[发明专利]一种多丝束纤维预浸铺放设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种多丝束纤维预浸铺放设备。特别是玻璃纤维和碳纤维预浸铺放方法及设备，用于制造复合材料构件。

背景技术

近年来各种复合材料低成本制造技术应运而生，如渗透成型技术、低温低压固化技术、电子束固化技术、新型缠绕技术、复合材料纤维铺层技术等。其中复合材料铺层技术是近年来发展最快、最有效的自动化成型制造技术之一，在降低制造成本和提高复合材料性能方面显示出了极为突出的优越性和极大的潜力。复合材料铺层成型技术主要应用于航空构件。复合材料铺层成型由铺层机器人按结构所确定的铺层方向和铺层厚度，用多自由度的铺层头将多组纤维预浸带自动铺层在芯模表面，铺层过程中同时加热软化预浸带，压实形成制品型面。铺层成型对复合材料构件的适应性强。自动铺带高效、高质量，但由于采用宽带(75～300mm)和单自由度铺层头，不能完成复杂曲面、变厚度、加筋等成型，目前多用于大壁板、机翼等小曲率航空构件成型。复合材料铺层成型技术由于采用预浸料和低张力不受落纱稳定性的约束，可以根据设计要求选择铺层方向；由于每根丝束具有单独增加和切断功能，不受周期性约束，可以实现形体和各种铺层设计；由于采用压辊成型既可以实现任意曲面的成型又可以保证成型动力载荷自动可控，提高制品质量。由于铺层头采用多自由度机器人系统，不仅可以制造复杂型面的复合材料构件、完成对铺层进行剪裁以适应局部加厚/混杂、铺层递减以及开口铺层等多方面的需要，满足各种设计要求，而且具有表面光洁、精度高、速度快、质量稳定性能好的优点。特别适合于航空航天复合材料结构小批量、高精度要求，实现柔性制造。对于热固性复合材料体系，成型后既可以采用传统方法放入热压罐固化，也可以与电子束固化技术相结合，边铺层边固化从而取消热压罐；对于热塑性复合材料体系，一般在铺层过程中直接加热固结成型，这对低成本制造技术具有极大的吸引力。

CN200710308159.X公开了一种用纤维铺放技术制造树脂基复合材料构件的方法和设备。该方法和设备采用纤维铺放技术，使用压紧机构将纤维铺放层铺放在芯模表面，可以解决传统缠绕设备不能制造负曲率型面构件和非回转体类构件的问题。同时采用原位瞬时分层辐射固化以消除纤维铺层中张力对产品形状的影响，以及采用热压罐固化处理而带来的热变形大，容易产生裂纹，构件大小受热压罐容积限制，生产成本高、生产周期长问题与缺陷。该设备以工业机器人作为制造主体，改善了现今的铺放设备缺乏制造更加复杂型面的灵活性，和其结构复杂等问题。CN200810235374.6公开了一种复合材料组合铺放法及专用组合铺放头。其特征在于包括以下过程：使铺带过程与铺丝过程复合，利用同一台运动控制器同时实现铺放头和铺丝头的运动控制；在实际加工中，可以根据需要选择铺带，或铺丝，或同时进行铺带和铺丝。专用组合铺放头，其特征在于：包括铺带机构、通过定位螺栓和螺母分别固定在铺带机构两侧的两个单边铺丝头，三者在空间上不相互干涉；两个铺丝头之间的距离通过定位螺栓螺母调节，距离与铺带宽度相等。本发明使一台设备同时兼具铺放和铺丝的功能，相比同时购置铺放和铺丝设备，它不仅大大节省了设备成本，而且能解决单凭铺放或铺丝不能够解决的问题。CN 200810235373.1公开了一种复合材料预成型铺放法。其特征在于包括以下过程：(1)首先对复合材料铺放带开卷，剥离铺放带上的纸和膜；(2)接下来运行切割轨迹控制程序，利用超声振动刀将铺放带剪切成预设计的形状，将切割下的废料取出后；(3)对剪切好的铺放带贴纸贴膜、挤压缠绕成卷，以便保存或安装到铺放头上进行铺放。本发明可切割出各种复杂形状的铺放带，能够满足各种异型芯模铺放成型的需要。

先进复合材料成型技术逐步实现由手糊到机械化自动化的转变。目前还未见一种多丝束纤维预浸铺放设备相关报道。本发明涉及一种多丝束纤维预浸铺放方法及设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种多丝束纤维预浸铺放设备，该设备集多丝束纤维浸胶、铺放于一体，提高铺放效率，同时纤维张力均匀，铺放精度高，含胶量控制在2％以内。

按照本发明通过一种具有权利要求1特征达到该目的。通过诸从属权利要求的特征和特征组合阐明本发明。