一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置及工艺的制作方法

1.本发明属于热塑性材料三维成型技术领域，具体涉及一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置及工艺。


背景技术：

2.连续纤维增强热塑性复合材料性能优异，具有质轻高强的特性，广泛应用于汽车工业、航空航天、军工、电子等诸多领域，当前热塑性复合材料成型工艺类型主要由热压、树脂传递模塑成型、拉挤、缠绕和自动铺放等，在实际生产中，软化材料的热变形-固结行为以及纤维铺覆预成型的质量会对最终构件的力学性能、尺寸精度和缺陷产生决定性影响，与传统短线、长纤增强热塑性复合材料的成型工艺相比，由于连续纤维变形延展性不足、树脂流变行为复杂等因素，可能会导致翘曲、褶皱，甚至纤维断裂等，因此，需要对如何保持原有玻璃纤维不断丝不漏胶的前提下三维成型进行研究。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对的问题，提供了一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置及工艺。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，包括两条互相平行的传送支架，所述传送支架内侧对称设有可沿传送支架水平移动的移动块，所述移动块内侧均匀设置多个弹性夹具；所述传送支架之间靠后位置依次设有预热组件和成型组件，所述成型组件包括互相配合的上模具和下模具，所述下模具为凸模，所述凸模内设有弹性升降组件、调温装置和吹气出模组件。
5.对上述方案的进一步描述，所述传送支架之间的距离可调，能够通过调节传送支架之间的距离使片材由弹性夹具夹持时保持有一定拉力的夹持，整个片材为水平紧绷状态；区别于上述方案的另一种技术方案为，所述弹性夹具包括夹体、弹簧和固定件，所述弹性夹具通过固定件可拆卸安装于移动块上，保持整个片材为水平紧绷状态。
6.具体的，所述预热组件包括上下对称设置的石英加热器，所述石英加热器能够同时加热，与片材保持一定距离，能对片材有效加热的同时不接触。
7.具体的，所述凸模包括凸起部分，所述弹性升降组件包括弹性凸块，所述弹性凸块设置于凸起部分位置且其水平轮廓小于凸起部分，弹性凸块底部通过弹性件与凸模连接，弹性凸块受力下压后与凸起部分上平面齐平；所述调温装置为急冷急热装置，根据生产需求进行快速加热和快速冷却；所述吹气出模组件包括开口设置于凸模内面的吹气通道，通过吹气通道吹气配合工具方便将定型产品脱模。
8.一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型工艺，包括以下步骤：（1）将热塑性连续玻纤复合材料按需求尺寸进行裁切得到片材，将片材夹持到弹性夹具上，弹性夹具对片材进行预拉，使片材保持水平状态；
（2）控制移动块使片材移动至预热组件之间进行加热，片材在弹性夹具作用下保持不下塌，观察片材软化程度控制加热时间，得到软化片材；（3）加热完成后，控制移动块使软化片材移动至成型组件之间，松开弹性夹具使软化片材铺呈于下模具上，此时弹性凸块为凸出状态，控制上模具对软化片材进行预成型挤压，得到预成型产品；（4）设定成型组件上模具和下模具温度，合模成型、排气、计时保压，得到成型产品；（5）控制调温装置使成型产品定型，分离上模具和下模具，脱模。
9.具体的，所述石英加热器加热范围覆盖整块片材，使片材各部分均匀受热，避免受热不均匀导致成型过程中断丝、漏胶的情况；所述步骤（4）中合模成型时上模具和下模具之间预留材料间隙，预留片材的间隙；步骤（5）中脱模过程为利用吹气通道吹气配合工具进行脱模。
10.工作原理为：通过合理设置传送支架和弹性夹具，能使待成型片材在预拉的条件下进行预热，在无接触状态下实现均匀烘烤，在该阶段片材受水平方向的拉力，不受垂直方向的干扰；然后利用移动块使待成型片材移动至成型组件内，通过控制上模具、下模具的状态并配合下模具内弹性升降组件，进行成型，然后合模保压，利用调温装置的急冷功能定型后吹气脱模得到成型产品。
11.本发明相比现有技术具有以下优点：传送支架和弹性夹具的合理设置，减少对片材反复夹持的步骤，操作过程简单，使其在加热条件下完成等高均匀烘烤，同时不受垂直方向压力干扰，上下均匀受热烘烤，同时使片材不致坠落到下烤盘上面，造成过烘或局部过烘导致断丝或漏胶；将烘烤后的片材置于下模具上，利用其特有的弹性升降组件，成型前先弹出三维成型的高度，使材料预留，完成预成型，再将上模具和下模具合模成型，此时下模具升起之结构随着上模下压合模的动作慢速连动，利用预留的材料进行分布拉伸，使成型时不会因为瞬间较大的垂直拉伸而出现断丝、漏胶的情况；完成成型，再利用急冷急热装置快速冷却，配合吹气提高脱模效率。
附图说明
12.图1是本发明的三维成型装置结构示意图。
13.图2是预热组件工作状态图。
14.图3是下模具中弹性凸块为自然状态时的剖视图。
15.图4是下模具中弹性凸块在合模成型时的剖视图。
16.图5是下模具的俯视图。
17.图6是片材铺呈在下模具上的状态示意图。
18.图7是图7中成型组件合模时的状态示意图。
19.图8是脱模时的状态示意图。
20.其中，1-传送支架，2-移动块，3-弹性夹具，31-夹体，32-固定件，33-弹簧，4-片材，40-成型产品，5-预热组件，6-成型组件，61-下模具，611-凸起部分，62-弹性凸块，63-弹性件，64-调温装置，65-吹气通道，66-上模具。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明进一步说明。
22.下面将结合本发明实施例附图，对本发明实施例技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
23.如图1-5中所示，一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，包括两条互相平行的传送支架1，所述传送支架1内侧对称设有可沿传送支架1水平移动的移动块2，所述移动块2内侧均匀设置多个弹性夹具3；所述弹性夹具3包括夹体31、弹簧33和固定件32，所述弹性夹具3通过固定件32可拆卸安装于移动块2上，保持整个片材4为水平紧绷状态；所述传送支架1之间靠后位置依次设有预热组件5和成型组件6，如图2所示，所述预热组件5包括上下对称设置的石英加热器（为本领域常规技术），所述石英加热器能够同时加热，与片材保持一定距离，能对片材有效加热的同时不接触；所述成型组件6包括互相配合的上模具66和下模具61，本实施例中，所述下模具61为凸模，上模具66为扩大外型仿型结构，如图7所示，上模具66和下模具61合模时，一定的材料间隙，合模后得到成型产品40；所述凸模内设有弹性升降组件、调温装置64和吹气出模组件，所述凸模包括凸起部分611，所述弹性升降组件包括弹性凸块62，所述弹性凸块62设置于凸起部分611位置且其水平轮廓小于凸起部分611，弹性凸块62底部通过弹性件63与凸模连接，弹性凸块62受力下压后与凸起部分611上平面齐平；所述调温装置64为急冷急热装置，根据生产需求进行快速加热和快速冷却，在合模时进行加热，在脱模前进行快速冷却；如图8所示，凸模内设有调温装置64，在上模具66和下模具61分离后，成型产品40会被弹性凸块62向上顶出，通过吹气通道65吹气配合工具方便将定型产品脱模。
24.一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型工艺，包括以下步骤：（1）如图1-2所示，将热塑性连续玻纤复合材料按需求尺寸进行裁切得到片材4，将片材4夹持到弹性夹具3上，由于弹簧33的弹性力作用，弹性夹具3对片材产生向两侧的预拉力，使片材4保持水平状态；（2）控制移动块2使片材4移动至预热组件5之间进行加热，片材4加热过程中逐渐软化，但在弹性夹具3作用下保持不下榻，观察片材软化程度控制加热时间，得到软化片材；（3）加热完成后，控制移动块2使软化片材移动至成型组件6之间，如图6所示，松开弹性夹具3使软化片材铺呈于下模具61上，控制上模具66连动下模具61的弹性升降组件进行成型挤压；（4）设定预热组件上模具66和下模具61温度，如图7所示，合模成型，计时保压，排气，得到成型产品40；合模成型时上模具66和下模具61之间预留材料间隙，预留片材的间隙；（5）如图8所示，控制调温装置64使成型产品40定型，分离上模具66和下模具61，利用吹气通道65吹气配合工具进行脱模。
25.工作原理为：通过合理设置传送支架1和弹性夹具3，能使待成型片材4在预拉的条件下利用预热组件5进行预热，在无接触状态下实现均匀烘烤，在该阶段片材4受水平方向的拉力，不受垂直方向的干扰；然后利用移动块2使待成型片材移动至成型组件6内，通过控制上模具和下模具的状态，进行预成型后合模保压，利用调温装置定型后得到成型产品。
实施例2
26.在实施例1的基础上，两条互相平行的传送支架1设置于底座上，通过在底座上设置伸缩杆或螺旋杆，使两传送支架1之间的距离能够调节，方便对片材4的预拉力进行控制。
27.另外，根据实际要求，也可以更换具有一定弹力和长度的弹簧，保证在步骤（2）中片材的中间部分不会因为不受拉力而下榻。
28.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够调整传送支架、上模具和下模具的结构，以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
29.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，其特征在于，包括两条互相平行的传送支架，所述传送支架内侧对称设有可沿传送支架水平移动的移动块，所述移动块内侧均匀设置多个弹性夹具；所述传送支架之间靠后位置依次设有预热组件和成型组件，所述成型组件包括互相配合的上模具和下模具，所述下模具为凸模，所述凸模内设有弹性升降组件、调温装置和吹气出模组件。2.如权利要求1所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，其特征在于，所述传送支架之间的距离可调。3.如权利要求1所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，其特征在于，所述弹性夹具包括夹体、弹簧和固定件，所述弹性夹具通过固定件可拆卸安装于移动块上。4.如权利要求2或3任一项所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，其特征在于，所述预热组件包括上下对称设置的石英加热器。5.如权利要求4所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，所述凸模包括凸起部分，其特征在于，所述弹性升降组件包括弹性凸块，所述弹性凸块设置于凸起部分位置且其水平轮廓小于凸起部分，弹性凸块底部通过弹性件与凸模连接，弹性凸块受力下压后与凸起部分上平面齐平。6.如权利要求4所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置，其特征在于，所述调温装置为急冷急热装置；所述吹气出模组件包括开口设置于凸模内面的吹气通道。7.一种使用如权利要求5-6任一项所述装置的热塑性连续玻纤复合材料三维成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：（1）将热塑性连续玻纤复合材料按需求尺寸进行裁切得到片材，将片材夹持到弹性夹具上，弹性夹具对片材进行预拉，使片材保持水平状态；（2）控制移动块使片材移动至预热组件之间进行加热，片材在弹性夹具作用下保持不下塌，观察片材软化程度控制加热时间，得到软化片材；（3）加热完成后，控制移动块使软化片材移动至成型组件之间，松开弹性夹具使软化片材铺呈于下模具上，此时弹性凸块为凸出状态，控制上模具对软化片材进行预成型挤压，得到预成型产品；（4）设定成型组件上模具和下模具温度，合模成型、排气、计时保压，得到成型产品；（5）控制调温装置使成型产品定型，分离上模具和下模具，脱模。8.如权利要求7所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型工艺，其特征在于，所述石英加热器加热范围覆盖整块片材。9.如权利要求7所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型工艺，其特征在于，所述步骤（4）中合模成型时上模具和下模具之间预留材料间隙。10.如权利要求7所述一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型工艺，其特征在于，步骤（5）中脱模过程为利用吹气通道吹气配合工具进行脱模。

技术总结
本发明属于热塑性材料三维成型技术领域，具体涉及一种热塑性连续玻纤复合材料三维成型装置及工艺，包括传送支架，所述传送支架内侧设有移动块，所述移动块内侧均匀设置多个弹性夹具；所述传送支架之间靠后位置依次设有预热组件和成型组件。利用弹性夹具夹持片材，使其由预热组件预热后进入成型组件进行定型。本发明相比现有技术具有以下优点：操作过程简单，在加热条件下完成软化，同时不受垂直方向压力干扰，上下均匀受热烘烤，使片材在利用成型组件成型时不会因为瞬间较大的垂直压力而出现断丝、漏胶的情况；将预拉伸后的片材置于下模具上，控制上模具和下模具的状态，完成预成型和合模成型，利用调温装置快速冷却，配合吹气提高脱模效率。吹气提高脱模效率。吹气提高脱模效率。


技术研发人员：简宜亮
受保护的技术使用者：安徽新冀精密机械有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/8/13