[发明专利]一种新型铺丝头

说明书

本发明涉及一种新型铺丝头，属于铺丝机技术领域，包括：纱箱和铺丝头浮动机构，纱箱上平行设置有两个直线导轨，铺丝头浮动机构上安装有滑块，铺丝头浮动机构通过滑块与直线导轨配合使用，压紧气缸一端与纱箱相连，压紧气缸另一端与铺丝头浮动机构相连，压紧气缸驱动铺丝头浮动机构在直线导轨上滑动。本发明的纱箱可以实现四组八个预浸料卷同时放纱且互不干涉，U型连接板左右两侧均设置有两个相互平行的安装板，每个安装板上均设置有两个放纱收膜机构，如此设置大大减少了纱箱的整体体积，从而防止了对空间狭小的凹曲面加工时与模具易发生干涉，本发明采用了一种新型丝束作动装置，减小了铺丝头的包角，进而解决了可达性不足的技术问题。

技术领域

本发明涉及铺丝机技术领域，尤其涉及一种新型铺丝头。

背景技术

自动铺丝技术在近三十年来得到了广泛应用和发展，已经成为复合材料成型自动化技术的典型代表。相对于自动铺带技术，自动铺丝工艺的适应性更好，可以用于制造具有复杂曲面的复合材料零件。就铺丝机来说，各制造商的铺丝头构型不同但基本功能相似，都可以完成压辊铺纱，送纱，断纱，止纱，张力控制，温度控制及铺放压力控制等功能。

铺丝头中需要张力的部件主要有五个，按从纱箱到模具的纱路前后顺序分别为：

第一，热固性预浸料收卷在线轴上时，必须带有背衬膜以防止互相粘连，在铺放时需要将背衬膜剥去。目前铺丝机通常采用被动收膜法，一般来说预浸料张力越大收膜效果越好。

第二，在将预浸料从线轴引出到压辊的过程中，由于零部件布置的原因，预浸料需要经过多个导向轮多次变向，在这个过程中如果没有张力，预浸料可能从导向轮中脱出，造成设备故障。

第三，铺丝头与机床间通常通过直线导轨/气缸相连，即铺丝头与机床是浮动连接的，这种浮动可以补偿掉铺丝路径沿零件曲面法向的误差，是必不可少的；然而预浸料纱团通常安装在机床上，导致铺丝头中的预浸料纱路长度是可变的，因此如果预浸料没有收卷张力，那么当纱路变短时，预浸料就会发生松脱，导致设备故障。

第四，铺丝机切断碳纤维通常有“剪”和“斩”两种方法。顾名思义，“剪”的办法原理类似于剪刀，对于剪刀来说，碳纤维的张力越大，剪切力越大，剪刀的双刃之间间隙越小，剪切的效果就越好。由于切断碳纤维会产生一定量的切屑，若剪刃间距过小，则切屑会聚集在切丝机构处，甚至会导致机构卡死。因此，商用铺丝机通常采用较大的剪刃间隙和气缸直径，维持一定张力，来提高切丝的可靠性。“斩”的方式即利用切刀把碳纤维在砧板上斩断，这种方式并不需要纤维张力，但这种方式下切刀与砧板发生刚性碰撞，这对零件的质量提出了较高要求。

第五，预浸料铺贴在模具上之前，需要在张力作用下在压辊上展平，否则成型的零件质量受影响，可能产生表面波纹等缺陷。

可见，五个对张力有要求的机构分别为：收膜机构，导向轮，压紧气缸与导轨，切丝机构，压辊。其中切丝机构与压辊间不宜再加入机构否则会增加最短铺丝长度，且铺放张力不宜减为零否则影响成型质量。通常铺丝机用一种摩擦片和测力弹簧结合的机构，在放纱轴处利用PID算法控制预浸料的张力。显而易见，直接调整PID参数来减少张力是不合适的，这将导致送纱路径下游的几个受张力影响的机构可靠性下降。

在实际应用中，铺丝工艺经常出现曲面适应性不足的情况，特别是现有的自动铺丝设备与工艺在加工负曲率表面时往往不足以满足要求。为了提高可靠性，现有铺放设备在铺放过程中需要给预浸料提供一定的张力通常为5N左右，在将带张力的预浸料铺贴在凹曲面的过程中，经常发生纤维架桥等缺陷，导致成型速度下降，成型质量不佳。

同时，现有的自动铺丝机的丝路切刀在完成切丝工作时，以高速与金属砧板发生碰撞，因此这种方式的元件(包括切刀与砧板)寿命较短，而且对切刀的硬度有较大的要求。

发明内容