剪切機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于切斷復(fù)合材料鋪疊設(shè)備中的長(zhǎng)纖維加固材料的剪切機(jī)構(gòu)。
[0002]復(fù)合纖維成分經(jīng)常用于需要集輕量及強(qiáng)度于一身的應(yīng)用中，例如運(yùn)動(dòng)設(shè)備以及在航空組件中。大多數(shù)的復(fù)合纖維制造工藝需要在鋪疊過程中將連續(xù)的纖維加固材料層施加到物品或模具上。基體材料或是預(yù)敷貼到纖維加固材料(預(yù)浸漬，或“預(yù)浸”)上，或是在加固材料于高壓釜內(nèi)或外的固化之前而后續(xù)地敷貼到加固材料上。近來(lái)制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)允許自動(dòng)地執(zhí)行鋪疊過程了。
[0003]三種示例性的自動(dòng)復(fù)合材料制造工藝為自動(dòng)鋪帶(ATL)、自動(dòng)鋪絲(AFP)以及自動(dòng)掛紗。簡(jiǎn)而言之，ATL涉及將包括纖維加固材料的帶體敷貼到物品上。該帶體通常包括預(yù)浸漬有基體材料(例如環(huán)氧樹脂)的單向纖維。連續(xù)帶體層通常以彼此不同的方向敷貼，以形成層狀結(jié)構(gòu)。帶體通常通過敷貼輥敷貼到物品上。
[0004]在AFP中，纖維加固材料以“絲束”的形式敷貼到物品上，其包括多根單纖維，或者多根“絲束”?！敖z束”可以是從較寬帶體上撕下的具有較窄寬度的帶體。AFP通常更適合于具有高曲率或非均勻曲率的復(fù)雜部件。纖維通常是預(yù)浸漬有基體材料的或是從基體材料溶液中取出的。通常通過敷貼輥將一系列或一連串的“絲束”敷貼到物品上。
[0005]自動(dòng)掛紗與AFP的不同之處在于物品通常作為旋轉(zhuǎn)的芯軸，而且鋪疊設(shè)備通常橫穿在芯軸上，以將承受拉力的纖維絲束敷貼到芯軸表面上?？梢栽谛据S的連續(xù)路徑中調(diào)節(jié)絲束在芯軸上鋪疊的角度，使得連續(xù)層彼此之間的鋪疊角度不同，以形成層狀結(jié)構(gòu)并影響組件的性能(例如增強(qiáng)所制造的組件的抗壓強(qiáng)度或抗張強(qiáng)度)。纖維絲束通常借助于芯軸與鋪疊設(shè)備的敷貼輥之間的絲束中的張力而敷貼到物品上。
[0006]在上述所有的工藝中，均需要在過程結(jié)束時(shí)或在過程中的一個(gè)階段結(jié)束時(shí)切斷(或剪切)纖維加固材料(無(wú)論預(yù)浸漬與否)的絲束或帶體。
[0007]然而，公知的復(fù)合材料鋪疊設(shè)備中所使用的剪切機(jī)構(gòu)是龐大的，造成設(shè)備在尖端區(qū)也是龐大的。龐大的尖端區(qū)會(huì)限制可通過該設(shè)備將纖維加固材料敷貼到其上的物品的復(fù)雜性，這是由于可能無(wú)法操控尖端區(qū)覆蓋物品的高曲率或其他難以接近的部分。
[0008]因此需要提供改進(jìn)的復(fù)合材料鋪疊設(shè)備，它的尖端區(qū)的體積更小，并且需要提供用于這種設(shè)備的改進(jìn)的剪切機(jī)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于在復(fù)合材料鋪疊設(shè)備中切斷長(zhǎng)纖維加固材料的剪切機(jī)構(gòu)，所述剪切機(jī)構(gòu)包括:剪切元件和反作用元件，所述剪切元件和所述反作用元件協(xié)作以切斷延伸過形成于剪切元件與反作用元件之間的縫隙的纖維加固材料，所述剪切元件安裝于延長(zhǎng)臂上，所述延長(zhǎng)臂能夠繞著與所述縫隙間隔開的樞軸線樞轉(zhuǎn)，以使剪切元件相對(duì)于反作用元件移位而執(zhí)行剪切沖程，所述機(jī)構(gòu)還包括布置成引纖維加固材料在垂直于所述樞軸線的供給方向上穿過所述縫隙的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，以及用于在剪切沖程中驅(qū)動(dòng)所述延長(zhǎng)臂的致動(dòng)裝置，所述致動(dòng)裝置作用于所述延長(zhǎng)臂上的遠(yuǎn)離所述剪切元件的位置處。
[0010]所述致動(dòng)裝置可在所述樞軸線的一側(cè)作用于所述延長(zhǎng)臂上，并且所述剪切元件可在所述樞軸線的另一側(cè)安裝于所述延長(zhǎng)臂上。在樞軸線偏離延長(zhǎng)臂的構(gòu)造中，樞軸線的位置被看作是樞軸線在延長(zhǎng)臂上的垂直投影。
[0011]所述延長(zhǎng)臂可在大體上垂直于所述樞軸線的平面內(nèi)延伸。所述引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可布置成沿著在大體上垂直于樞軸線的平面內(nèi)延伸的引導(dǎo)路徑引導(dǎo)纖維加固材料，而且所述引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可沿著延長(zhǎng)臂延伸。
[0012]所述引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可包括引導(dǎo)通道，所述引導(dǎo)通道具有鄰近所述縫隙的出口。所述引導(dǎo)通道可形成于所述延長(zhǎng)臂上。所述引導(dǎo)通道在其至少一部分的長(zhǎng)度上可以是封閉的通道，在這種情況下，所述出口可以是槽。所述引導(dǎo)通道可具有能夠在其一端樞轉(zhuǎn)的可移除的蓋體。
[0013]所述剪切元件可定位成使得剪切元件的剪切邊緣位于所述通道的端部。所述延長(zhǎng)臂可包括用于接收第一剪切元件的槽。所述剪切元件的剪切邊緣可具有出口唇緣。所述剪切元件可具有與通道的表面齊平的引導(dǎo)面，通道的表面在剪切元件的剪切邊緣處終止。
[0014]所述剪切元件可移除地安裝于延長(zhǎng)臂上，以便于更換剪切元件。所述剪切元件可包括硬化的材料。
[0015]所述剪切元件和反作用元件可設(shè)置成使得由剪切沖程在纖維加固材料上形成的切口垂直于長(zhǎng)復(fù)合纖維材料和/或大體上平行于樞軸線延伸。
[0016]所述剪切元件和反作用元件可設(shè)置成使得纖維加固材料能夠在垂直于樞軸線所在的平面的方向上通過剪切元件和反作用元件之間。
[0017]所述剪切元件和反作用元件可分別具有相對(duì)于彼此傾斜的剪切邊緣，使得在剪切沖程中所述剪切元件和反作用元件在以剪刀動(dòng)作的形式配合。所述剪切元件和反作用元件可具有相對(duì)的剪切邊緣。
[0018]所述剪切元件和反作用元件可分別具有剪切邊緣，并且在剪切沖程中，反作用元件的剪切邊緣可接觸到剪切元件的剪切邊緣所沿著的弧形路徑。
[0019]所述延長(zhǎng)臂可安裝于用于繞著樞軸線樞轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)支撐體上，所述樞軸線相對(duì)于結(jié)構(gòu)支撐體是固定的。
[0020]所述剪切元件可以是布置成陣列的多個(gè)剪切元件中的一個(gè)，并且可具有至少一個(gè)反作用元件，每個(gè)剪切元件與反作用元件協(xié)作，或者與所述反作用元件中的一個(gè)協(xié)作，以切斷延伸過所述剪切元件和對(duì)應(yīng)的反作用元件之間對(duì)應(yīng)的縫隙的、對(duì)應(yīng)的一定長(zhǎng)度的纖維加固材料。每個(gè)剪切元件可安裝于可繞著與所述縫隙間隔開的樞軸線樞轉(zhuǎn)的多個(gè)延長(zhǎng)臂中相應(yīng)的一個(gè)上，使所述剪切元件相對(duì)于所述反作用元件或?qū)?yīng)的反作用元件移位以執(zhí)行剪切沖程。所述引導(dǎo)機(jī)構(gòu)可布置成引導(dǎo)所述纖維加固材料在垂直于所述樞軸線或各個(gè)樞軸線的供給方向上穿過所述縫隙?？删哂兄辽僖粋€(gè)致動(dòng)裝置，用于在各自的剪切沖程中驅(qū)動(dòng)延長(zhǎng)臂，所述致動(dòng)裝置或各個(gè)致動(dòng)裝置作用于所述延長(zhǎng)臂上的遠(yuǎn)離各自的剪切元件的位置處。
[0021]延長(zhǎng)臂陣列的樞軸可大體上彼此平行。所述延長(zhǎng)臂陣列的樞軸可大體上彼此重入口 ο
[0022]所述陣列可以是設(shè)置于延伸過所述樞軸線的平面的兩側(cè)的至少兩個(gè)陣列中的一個(gè)。
[0023]所述陣列中的延長(zhǎng)臂或各陣列中的延長(zhǎng)臂可大體上并排地布置以形成排。可具有至少兩排的延長(zhǎng)臂，并且每排的延長(zhǎng)臂可大體上并排地布置?？删哂邢蚣羟袡C(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)端匯聚的兩個(gè)延長(zhǎng)臂陣列。
[0024]至少一個(gè)致動(dòng)裝置可連接到兩個(gè)或更多個(gè)延長(zhǎng)臂上，以便一致地驅(qū)動(dòng)這些延長(zhǎng)臂。每個(gè)致動(dòng)裝置可作用于單個(gè)延長(zhǎng)臂上?？删哂斜舜霜?dú)立地操作的多個(gè)致動(dòng)裝置。
[0025]至少一個(gè)反作用元件可布置成與兩個(gè)不同的的剪切元件協(xié)作。每個(gè)反作用元件可布置成與一個(gè)剪切元件協(xié)作。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了復(fù)合材料鋪疊設(shè)備中用于切斷長(zhǎng)纖維加固材料的剪切機(jī)構(gòu)，所述剪切機(jī)構(gòu)包括多個(gè)剪切元件以及至少一個(gè)反作用元件，每個(gè)剪切元件與所述反作用元件協(xié)作，或者與所述反作用元件中的一個(gè)協(xié)作，以切斷延伸過所述剪切元件與相應(yīng)的反作用元件之間的相應(yīng)的縫隙的相應(yīng)長(zhǎng)度的纖維加固材料，每個(gè)剪切元件安裝于可繞著與縫隙間隔開的樞軸線樞轉(zhuǎn)的相應(yīng)的延長(zhǎng)臂上，使剪切元件相對(duì)于相應(yīng)的反作用元件移位以執(zhí)行剪切沖程，機(jī)構(gòu)還包括布置成引導(dǎo)所述纖維加固材料在垂直于所述樞軸線或每條樞軸線的供給方向上穿過縫隙的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，以及用于在各自的剪切沖程中驅(qū)動(dòng)延長(zhǎng)臂的至少一個(gè)致動(dòng)裝置，所述致動(dòng)裝置或每個(gè)致動(dòng)裝置作用在所述延長(zhǎng)臂上的遠(yuǎn)離相應(yīng)的剪切元件的位置處。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于將一定長(zhǎng)度的長(zhǎng)纖維加固材料敷貼到物品上的復(fù)合材料鋪疊設(shè)備，所述設(shè)備包括根據(jù)本文中任意一處所描述的剪切機(jī)構(gòu)以及承載所述剪切機(jī)構(gòu)的支撐頭。
[0028]所述致動(dòng)裝置可安裝于所述支撐頭上。所述致動(dòng)裝置作用于支撐頭與延長(zhǎng)臂之間。所述致動(dòng)裝置可大體布置于支撐結(jié)構(gòu)的近端內(nèi)側(cè)。
[0029]所述致動(dòng)裝置可包括具有從動(dòng)元件和基部元件的線性致動(dòng)器，而且所述致動(dòng)裝置可操作用于使從動(dòng)元件相對(duì)于基部元件線性移動(dòng)。所述基部元件可結(jié)合到所述支撐頭上，且所述從動(dòng)元件可結(jié)合到所述延長(zhǎng)臂上。
[0030]所述基部元件和/或從動(dòng)元件可大體上位于支撐結(jié)構(gòu)的近端的內(nèi)側(cè)。
[0031]所述致動(dòng)裝置可通過機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)與延長(zhǎng)臂連接且作用于延長(zhǎng)臂上。
[0032]所述機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)可包括在所述致動(dòng)裝置和所述延長(zhǎng)臂之間起作用的雙臂曲柄。所述雙臂曲柄可具有不等長(zhǎng)的臂，例如為了產(chǎn)生機(jī)械效率。所述雙臂曲柄可具有大于1的機(jī)械效率。
[0033]致動(dòng)裝置中的至少一些可成對(duì)地布置，使得每對(duì)致動(dòng)裝置相對(duì)于彼此錯(cuò)開。一對(duì)致動(dòng)裝置中的第一致動(dòng)裝置可相對(duì)于第二致動(dòng)裝置在朝向支撐頭的近端的方向上偏置，而且所述第一致動(dòng)裝置可具有用于連接到相應(yīng)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的延伸臂。
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