[发明专利]一种用于Z-pin低损伤自动化植入装置及其工作方法

说明书

本发明公开了一种用于Z‑pin低损伤自动化植入装置及其工作方法，包括：一制孔装置，其包括制孔针，制孔针垂直待处理的层合板设置；一植Z‑pin装置，其包括与制孔针平行设置的导管，导管用于作为导入待植入Z‑pin线材的通道，导管靠近层合板的一端为Z‑pin线材的出口；一同步动作机构，包括连接机构、升降机构和平移机构，其具体为：连接机构，设置在制孔针与导管之间，用于使得制孔针与导管保持一定间距；升降机构，设置在连接结构上，用于带动制孔针与导管在垂直待处理层合板方向上的同步往复移动；平移机构，设置在连接结构上，用于带动制孔针与导管在水平方向上的同步移动。解决了现有人工植入工艺自动化程度低、植入效率不高的问题。

技术领域

本发明属于复合材料Z-pin自动化植入装备技术领域，具体涉及一种用于Z-pin低损伤自动化植入装置及其工作方法。

背景技术

由于复合材料层合板的厚度方向(Z向)缺乏增强纤维，当复合材料层合板厚度方向存在应力时极易发生分层破坏。目前，由缝合技术发展而来的Z-pin层间增强技术在工程中应用广泛。Z-pin层间增强技术是在复合材料层合板厚度方向植入细短棒(Z-pin)，利用细短棒的“钉扎”桥联效应来显著提高复合材料层合板的层间断裂韧性、损伤容限和搭接强度。

目前，工程中多采用超声辅助植入工艺和预制孔植入工艺等方法来实现Z-pin植入。但采用超声辅助植入工艺将Z-pin植入到层合板时，会造成层合板产生更多的初始损伤。MOURITZ(MOURITZ.Review of Z-Z-pinned composite laminates[J].Composites:Part A,2007,38:2383–2397)研究表明，这些损伤主要包括两大类：纤维的稀释(局部区域或者层合板整体纤维体积含量的降低)和纤维的断裂等。采用预制孔植入工艺进行Z-pin植入虽然会减少层合板内初始损伤，但此种植入工艺目前多为人工进行植入，自动化程度低，植入效率不高，且目前查阅的文献表明：关于使用预制孔Z-pin植入工艺对复合材料层合板进行Z-pin植入的装置及其使用方法未见报道或提及。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于Z-pin低损伤自动化植入装置及其工作方法，以解决现有人工植入工艺自动化程度低、植入效率不高的问题。

本发明采用以下技术方案：一种用于Z-pin低损伤自动化植入装置，包括：

一制孔装置，其包括制孔针，制孔针垂直待处理的层合板设置；

一植Z-pin装置，其包括与制孔针平行设置的导管，导管用于作为导入待植入Z-pin线材的通道，导管靠近层合板的一端为Z-pin线材的出口；

一同步动作机构，包括连接机构、升降机构和平移机构，其具体为：

连接机构，设置在制孔针与导管之间，用于使得制孔针与导管保持一定间距；

升降机构，设置在连接结构上，用于带动制孔针与导管在垂直待处理层合板方向上的同步往复移动；

平移机构，设置在连接结构上，用于带动制孔针与导管在水平方向上的同步移动；

其中，升降机构，用于带动制孔针下移、并在层合板上完成本次制孔，同时导管同步下移、并向上一次制得孔中植入Z-pin线材；平移机构，用于带动制孔针平移至下一制孔位置，同时导管同步移动至本次制得孔的位置处。

进一步的，还包括一裁剪装置，裁剪装置包括一刀片，刀片设置在导管旁的，导管的管壁上设置有一开口槽；刀片，用于通过其自转以切断位于开口槽内的Z-pin线材。

进一步的，导管的管壁上沿其轴向均匀间隔设置有多个开口槽；刀片的位置可调，其用于根据待植入Z-pin的目标长度、来选择位于某个开口槽位置处对Z-pin线材进行裁剪。

进一步的，连接机构包括分别设置在制孔装置和植Z-pin装置上的滑块导轨结构，用于实现制孔针与导管的间距可调节。