專利名稱：可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置及方法，屬于復(fù)合材料成型領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種各向異性材料，它可以根據(jù)構(gòu)件的載荷分布要求選擇不同的纖維增強(qiáng)材料和樹脂基體材料，同時(shí)也可以選擇適合構(gòu)件性能要求的鋪層形式來滿足強(qiáng)度、剛度和各種特殊要求，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更大的自由度，這是傳統(tǒng)的各向同性材料無法比擬的。本發(fā)明涉及的豆莢桿屬于復(fù)合材料薄壁結(jié)構(gòu)，具有可折疊、并依靠自身彈性能自動(dòng)展開的特點(diǎn)，在航天器大尺寸可展開支撐結(jié)構(gòu)上得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)普遍采用熱壓罐技術(shù)生產(chǎn)此類豆莢桿。但熱壓罐工藝受其自身因素制約，僅能夠生產(chǎn)長度較短的產(chǎn)品從而使產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用過程中受到很大程度的局限。國內(nèi)外采用拉擠成型工藝雖然能夠生產(chǎn)符合實(shí)際應(yīng)用長度的產(chǎn)品，但存在產(chǎn)品表面纖維畸變的問題。CN101663157A《用于生產(chǎn)連續(xù)型材的拉擠成型工藝》中，型材在預(yù)成型裝置中發(fā)生第一次變形，在之后的壓力裝置中最終成型。型材通過牽引裝置相對(duì)于壓力成型裝置的操作周期性移動(dòng)，最終通過切割裝置確定型材尺寸。復(fù)合材料每層的鋪層角度對(duì)結(jié)構(gòu)的性能(包括剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、振動(dòng)頻率等)影響很大。因此，一種抑制豆莢桿 表面纖維畸變的方法亟待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置及方法，該發(fā)明能夠保證在采用拉擠成型工藝生產(chǎn)豆莢桿時(shí)，產(chǎn)品表面的纖維方向能與設(shè)計(jì)方向一致。一種可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置，依次包括放卷裝置、預(yù)成型裝置、凝膠預(yù)固化裝置、后固化裝置、裁割裝置、檢測裝置、收卷裝置，上述放卷裝置包括預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)、上輔助材料放卷裝置、下輔助材料放卷裝置；其特征在于:上輔助材料放卷裝置和下輔助材料放卷裝置均依次由隔離膜放卷機(jī)構(gòu)、玻璃布放卷機(jī)構(gòu)、脫模材料放卷機(jī)構(gòu)構(gòu)成。利用所述可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置的拉擠成型方法，其特征在于包括以下過程:
步驟1:預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)、隔離膜放卷機(jī)構(gòu)、玻璃布放卷機(jī)構(gòu)、脫模材料放卷機(jī)構(gòu)分別提供預(yù)浸料、隔離膜、玻璃布、脫模材料，上述材料按照由內(nèi)側(cè)到外側(cè)依次為預(yù)浸料、隔離膜、玻璃布、脫模材料的層疊形式進(jìn)入預(yù)成型裝置；
步驟2:經(jīng)過預(yù)成型裝置6第一次變形的預(yù)浸料進(jìn)入凝膠預(yù)固化裝置凝膠及預(yù)定型； 步驟3:預(yù)定型的豆莢桿進(jìn)入后固化裝置最終固化定型；
步驟4:完全定型的豆莢桿進(jìn)入裁割裝置按照產(chǎn)品尺寸裁割，通過檢測裝置無損檢測之后，收卷裝置將豆莢桿展平收卷。
采用傳統(tǒng)拉擠工藝，預(yù)浸料剛進(jìn)入凝膠預(yù)固化裝置時(shí)，樹脂受熱粘度降低，同時(shí)受到壓力，多余的樹脂向四周空隙流動(dòng)。豆莢桿屬于薄壁結(jié)構(gòu)，多余的樹脂沿拉擠前進(jìn)方向以及左右方向的流動(dòng)極為困難，由于凝膠預(yù)固化裝置7模具外為敞開空間，多余的樹脂傾向于向模具外流動(dòng)。如果產(chǎn)品表層纖維方向?yàn)榉荗度，則其不受張力作用，纖維處于自由狀態(tài)，向模具外流動(dòng)的樹脂會(huì)使纖維隨之運(yùn)動(dòng)，使表層纖維和預(yù)先鋪疊的方向存在差異，當(dāng)產(chǎn)品最終固化定型后，就會(huì)出現(xiàn)表面纖維畸變的問題。在預(yù)浸料上分別鋪放隔離膜、玻璃布之后，多余的樹脂可以透過隔離膜向上向下被玻璃布吸附，故不會(huì)存在由于多余的樹脂向模具外流動(dòng)而導(dǎo)致的表層纖維紊亂的問題。如果上述后固化裝置通過往復(fù)機(jī)構(gòu)安裝在水平導(dǎo)軌上；上述步驟3的具體過程可以如下:豆莢桿進(jìn)入后固化裝置后停止進(jìn)給，利用往復(fù)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)后固化裝置在水平導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng),在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)豆莢桿加熱加壓,完成一段豆莢桿的固化定型后,往復(fù)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng)，使豆莢桿繼續(xù)進(jìn)給一段距離，重復(fù)上述過程。豆莢桿的應(yīng)用對(duì)其自身的尺寸精確性要求極高，而采用常規(guī)拉擠工藝生產(chǎn)的豆莢桿直線度不高，產(chǎn)品的側(cè)向彎曲難以避免。后固化裝置在水平導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)豆莢桿進(jìn)行加熱加壓使之完全固化定型。由于在固化定型過程中，放卷裝置和收卷裝置分別對(duì)豆莢桿的兩端位置進(jìn)行固定，因此產(chǎn)品的直線度由水平導(dǎo)軌自身的直線度決定。而水平導(dǎo)軌的直線度由機(jī)加工保證，可解決采用傳統(tǒng)拉擠工藝時(shí)存在的豆莢桿側(cè)向彎曲問題。


圖1是放料裝置中各放料機(jī)構(gòu)的排放順序示 圖2是拉擠成型裝置示 圖3是傳統(tǒng)拉擠工藝凝膠預(yù)固化裝置中多余樹脂流動(dòng)方向示中標(biāo)號(hào)名稱:1預(yù)浸料放 卷機(jī)構(gòu)，2隔離膜放卷機(jī)構(gòu)，3玻璃布放卷機(jī)構(gòu)，4脫模材料放卷機(jī)構(gòu)，5放卷裝置，6預(yù)成型裝置，7凝膠預(yù)固化裝置，8后固化裝置，9裁割裝置，10檢測裝置，11收卷裝置，12預(yù)浸料，13隔離膜，14玻璃布，15脫模材料，16凝膠預(yù)固化裝置模具。
具體實(shí)施例方式放卷裝置5為拉擠提供的原料是預(yù)先鋪疊好的預(yù)浸料12和輔助材料。預(yù)浸料I是根據(jù)產(chǎn)品要求的鋪層方向預(yù)先鋪疊好的，輔助材料包括隔離膜13、玻璃布14和脫模材料15，其中隔離膜13選用帶孔復(fù)合材料隔離膜，起透膠和脫模的作用；玻璃布14作用為吸附多余的樹脂，厚度范圍為0.05—0.2mm ;脫模材料15優(yōu)選聚四氟乙稀薄膜，厚度范圍為
0.05mm一0.1mm,在拉擠過程中起脫模及保護(hù)產(chǎn)品表面的作用。原料首先進(jìn)入預(yù)成型裝置6，實(shí)現(xiàn)原料從平直狀態(tài)到產(chǎn)品規(guī)定截面形狀的第一次變形，得到近似的最終截面形狀。預(yù)成型裝置6選擇滾輪裝置，采用多級(jí)緩慢變形。凝膠預(yù)固化裝置7在預(yù)成型裝置6之后，用以確定產(chǎn)品的含膠量及預(yù)定型。凝膠預(yù)固化裝置7溫度一般為樹脂的凝膠溫度，其中的預(yù)定型壓力由樹脂性能及產(chǎn)品要求的含膠量決定，一般小于IMPa。
后固化裝置8提供一定的溫度和壓力，使豆莢桿完全符合產(chǎn)品截面尺寸并最終定型。后固化過程中存在溫度梯度，一般為樹脂的固化溫度至后固化溫度，提供的壓力范圍為0.6MPa—IMPa0裁割裝置9在后固化裝置8之后，按照產(chǎn)品的預(yù)期尺寸對(duì)定型后的豆莢桿進(jìn)行裁害I]。裁割完畢的豆莢桿進(jìn)入 檢測裝置10無損檢測，收卷裝置11將豆莢桿展平收卷。
權(quán)利要求
1.一種可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置，依次包括放卷裝置(5)、預(yù)成型裝置(6)、凝膠預(yù)固化裝置(7)、后固化裝置(8)、裁割裝置(9)、檢測裝置(10)、收卷裝置(11)，上述放卷裝置(5)包括預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)(I)、上輔助材料放卷裝置、下輔助材料放卷裝置；其特征在于: 上輔助材料放卷裝置和下輔助材料放卷裝置均依次由隔離膜放卷機(jī)構(gòu)(2)、玻璃布放卷機(jī)構(gòu)(3 )、脫模材料放卷機(jī)構(gòu)(4 )組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置，其特征在于:上述后固化裝置(8 )通過往復(fù)機(jī)構(gòu)安裝在水平導(dǎo)軌(6 )上。
3.利用權(quán)利要求1所述可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置的拉擠成型方法，其特征包括以下過程: 步驟1:預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)(I)、隔離膜放卷機(jī)構(gòu)(2 )、玻璃布放卷機(jī)構(gòu)(3 )、脫模材料放卷機(jī)構(gòu)(4)分別 提供預(yù)浸料(12)、隔離膜(13)、玻璃布(14)、脫模材料(15)，上述材料按照由內(nèi)側(cè)到外側(cè)依次為預(yù)浸料(12)、隔離膜(13)、玻璃布(14)、脫模材料(15)的層疊形式進(jìn)入預(yù)成型裝置(6); 步驟2:經(jīng)過預(yù)成型裝置(6)第一次變形的預(yù)浸料進(jìn)入凝膠預(yù)固化裝置(7)凝膠及預(yù)定型； 步驟3:預(yù)定型的豆莢桿進(jìn)入后固化裝置(8)最終固化定型； 步驟4:完全定型的豆莢桿進(jìn)入裁割裝置(9)按照產(chǎn)品尺寸裁割，通過檢測裝置(10)無損檢測之后，收卷裝置(11)將豆莢桿展平收卷。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型方法，其特征在于:上述后固化裝置(8)通過往復(fù)機(jī)構(gòu)安裝在水平導(dǎo)軌上；上述步驟3的具體過程如下:豆莢桿進(jìn)入后固化裝置(8)后停止進(jìn)給，利用往復(fù)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)后固化裝置(8)在水平導(dǎo)軌上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)豆莢桿加熱加壓,完成一段豆莢桿的固化定型后,往復(fù)機(jī)構(gòu)停止運(yùn)動(dòng),使豆莢桿繼續(xù)進(jìn)給一段距離，重復(fù)上述過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可抑制表面纖維畸變的豆莢桿拉擠成型裝置及方法，屬于復(fù)合材料成型領(lǐng)域。該裝置依次包括放卷裝置(5)、預(yù)成型裝置(6)、凝膠預(yù)固化裝置(7)、后固化裝置(8)、裁割裝置(9)、檢測裝置(10)、收卷裝置(11)，上述放卷裝置(5)包括預(yù)浸料放卷機(jī)構(gòu)(1)、上輔助材料放卷裝置、下輔助材料放卷裝置；其特征在于上輔助材料放卷裝置和下輔助材料放卷裝置均依次由隔離膜放卷機(jī)構(gòu)(2)、玻璃布放卷機(jī)構(gòu)(3)、脫模材料放卷機(jī)構(gòu)(4)組成。該發(fā)明能夠保證在采用拉擠成型工藝生產(chǎn)豆莢桿時(shí)，產(chǎn)品表面的纖維方向能與設(shè)計(jì)方向一致。
文檔編號(hào)B29C70/52GK103240895SQ201310162239
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月6日
發(fā)明者肖軍, 齊俊偉, 肖健, 楊興瑞 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)