[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

说明书

本发明涉及一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统及方法，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。本发明可实现碳纤维增强复合材料的模压成型，并达到降低成本、提高效率的目的，满足碳纤维增强复合材料新产品的开发、试制、生产需求。

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，涉及复合材料的模压成型系统及方法，尤其是一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统及方法。

背景技术

目前，复合材料成型工艺通常要求预浸料铺层后，在规定的温度、压力下固化成型。复合材料成型通常采用热压罐、热压机等配合模具并加压成型。复合材料成型对成本、效率及成品率要求较高，现有技术中大多数为单件成型工艺，产品生产效率低，成本高，很难实现产品的批量及大批量工业生产。

经检索，未发现与本发明相同或相近似的现有技术的公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、制造成本低且能够大幅提高工作效率的碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统及方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种碳纤维增强复合材料高节拍模压成型系统，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。

而且，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。

而且，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。

而且，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。

而且，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。

而且，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。

而且，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。

而且，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。