[实用新型]一种纤维复合材料零部件预成型的铺设设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纤维复合材料零部件预成型的快速铺设设备。

背景技术

     随着石油价格的上涨和环境的污染，节能减排已经被众多汽车生产国提上了正式日程。欧美发达国家相继制定了极为严格的汽车排放标准：根据欧盟最新制定的二氧化碳排放标准，到2020年汽车每公里二氧化碳排放要从当前的130克降低到95克；同时根据我国计划于２０１６年实施的《乘用车燃料消耗量限值》和《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》要求，到２０２０年，重量在９８０公斤至１０９０公斤的传统轿车百公里油耗将降到４．５升。这令汽车企业的轻量化道路迫在眉睫。研究显示，整车质量每减少１００公斤，百公里油耗可降低０．３升至０．６升。在国家大力倡导节能减排的大背景下，对于中国汽车业来说，轻量化成为车企的“不二选择”。材料轻量化是汽车轻量化的主要途径。其中，高性能碳纤维复合材料是欧美车企的主要应用对象。2013年，经过十余年的开发研制，德国宝马集团发布了全球第一款大规模制造的碳纤维复合材料家用轿车-i3。全部由碳复合材料打造的车体壳自重150公斤，比传统钢铁白车身减重250公斤。除了具备轻量化的车体，碳纤维复合材料汽车还具有其他突出的优点：1）降低90%的零件数量从而降低80%的模具制造成本；2）优化汽车的NVH（噪音、震动、声震粗糙度）。２０１５年，预期全球将有20000辆i3和5000辆i8售出（150亿人民币以上）。高性能碳纤维复合材料具有极高的比刚度（钢的5倍）、比强度（钢的8倍）。它的抗疲劳属性和抗化学腐蚀性也优于普通钢铁。由于复合材料复杂变化的多尺度结构，使其从原材料生产到最终工业应用不能完全自实现动化。工序多、周期长、产量低，导致了复合材料零部件的价格比较昂贵，往往不能在普通轿车上大量使用。本申请针对现有技术存在的问题提供了一种快速纤维原丝铺设的方法和设备。应用本方法，可以打破瓶颈，高质量、高速度、高自动化的生产复合材料零部件。

     现有铺丝技术通常采用传统的单铺丝头铺设，一般采用粘合剂固定丝束端部，因为粘合剂粘合力有限，一端粘合固定后，铺丝头移动速度不能过快过猛，以防止固定端脱落。另外，现有铺丝设备在推送柔软的原丝时候，原丝容易出现缠绕、打结现象。为克服原丝缠绕打结，设计者增加了许多辅助和监控装置，导致设备复杂，造价极高；复杂的设备再次增加了故障的风险。

实用新型内容

本申请针对现有技术存在的问题提供了一种快速铺设纤维原丝的设备，应用本设备，可以做到高质量，高速度，高自动化的将纤维原丝铺设到模具表面；此设备可以铺设制造2D或者3D织物预成型；通过本申请提出的设备将大大降低由于传统复合材料生产中人力密集造成的高成本，提高产品的精度和质量稳定性。具体技术方案如下。

本申请提供了一种纤维复合材料零部件预成型的铺设设备，该设备生产的预成型可以通过高压釜、树脂注入、冲压、手糊等后期工艺制作成为复合材料零部件。所述预成型通过铺设设备在工作台的模具上、在控制系统的控制下铺设纤维预成型，其中所述铺设设备包括机器人一（1）和二（2）、分别由两台机器人控制的铺丝头一（3）和铺丝头二（4）、纤维原丝传送装置（8）、原丝张力保持装置（9）以及分别安装在铺丝头一（3）和二（4）上的剪切装置一（13）和剪切装置二（14）；所述机器人一（1）、纤维原丝传递装置（8）与原丝张力保持装置（9）及铺丝头一（3）顺序连接以将原丝传递到铺丝头一（3）处；所述机器人二（2）与铺丝头二（4）连接；原丝由铺丝头一（3）传递到铺丝头二（4）,并由铺丝头二（4）夹紧后进行铺设，最后通过剪切装置一（13）和二（14）剪切。

进一步地，上述铺丝头一（3）包括压辊（31）、夹具（32）、喷胶口（33）、出丝口（34）以及夹具控制电机（35）；所述喷胶口（33）设在铺丝头一（3）的末端；所述压辊（31）和夹具（32）同轴，设在铺丝头一（3）的前端，夹具（32）与夹具控制电机（35）连接，夹具（32）在压辊（31）的前方；所述出丝口（34）设在压辊（31）与喷胶口（33）之间、夹具（32）的后方。

进一步地，上述铺丝头二（4）包括压辊（41）、夹具（42）、喷胶口（43）以及夹具控制电机（45），所述喷胶口（43）设在铺丝头二（4）的末端，所述压辊（41）和夹具（42）同轴，设在铺丝头二（4）的前端，夹具（42）与夹具控制电机（45）连接，夹具（42）在压辊（41）的前方。

进一步地，上述纤维原丝传递装置（8）包括缠绕原丝的线轴（82）及传输原丝的导引轴（81）。