通过径向挤压和轴向挤压将坯料在模具中挤压成型。其中，径向挤压功能由横向模压装置1来完成，横向模压装置1包括合模液压缸、成套模具13(左半模和右半模)、横向导柱12，压紧时，合模液压缸带动左半模沿着横向导柱12向右移动，左半模、右半模具有镶嵌式止口结构，依靠止口进行对正，实现压紧；成型结束后，合模液压缸带着左半模沿横向导柱12向左移动，使左半模、右半模分开；轴向挤压功能由上下挤压装置2来完成，上下挤压装置2包括挤压液压缸、上冲针22，压紧时，挤压液压缸带动上冲针22向下运动，坯料在上冲针、下冲针之间被挤压，下冲针布置在下端的送料液压缸32内，起支撑作用，成型结束后，挤压液压缸带着上冲针22上移。径向挤压和轴向挤压分别通过横向模压装置1、上下挤压装置2来完成，具有独立操控性能。

由上所述，本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机具有如下有益效果：

本实用新型的复合材料螺栓成型用三向模压机中，横向模压装置对坯料径向挤压使其成型，上下挤压装置对坯料轴向挤压使其成型，采用联动设计，能够同时成型螺栓头部与螺纹部分；横向模压装置和上下挤压装置分别独立设置，可实现多模同时成型，有效提高复合材料螺栓的强度；模具采用开合模设计，在成型头部与螺纹部分时，能够保证杆部组织形貌不变；预热装置实现预热功能，能够提高工作效率；本实用新型能够用于成型连续纤维增强复合材料螺栓，同时也可以成型纯树脂类和短切纤维增强复合材料螺栓，使用本实用新型生产的复合材料螺栓强度较高，能满足高强度应用的要求。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，包括模压机主体和用于对坯料预料的预热装置，所述模压机主体上设置用于径向挤压坯料的横向模压装置和用于轴向挤压坯料的上下挤压装置，所述横向模压装置包括能容置坯料且能开合的模具，所述模具上连接有带动其打开或合拢压紧坯料成型的合模驱动部；所述上下挤压装置包括上冲针和下冲针，所述上冲针位于所述模具的上方，所述上冲针上连接有带动其上下移动的挤压驱动部，所述下冲针设置于所述模具的下方且能与所述上冲针配合压紧坯料成型；所述模具的下方设置送料装置，所述下冲针设置于所述送料装置上；

还包括用于调整成型过程温度的加热冷却系统和控制所述预热装置、所述横向模压装置、所述上下挤压装置、所述送料装置、所述加热冷却系统的控制系统。

2.如权利要求1所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述预热装置包括设置于所述模压机主体旁的马弗炉，所述马弗炉上连接智能调节部。

3.如权利要求1所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述模具包括模座和模芯，所述模芯包括能合并的左半模和右半模，所述左半模与所述合模驱动部连接，所述左半模能在所述合模驱动部的带动下横向移动，所述右半模固定设置于所述模座上，所述左半模和所述右半模相邻的侧面上设置能卡合的镶嵌式止口。

4.如权利要求3所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述横向模压装置还包括横向导柱，所述左半模能在所述合模驱动部的带动下沿所述横向导柱横向移动。

5.如权利要求4所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述加热冷却系统包括设置于所述模芯内的第一加热管，所述模座内围绕所述模芯设置冷却回路，所述第一加热管和所述冷却回路分别用于加热或冷却坯料。

6.如权利要求3所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述合模驱动部为合模液压缸。

7.如权利要求1所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述挤压驱动部为挤压液压缸，所述挤压液压缸带动所述上冲针上下运动；所述下冲针设置于所述送料装置的顶部且能随所述送料装置上下移动。

8.如权利要求3所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述送料装置包括送料液压缸和纵向导柱，所述加热冷却系统还包括设置于所述送料液压缸的缸壁内的第二加热管，所述送料液压缸的外壁设置绝热层。

9.如权利要求1所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，所述模压机主体包括上支架和下支架，所述上支架支撑设置于所述下支架上；所述挤压驱动部和所述横向模压装置设置于所述上支架上；所述送料装置、所述加热冷却系统和所述控制系统设置于所述下支架上。

10.如权利要求1所述的复合材料螺栓成型用三向模压机，其特征在于，包括防护系统，所述防护系统包括罩设于所述模压机主体和所述预热装置外侧的护罩。