[发明专利]一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统及方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，其特征在于：包括预浸料裁剪装置、上下料装置、模压成型装置、加热与冷却装置和成型参数优化装置；其中，预浸料裁剪装置用于对预浸料裁剪；所述模压成型装置包括上模具和下模具，用于对碳纤维增强复合材料模压成型；加热与冷却装置分别与模压成型装置的上、下模具相连接，用于实现对上、下模具的加热与冷却；上下料装置设置在模压成型装置两侧，用于实现对预浸料的搬运及铺层；成型参数优化单元用于监测制件的温度和压力，进而实现模压成型工艺参数的优化；

所述上下料装置包括两个搬运机械手，其中第一搬运机械手设置在预浸料裁剪装置和模压成型装置之间，用于将裁剪后的预浸料放置到模压成型装置的下模具中并定位，在下模具中进行预热和铺层，完成复合材料制件的预成型；第二搬运机械手用于取下模压成型后的制件；

所述成型参数优化装置包括光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器和控制系统，该光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器，用于在模压成型过程中对制件的内部温度及应变进行监测并将监测数据上传至控制器，该控制系统根据监测数据对成型质量进行预测并依据预测对模压成型工艺参数进行调整；所述控制系统内安装有Abaqus二次开发软件，光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器在铺层过程中进行预埋，用于对模压成型过程中制件的内部温度及应变进行监测，将监测数据同步到Abaqus软件中，对成型质量进行预测并依据预测对成型工艺参数进行调整，调整后的参数输送到模压成型设备和加热及冷却装置，调整伺服压机的压力、加热及冷却装置的参数，最终实现制件的质量达到最优。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，其特征在于：所述模压成型装置采用伺服压机控制，其上、下模具固定在伺服压机中，模芯可拆卸地安装于上、下模具上，用于实现不同模芯在模具中的自动换芯。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，其特征在于：所述预浸料裁剪装置通过三自由度剪裁机械手控制刀具在剪切台上完成对预浸料的裁剪，该预浸料裁剪装置还与上位机相连接，在上位机中内置cad软件，用于实现对预浸料的精确裁剪。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，其特征在于：所述加热与冷却装置通过油路、轴头分别与模压成型装置的上、下模具相连接，实现对模压成型装置的上、下模具的加热与冷却。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，其特征在于：所述搬运机械手上连接有吸盘，通过真空泵控制真空气压进而实现不同预浸料及制品的上下料。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，其特征在于：所述光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器以90°夹角包埋，相互间包埋位置间隔为50mm。

7.一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将预浸料放置到剪切台，由预浸料裁剪装置对预浸料进行裁剪；然后打开加热与冷却装置，对模压成型装置的上、下模具进行加热，预浸料剪切完成后通过上下料装置放置到模压成型装置的下模具中并定位，并在下模具中进行预热和铺层，实现复合材料制件的预成型；

步骤2、将下模芯搬运至模压成型设备，并对下模具进行定位和固定，加热装置持续加热，伸缩油缸下降带动上模具下降到下模具合模，采用初始工艺参数对制件进行模压成型；

步骤3、采用成型参数优化装置对模压过程进行监测并处理，实现工艺参数优化，按照优化工艺参数不断调整成型设备压力、加热和冷却系统，直到成型过程完成；

步骤4、伸缩油缸上升带动上模具上升到上下模分离，冷却装置对模具进行降温，搬运下模及制件，取出制件，继续下一轮循环。

8.根据权利要求7所述的一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型方法，其特征在于：所述步骤3的采用成型参数优化装置对模压过程进行监测并处理，实现工艺参数优化的具体方法为：

模压过程开始时，在成型参数优化装置输入经验模压成型工艺参数的初始条件后，开始进行模压，采用传感器检测模压成型过程中碳纤维增强复合材料层合板的温度、应变信息；将温度、应变预测信息反馈到参数优化系统，并施加初始载荷步，按照Abaqus模拟仿真流程依次设置增量载荷步并进迭代，定义处置刚度矩阵和载荷矩阵，计算求解结果，若求解过程收敛，则输出结果并与预期结果比对，达到预期结果，则进行下一个载荷步，若不满足预期结果则重新设置增量步，直到输出结果与满足预期结果。