一种具有模具自动化更换的先进复合材料热压快速成型装备

本发明属于热压快速成型领域，具体涉及一种具有模具自动化更换的先进复合材料热压快速成型装备。

背景技术：

1、热塑性复合材料角片目前主要采用模压成型的方式：将预混好的复合材料坯料放入金属对开模具中，通过液压机施加高温、高压，使坯料在模腔内流动、充模和压实，经固化冷却定型，一次性得到制品的近净尺寸成型工艺。该工艺成型快、整体刚性好、适合外形精度较高的批量结构件。

2、但是，现有的模压成型工艺实施的过程中，每次只能使用一套模具，进行其他零部件成型时，需要借助人力更换模具，因模具重量较大，在更换时费事费力，甚至存在安全隐患。

3、同时，现有的模压还存在如下问题：

4、1、需要高精度高强度金属模具和大吨位液压机，前期投入大、模具开发周期长；小批量、非标异形件生产成本远高于其他工艺。

5、2、受压机台面、锁模力和模具结构限制，无法成型超大尺寸、深腔、倒扣以及大曲率复杂曲面构件，设计自由度低。

6、3、模压一种规格一套模具，换模麻烦、适配性差，多品种小批量生产极不经济。

7、4、模具较重，更换时费时费力，甚至存在安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有模压成型中存在的问题，本发明提出一种具有模具自动化更换的先进复合材料热压快速成型装备，通过至少两个电机驱动模具到达成型模块的下方，实现自动模具的更换，降低了开发成本和开发周期，大大提高生产效率。

2、所述具有模具自动化更换的先进复合材料热压快速成型装备，包括支架、主油缸、成型模块、自动换模平移机构、数控控制单元和工况检测传感系统；

3、所述主油缸固定于支架上，活塞杆向下放置，可前后左右移动，活塞杆下端与成型模块可拆卸连接，用于更换成型模块；成型模块设置于自动换模平移机构的上方；

4、所述自动换模平移机构包括n个电机和若干成型模具；n个电机均匀布置在支架两侧，每个电机各自通过一根导轨连接一个滑台，每个滑台均设置机械限位结构与电磁锁紧结构，通过驱动电机、导轨和滑台，将成型模具自动输入到成型模块的下方，并实现成型模具的自动更换；

5、所述工况检测传感系统包括工位位置传感器、模具状态传感器和成型温度压力传感器，用于实时采集各成型模具的工位位置、模具的安装状态和复合材料的成型工况数据；

6、所述数控控制单元内置全自动换模协同控制方法，基于实时工况检测传感系统采集的数据，实现成型工序与换模工序的闭环联动、时序预判与无缝切换，控制自动换模平移机构实现多组成型模具的自动化精准交替换模作业，无需人工干预；具体过程如下：

7、当核心工位的第一成型模具完成热压、保压和冷却定型全套工序后，传感器反馈成型完成信号，数控控制单元即刻锁定主油缸并触发换模时序指令；优先启动第一成型模具所在侧的驱动电机退出，带动对应导轨与滑台，将第一成型模具平稳移出核心工位，同时同步触发对位侧驱动电机，带动待作业的第二成型模具匀速向核心工位平移；平移过程中实时采集滑台的位移数据，进行动态速度纠偏与对位校准，当检测到第二成型模具到达核心工位的基准位置后，即刻触发电磁锁紧结构完成自动锁止，精准完成模具全自动对位更换，全程实现成型停机间隙最小化。

8、所述数控控制单元内置专属多模交替成型换模控制程序，集成复合材料成型参数自适应调控、工位时序同步、位移闭环校准、故障容错保护的全流程控制逻辑；可根据不同热塑性复合材料的熔融温度、保压时长、冷却速率参数自适应匹配成型工艺时序，并联动自动换模机构实现“成型-待机-换模-再成型”的全自动循环作业。

9、本发明的优点在于：

10、本发明能实现自动换模、高效安全：将多个模具置于同一台模压成型系统，通过电机、丝杠和滑台的组合，实现模具自动更换，无需人力搬运重型模具，提升换模效率，消除人工换模的安全隐患。

1.一种具有模具自动化更换的先进复合材料热压快速成型装备，其特征在于，包括支架、主油缸、成型模块、自动换模平移机构、数控控制单元和工况检测传感系统；

2.如权利要求1所述装备，其特征在于，所述活塞杆与成型模块之间采用卡扣式快换结构、锁紧螺栓连接结构或液压自动快换接头结构中的任意一种，实现成型模块的快速拆卸、对位安装与锁紧定位。

3.如权利要求2所述装备，其特征在于，所述成型模块为适配不同复杂曲面、异形结构、不同规格复合材料零件的模块化成型端头，可根据待加工热塑性复合材料工件的型面结构、尺寸参数、成型工艺选型匹配更换。

4.如权利要求3所述装备，其特征在于，所述成型模块内部集成复合材料专属的恒温加热组件与微通道风冷冷却组件；其中，恒温加热组件用于对热塑性复合材料预浸料进行恒温熔融、软化塑型；微通道风冷冷却组件用于成型后快速降温定型，适配pa、pps或paek的热塑性复合材料的成型温度与冷却工艺要求。

5.如权利要求1所述装备，其特征在于，所述数控控制单元控制自动换模平移机构实现成型模具的自动更换的过程为：

6.如权利要求5所述装备，其特征在于，所述数控控制单元具备预控待机与容错控制功能，根据预设的复合材料生产排程，提前将备用的成型模具移动至待机预备工位，实现成型模具的预对位待命；

7.如权利要求6所述装备，其特征在于，所述支架两端的每组滑台均设置机械限位结构与电磁锁紧结构，数控控制单元与电磁锁紧结构联动控制，模具平移到位后自动触发锁紧定位，换模启动前自动解锁，实现换模、成型工位的状态互锁。

8.如权利要求7所述装备，其特征在于，所述数控控制单元内置模块识别逻辑，自动识别成型模块的型号，匹配对应模具成型参数与换模行程参数。

9.如权利要求8所述装备，其特征在于，所述数控控制单元内置专属多模交替成型换模控制程序，集成复合材料成型参数自适应调控、工位时序同步、位移闭环校准、故障容错保护的全流程控制逻辑；可根据不同热塑性复合材料的熔融温度、保压时长、冷却速率参数自适应匹配成型工艺时序，并联动自动换模机构实现“成型-待机-换模-再成型”的全自动循环作业。