[发明专利]一种碳纤维集成铺放装置

说明书

本发明公开一种碳纤维集成铺放装置，包括位于底板上方的供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构，以及底板下方的压实机构。供料放卷机构上的纤维经过重送机构、夹紧机构、剪切机构后，经压实机构的压实固化于模具表面上。上述传输过程中还经过导向机构进行导向，经张力调节机构被动调节纤维束张力，经张力测量机构对纤维束张力进行测量。上述压实机构通过弹簧弹力作用，被动调节压实机构的压实辊与模具表面间的距离，适应不同曲面的模具铺放要求以及实现对单丝束的控制要求。

技术领域

本发明涉及复合材料成型领域，具体来说，是一种碳纤维复合材料的铺放装置。

背景技术

高性能碳纤维树脂基复合材料(CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastics)是先进复合材料中用量最多、应用最广的一种材料。以碳纤维作为增强材料，高性能的树脂材料作为基体，经加工工艺等装置制成碳纤维制品，在增强产品的力学性能的同时，可以有效减轻产品的重量。而碳纤维的耐高温性、耐腐蚀性、防磁性及卓越的生物相容性等性能，成为现在航空航天等军用、民用领域所积极应用的一种复合材料。

最初，碳纤维材料的成型依靠于手糊成型，到目前为止，已经逐步发展到模压、喷射、等工艺方法。而自从上世纪80年代出现自动铺带技术(ATL Automated Tape Laying)和自动铺丝技术(AFP Automated Fiber Placement)，可按照模型承力方向在芯模表面进行铺层，提高成型的效率，同时可降低材料的浪费率，因而实现降低复合材料的生产成本，使其有更为广泛的应用。

现有的自动纤维铺放装置一般满足大型结构件的铺放，但对于结构小巧但相对复杂的构件来说，大型铺放装置就降低了装置的应用效率，且空间占地太大，并不能够满足设计的要求，而且在机构的可靠性及精度上来说还存在较大问题。因而该发明的铺放装置结构小巧紧凑，满足于小型结构件的铺放，降低制作成本。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种碳纤维集成铺放装置，满足小型复杂结构件的复合材料制品的快速成型要求而设计的，同时解决了目前现有机构的可靠性稳定性差等问题，其可靠、稳定性高，提高了铺放可靠性及精度。

本发明碳纤维集成铺放装置，包括供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构与压实机构；其中，供料放卷机构、导向机构、张力调节机构、张力测量机构、重送机构、夹紧机构、剪切机构安装于底板一侧面上，压实机构安装于底板另一侧面上；

所述供料放卷机构由放卷伺服电机驱动放卷辊，实现放卷辊上缠绕的预浸纱的导送。导向机构位于供料放卷机构前方，具有位置低于放卷辊的导向轮，由导向轮实现预浸纱的导向。张力调节机构位于导向机构前方，用来对各束预浸纱的张力进行被动、快速响应调节，张力调节机构具有由弹簧支撑的张力调节辊，且使张力调节辊具有竖直方向移动副。张力测量机构位于张力调节机构前方，为安装有张力传感器的辊子，用来对各束预浸纱张力进行实时的准确测量。重送机构用来在预浸纱切断后再继续将预浸纱重送至压实机构前段；重送机构具有由重送电动缸驱动抬起与放下的重送轮，以及由步进电机驱动转动的重送辊轴；由重送电动缸驱动重送轮下移，实现将预浸纱夹紧于重送轮与重送辊轴间，进而通过步进电机驱动重送辊轴实现预浸纱的重送。夹紧机构用于夹紧预浸纱。剪切机构用于驱动切刀将预浸纱切断。

所述压实机构前段具有压实辊，用来对模具表面上的预浸纱进行压实。压实机构中压实辊可通过柔性弹簧弹力作用被动调节与模具间的距离，弹簧弹力由位移传感器测量。

本发明的优点在于：

1、本发明碳纤维集成铺放装置，采用集成设计，空间占用较小、便于拆卸；

2、本发明碳纤维集成铺放装置，通过主动、被动张力调节机构相结合，响应速度快，因而可更为精准地调节张力。