一種編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材熱壓連接設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及復(fù)合材料板材連接技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材熱壓連接設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，特別是編織纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛，復(fù)合材料與復(fù)合材料之間的連接問題成為一個(gè)重要的技術(shù)問題，例如:飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有70%以上的破壞是發(fā)生在連接部位，可見連接技術(shù)對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體性能有重要影響。編織纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料根據(jù)樹脂的特性不同分為編織纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料和編織纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料。編織纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料由于其優(yōu)異的抗沖擊特性和韌性得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003]對(duì)于復(fù)合材料的連接，傳統(tǒng)的機(jī)械連接，由于要對(duì)復(fù)合材料零件進(jìn)行打孔，對(duì)編織纖維的損傷較嚴(yán)重，大大降低了接頭處的連接強(qiáng)度；采用膠接，由于粘接劑對(duì)工作環(huán)境的苛刻要求，使得其使用范圍也大大減小，采用Z-Pining連接是一種對(duì)編織纖維損傷較小的連接方式。然而傳統(tǒng)的Z-Pining連接主要用在復(fù)合材料層合板加工制造過程中，在其預(yù)浸料或泡沫夾層的厚度方向直接嵌入剛性的短棒，用來改善材料的層間韌性、沖擊損失極限、沖擊后壓縮強(qiáng)度等性能，用于零件與零件之間的連接的實(shí)例還很少。
[0004]通常Z-Pining的材料是金屬材料，這樣連接后的接頭就存在電化學(xué)腐蝕，降低了接頭的連接強(qiáng)度，這就要求研宄Z-Pining的新材料。此外由于傳統(tǒng)的Z-Pining是一根根獨(dú)立的短棒，不利于復(fù)合材料連接的工業(yè)化大批量應(yīng)用，這就要設(shè)計(jì)新的Z-Pining的結(jié)構(gòu)。
[0005]隨著編織纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用的普及，也涉及到一些復(fù)合材料與金屬材料的連接，這也對(duì)現(xiàn)在的連接方式提出了新的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材熱壓連接設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)編織纖維較小損傷的多工位、流水式的連接，可用于工業(yè)化大批量應(yīng)用。
[0007]為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材熱壓連接設(shè)備，包括支架7，在支架7的中間安裝有伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6，支架7的周圍依次安裝有:熱風(fēng)加熱系統(tǒng)1、板材打孔系統(tǒng)2、鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3、鉚接系統(tǒng)5，熱風(fēng)加熱系統(tǒng)1、板材打孔系統(tǒng)2、鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3、鉚接系統(tǒng)5分別與伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6的相應(yīng)工位配合，鉚釘供給系統(tǒng)4和鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3配合連接，熱風(fēng)加熱系統(tǒng)1、板材打孔系統(tǒng)2、鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3、鉚釘供給系統(tǒng)4、鉚接系統(tǒng)5、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6分別與控制系統(tǒng)8連接，被連接板材9分別裝夾在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6的工位上。
[0009]所述的熱風(fēng)加熱系統(tǒng)I包括鼓風(fēng)機(jī)1-1，鼓風(fēng)機(jī)1-1出風(fēng)口通過發(fā)熱絲管1-2和熱風(fēng)噴嘴1-3連接，熱風(fēng)噴嘴1-3與被連接板材9的上端面的距離為10-20mm。
[0010]所述的板材打孔系統(tǒng)2包括第一氣缸2-1，第一氣缸2-1活塞桿與沖桿2-4連接，沖桿2-4與沖頭2-5連接。
[0011]所述的鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3包括第一伺服電機(jī)3-1，第一伺服電機(jī)3-1輸出軸與轉(zhuǎn)臂3-3連接，轉(zhuǎn)臂3-3的另一端與第二氣缸3-5固定端連接，第二氣缸3-5的活塞桿和氣動(dòng)三爪卡盤3-4連接。
[0012]所述的鉚釘供給系統(tǒng)4包括鉚釘筒4-1，鉚釘筒4-1內(nèi)部順序放置著鉚釘4-5，鉚釘筒4-1最低端的鉚釘4-5與伺服直線電機(jī)4-3接觸，伺服直線電機(jī)4-3與控制系統(tǒng)8連接。
[0013]所述的鉚接系統(tǒng)5包括第三氣缸5-1，第三氣缸5-1活塞桿與鉚接系統(tǒng)連接桿5-4連接，鉚接系統(tǒng)連接桿5-4與上壓頭5-7連接，第一加熱棒5-5安裝在上壓頭5-7的內(nèi)孔中，第一溫度傳感器5-6安裝在上壓頭5-7的測(cè)溫孔中，第一加熱棒5-5、第一溫度傳感器5-6與控制系統(tǒng)8連接，形成一個(gè)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)。
[0014]所述的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6包括氣動(dòng)夾緊裝置6-1，氣動(dòng)夾緊裝置6-1連接在轉(zhuǎn)盤6-6上，轉(zhuǎn)盤6-6與轉(zhuǎn)軸6-9上端連接，轉(zhuǎn)軸6-9下端與第二伺服電機(jī)6-8輸出軸連接，第二伺服電機(jī)6-8與控制系統(tǒng)8連接。
[0015]所述的被連接板材9包括上板9-1，上板9-1與下板9-2搭接，鉚釘4_5被安裝在已經(jīng)完成打孔的上板9-1和下板9-2上。
[0016]所述的鉚釘4-5由第一熱塑性樹脂基體4-5-2和連續(xù)纖維增強(qiáng)體4_5_1通過注射成型技術(shù)制備而成，鉚釘4-5的端頭部分的直徑為5-10mm，厚度為1-1.5mm ;鉚釘?shù)尼槧畈糠值闹睆?.6-1.2mm,長(zhǎng)度為連接板厚度的2.3倍。
[0017]所述的上板9-1與下板9-2由第二熱塑性樹脂基體9-1-1和編織纖維增強(qiáng)體9-1-2利用層壓成形技術(shù)制備而成。
[0018]所述的熱風(fēng)加熱系統(tǒng)I的加熱溫度根據(jù)被連接板材9的樹脂基體材料的熔點(diǎn)設(shè)置，比樹脂基體材料熔點(diǎn)低10-20°C。
[0019]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0020](I)本實(shí)用新型的熱壓連接裝置，可以將特殊結(jié)構(gòu)的鉚釘?shù)尼槧畈糠植迦氲骄幙椑w維的束與束之間的間隙處，在實(shí)現(xiàn)連接的過程中最大限度的減少對(duì)纖維的損傷。
[0021](2)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的鉚釘結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鉚釘相比，可以充分利用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性的優(yōu)點(diǎn)，最大限度的增加鉚釘?shù)倪B接強(qiáng)度。
[0022](3)本實(shí)用新型的連接過程采用熱壓，鉚釘?shù)幕w材料與板材的基體材料相同可以實(shí)現(xiàn)融合，增強(qiáng)了接頭的連接強(qiáng)度，同時(shí)與傳統(tǒng)的金屬材料鉚釘相比解決了不同材料之間的電化學(xué)腐蝕問題。
[0023](4)本實(shí)用新型的熱壓連接裝置，可以實(shí)現(xiàn)編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板的自動(dòng)化連接，降低了制造成本。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本實(shí)用新型熱風(fēng)加熱系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本實(shí)用新型板材打孔系統(tǒng)2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4是本實(shí)用新型鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5是本實(shí)用新型鉚釘供給系統(tǒng)4的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖6是本實(shí)用新型鉚接系統(tǒng)5的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖7-a，圖7-b是本實(shí)用新型伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖8是鉚釘連接接頭的安裝示意圖，圖8(a)是剖視圖，圖8 (b)是俯視圖。
[0032]圖9是鉚接后連接接頭的示意圖，圖9(a)是剖視圖，圖9 (b)是俯視圖。
[0033]圖10是本實(shí)用新型鉚釘?shù)膬?nèi)部纖維分布示意圖。
[0034]圖11是編織纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料板材的內(nèi)部纖維分布示意圖，圖11 (a)是正視圖，圖11 (b)是圖11 (a)的A-A不意圖。
[0035]圖12是本實(shí)用新型板材打孔系統(tǒng)2中沖頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖，圖12(a)是正視圖，圖12(b)是圖12(a)的B-B示意圖。
[0036]圖13是本實(shí)用新型鉚接過程的結(jié)構(gòu)示意圖，圖13(a)是正視圖，圖13(b)是圖13 (a)的A-A示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)描述。
[0038]參照?qǐng)D1，一種編織纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材熱壓連接設(shè)備，包括支架7，在支架7的中間安裝有伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6，支架7的周圍依次安裝有:熱風(fēng)加熱系統(tǒng)1、板材打孔系統(tǒng)2、鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3、鉚接系統(tǒng)5，熱風(fēng)加熱系統(tǒng)1、板材打孔系統(tǒng)2、鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3、鉚接系統(tǒng)5分別與伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6的相應(yīng)工位配合，鉚釘供給系統(tǒng)4和鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3配合連接，為鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3提供鉚釘；熱風(fēng)加熱系統(tǒng)1、板材打孔系統(tǒng)2、鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3、鉚釘供給系統(tǒng)4、鉚接系統(tǒng)5、伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6分別與控制系統(tǒng)8連接；被連接板材9安裝在伺服轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)6的工位上，依次經(jīng)過熱風(fēng)加熱系統(tǒng)I對(duì)被連接板材9加熱，板材打孔系統(tǒng)2對(duì)被連接板材9扎孔，鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3進(jìn)行鉚釘?shù)陌惭b，鉚接系統(tǒng)5進(jìn)行熱壓鉚接形成連接接頭。
[0039]參照?qǐng)D2，所述的熱風(fēng)加熱系統(tǒng)I包括鼓風(fēng)機(jī)1-1，鼓風(fēng)機(jī)1-1出風(fēng)口通過發(fā)熱絲管1-2和熱風(fēng)噴嘴1-3連接，熱風(fēng)噴嘴1-3與被連接板材9的上端面的距離為10-20mm，熱風(fēng)加熱系統(tǒng)I的加熱溫度根據(jù)被連接板材9的樹脂基體材料的熔點(diǎn)設(shè)置，比樹脂基體材料熔點(diǎn)低10-200C ο
[0040]參照?qǐng)D3，所述的板材打孔系統(tǒng)2包括第一氣缸2-1，第一氣缸2-1與第一氣缸連接板2-2通過螺釘連接，第一氣缸連接板2-2與第一氣缸支架連接板2-3通過螺釘連接，第一氣缸支架連接板2-3通過螺釘連接在支架7上，沖桿2-4上端與第一氣缸2-1的活塞桿通過螺紋進(jìn)行連接，沖頭2-5與沖桿2-4的下端連接。
[0041]參照?qǐng)D4，所述的鉚釘自動(dòng)安裝系統(tǒng)3包括第一伺服電機(jī)3-1，第一伺服電機(jī)3-1輸出軸與第一聯(lián)軸器3-2輸入端連接，第一聯(lián)軸器3-2輸出端與轉(zhuǎn)臂3-3連接，轉(zhuǎn)臂3-3另一端與第二氣缸3-5固定端連接，第二氣缸3-5的活塞桿和氣動(dòng)三爪卡盤3-4連接。
[0042]參照?qǐng)D5，所述的鉚釘供給系統(tǒng)4包括鉚釘筒4-1，鉚釘筒4-1內(nèi)部順序放置著鉚釘4-5，鉚釘筒4-1最低端的鉚釘4-5與伺服直線電機(jī)4-3接觸，伺服直線電機(jī)4_3與控制系統(tǒng)8連接，鉚釘筒4-1的下端面凹槽放在鉚釘筒座4-2