一种高效预浸料铺层方法及预成形装置与流程

1.本发明涉及预浸料铺层技术领域，具体涉及一种高效预浸料铺层方法及预成形装置。


背景技术：

2.在热固性预浸料模压成形制品的制备过程中，需要对预浸料进行铺层以形成复合材料制品的结构，针对盒体类的结构，预浸料通常采用人工铺层，在人工铺层作业中，一般是在预浸料铺层工装上完成的，目前常用的工装结构比较简单，主要包括一个预浸料铺层用的平台，在平台上放置对应产品的预型工装，通过人工将一层层裁剪完成的预浸料料片铺贴至完全随型，从而完成预浸料的铺层。但是这种铺层作业的方式存在效率低以及对工人熟练度依赖较高的问题，具体表现为：
3.第一，人工铺层需要多人围绕一个预型工装进行操作，且铺层的顺序不能改变，在铺层过程中对料片隔离膜的去除、单层铺层角度确认、单层转折包角等细节均拉长了单件操作时间，难以进一步提升单件的铺层效率。
4.由于完成单件预制件的时间过长，如需提上产量，只能增加工位、预型工装数量、人员数量。
5.第二，当依靠人工进行盒体类结构铺层制备时，需要员工使用铲刀用力推挤以使料片随型，尤其在制备稍大的预制件时对员工的力量要求较高。而且需要对铺层员工进行长时间的培训以使其熟练掌握不同料片的铺层顺序、方向、剪口、补角、搭接、拼接等方面的技能和要点，对员工熟练度要求较高。
6.综合前述，在通过人工方式进行铺层作业时，其生产效率受到人工的多方面限制。为了进一步提高生产效率，一般通过机械化的方式进行压制，(如公开号cn115027074a)，机械化压制可以快速对层铺后的多张预浸料进行定位、对齐、抚平，避免预浸料的中间向上凸起或出现褶皱。
7.但是对于这类机械化加工的方式来说，其仍然需要人工来辅助，如在上料的过程中仍然需要人工按照指定的顺序或者方向将其放入，也即在现有方式中本质上是一种压制装置，其仍然没有解决现有方式中存在的缺陷，如整个过程的加工效率仍然受限于人工铺层。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种高效预浸料铺层方法及预成形装置，以解决现有技术中无法完成自动化的铺层、压制以及在压制过程中容易移动、出现褶皱的技术问题。
9.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
10.一种高效预浸料铺层方法，包括如下步骤：
11.将成卷的原材料裁切成合适的形状并按照预浸料的类型分类堆叠，自动化机械手去除预浸料双面的隔离膜，并将其分类送至预铺层流水线；
12.预铺层流水线上的自动化机械手将预浸料按照规定的种类、顺序、方向铺贴在预铺层流水线上形成平面的预制件半成品；
13.将预成形工装的预成形组件顺着地槽拉出，将预制件半成品按照顺序顺次送入预成形组件内；
14.确认预成形工装到位后，启动压紧组件对预制件半成品进行持续定位，并同时从顶部和侧面向预成形组件施压，施压到位后压紧组件自动复位形成预制件；
15.压紧组件复位后，将预成形组件顺地槽拉出，将预制件的搭接和包角部分进行修整，随后将预制件从预成形组件中抬出，等待模压成形。
16.进一步地，通过压紧组件对所述预制件半成品进行持续定位具体包括如下步骤：
17.当压紧组件对所述预制件的正面进行压制时，通过抚平组件上的定位辊在压紧组件的压力下逐渐从所述预成型工装的中心移动至预成型工装的上表面周侧；
18.当压紧组件对所述预制件的侧立面进行压制时，定位辊在压紧组件的挤压下从预成型工装周侧的顶部逐渐移动至底部，将预制件的周侧抚平，且使其与预成型工装的侧立面贴合。
19.另外，本发明还提供了一种基于前述高效预浸料铺层方法的预成形装置，包括：
20.预铺层流水线，通过自动化机械手将预浸料按照规定的种类、顺序、方向铺贴在预铺层流水线上形成平面的预制件半成品；
21.设置在地槽上滑动的预成型工装，用于承接按照顺序顺次进入的预制件半成品；
22.压紧组件，设置在拉出后的预成型工装的上方，当所述预成型工装移动至所述压紧组件的正下方时，所述压紧组件与所述预成型工装之间设置有工件空间；
23.抚平组件，设置在所述工件空间内，所述抚平组件的若干个摇杆向下延伸且所述摇杆端部设置有定位辊，所述定位辊能够在贴合在所述预成型工装的外表面移动；
24.其中，当预制件被所述预成型工装输送至所述工件空间时，所述压紧组件对所述摇杆进行挤压，带动所述定位辊从所述预成型工装的中心移动至所述预成型工装上表面的边缘；
25.所述压紧组件持续挤压所述摇杆，带动所述定位辊从所述预成型工装的周侧顶部逐渐移动至底部，直至压紧组件完全贴合在所述预成型工装上，所述预制件在所述预成型工装上随型；
26.所述压紧组件上升后所述抚平组件恢复至原位。
27.进一步地，所述工件空间外侧设置有外框架，所述压紧组件设置在所述外框架上且通过气缸在所述外框架的内部移动，所述输送组件通过限位组件进入所述外框架的内部并在所述限位组件的带动下在所述工件空间上限位；
28.所述抚平组件设置在所述外框架上。
29.进一步地，所述抚平组件包括倾斜设置在所述外框架内的多根摇杆，所述摇杆设置在所述工件空间内，且所述摇杆位于所述压紧组件的移动路径上，所述摇杆具有弹性；
30.所述摇杆的端部延伸至所述工件空间的内部且设置有定位辊，所述定位辊能够在所述摇杆的端部转动且能够水平贴合在预成型工装的上表面；
31.当所述压紧组件下降时对所述摇杆进行挤压，所述摇杆的端部下降并具有向四周移动的趋势，所述定位辊受到向下与水平向外的力，且所述定位辊向预成型工装的边缘移
动，所述摇杆的端部积蓄弹性势能；当所述压紧组件向上移动时，所述摇杆带动所述定位辊复位。
32.进一步地，在摇杆复位时，所述定位辊与所述预成型工装之间具有活动距离，所述活动距离大于在所述预成型工装上成型的预制片的厚度。
33.进一步地，所述摇杆与所述外框架之间设置有复位弹簧，所述复位弹簧设置在所述摇杆与所述压紧组件的接触点以及所述摇杆与所述外框架的连接点之间，当所述摇杆受压并移动时，所述复位弹簧积蓄弹性势能，当所述摇杆上的力消失时，所述复位弹簧带动所述摇杆复位。
34.进一步地，所述定位辊的外侧包裹设置有软质层。
35.进一步地，所述压紧组件包括设置在所述气缸底部的顶面压板以及设置在所述顶面压板边缘的侧面压板，所述顶面压板在所述气缸的带动下在所述工件空间内上下滑动；
36.所述顶面压板通过连接件与所述侧面压板连接，所述连接件上设置有活动驱动件，所述活动驱动件带动所述侧面压板上下翻折；
37.所述顶面压板设置在所述摇杆的上方，且在向下移动的过程中与所述摇杆接触，所述侧面压板在向下翻折的过程中与所述摇杆接触。
38.进一步地，所述连接件与所述侧面压板之间设置有位移槽，在所述活动驱动件的带动下，所述侧面压板能够通过所述位移槽在所述连接件上滑动。
39.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
40.本发明在整个加工的过程中依赖于预铺层流水线以及预成形组件的滑动配合，从而使得预制件半成品能够按照预先设定的种类、顺序、方向顺次进入预成形组件内，并且在后续的压制过程中对预制料片进行持续的定位与抚平，且能够延伸至预成型工装的侧立面，实现对预成型工装侧立面的抚平，减少料片在压制过程中产生的气泡，以及由于移位而造成的不明凸出，减少后期的修理时间，提高铺层效率。
41.本发明在压制的过程中设置有不断移动的抚平结构，实现料片在受压之前在预成型工装上被持续定位与抚平，防止料片位移的同时排除空气，使其更容易随型，减少了的修理难度，提高了铺层效率，且此定位过程受到压制组件控制，不影响压制过程，减少驱动装置与控制装置的使用。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
43.图1为本发明提供高效预浸料铺层方法的预成形装置的结构示意图；
44.图2为本发明提供高效预浸料铺层方法的预成形装置中压紧组件下压后的结构示意图；
45.图3为本发明提供定位辊的结构示意图；
46.图4为本发明提供压紧组件的结构示意图。
47.图中的标号分别表示如下：
48.1-外框架；2-压紧组件；3-预形组件；4-限位组件；5-抚平组件；6-预成型工装；7-；气缸；
49.201-顶面压板；202-侧面压板；203-连接件；204-活动驱动件；205-位移槽；
50.301-轮子；302-工装放置台面；
51.401-地槽；402-限制块；
52.501-摇杆；502-定位辊；503-复位弹簧；504-软质层。
具体实施方式
53.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、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做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。
54.本发明提供了一种高效预浸料铺层方法，包括如下步骤：
55.将成卷的预浸料原材料裁切成合适的形状并分类堆叠；
56.自动化机械手去除预浸料双面隔离膜，以制得预浸料片，并将预浸料片分类送至预铺层流水线；
57.预铺层流水线上的自动化机械手将预浸料片按照规定的种类、顺序、方向铺贴成平面的预制件(此时无需定制对应产品预型工装)；
58.将预成形工装的预成形组件顺着地槽拉出，并将预形组件推入至外框架内，直至触碰到限位组件，将预制件半成品按照顺序顺次送入预成形组件内；
59.确认预形组件上的预成型工装到位后，启动压紧组件，气缸带着顶面压板向下压紧，侧面通过连接件向预成型工装侧立面压紧，在压紧过中，抚平组件对预制件进行持续定位，气缸下降到位后，抚平组件完全离开预制件，预制件与预成型工装的顶面与侧立面完全随型，气缸自动升起，抚平组件复位；
60.压紧组件与抚平组件复位后，将预形组件从外框架中拉出，将预制件的搭接和包角部分进行简单手工修整，随后将预制件抬出，等待模压成形。
61.与一般的预浸料敷料方法不同的是，在压紧组件竖直方向的下方设置有工件空间，工件空间上设置有抚平组件，工件空间的底部间断性输送有预成型工装；
62.当预制件在预成型工装的带动下被输送至工件空间上时，预成型工装贴合设置在抚平组件的端部与预成型工装之间，压紧组件下压，抚平组件的端部从预成型工装的中心逐渐向四周滑动，对预制件进行持续定位，直至压紧组件贴合在预成型工装上；
63.压紧组件上升，抚平组件恢复至原位。
64.在此过程中，当压紧组件在工件空间内移动，向下压制时，由可以移动的抚平组件将预制片定位在预成型工装上，使其不会产生移动，且随着下压的不断进行，抚平组件不断移动至预制片的边缘，在移动过程中对预制片进行抚平与定位，使得预制片与预成型工装之间的空气排出，防止在压制过程中产生气泡，当抚平组件完全离开预制件的上表面时，压紧组件也正好完全贴合在预制件的上表面。
65.当预成型工装要进行侧压时，抚平组件从预成型工装的上表面方向移动至下表面方向，对预制片的侧立面进行抚平，使得预制片的周侧在下压过程中保持平整，排出其中的
空气，当压紧组件与预成型工装的侧立面贴合时，抚平组件完全离开预成型工装，此时抚平组件处在被压紧组件限位的状态。
66.抚平组件的动作完全是由压紧组件控制的，当需要对预制片进行压制时，抚平组件相应的对预制片进行定位与抚平，不需要多于的驱动装置，即可实现对预制片的持续定位与侧面抚平，且抚平组件具有弹性，当压紧组件逐步上升时，接触对抚平组件的压制，抚平组件的结构也逐渐复位。
67.此方法的难点是，在不使用其他驱动装置的作用下，提供一种铺成方法，在向下压制预制片的过程中对预制片进行持续的定位，且不会对压制进行遮挡，且能够在侧面对预制片进行抚平，为了解决上述难点，在下压抚平过程中，包括如下步骤：
68.当压紧组件对预制件的正面进行压制时，抚平组件上的定位辊在压紧组件的压力下逐渐从预制件的中心移动至预成型工装的上表面周侧，对预制件的表面进行抚平；
69.当压紧组件对预制件的侧立面进行压制时，定位辊从预成型工装周侧的顶部逐渐移动至底部，且定位辊持续转动，对预制件的周侧进行抚平。
70.此种铺层方式不仅使得预制片在压制过程中被持续定位在预成型工装上，且随着定位辊的移动，预制片与预成型工装之间的空气逐步排出，且能够对预制片的表面进行抚平。本发明通过使用定位辊，并驱动定位辊移动的方法，来实现对预制片的持续定位与抚平，但特殊的是，定位辊的移动动作是受到压紧组件的控制的，且其驱动的力也是压紧组件带来的，比起直接在预成型工装的表面直接添加一个装置来对预制片进行定位，此种铺层方式结构简单，且结构与结构之间能够相互配合，不需要与控制组件连接，能够直接提高铺层的效率。
71.本发明提供了一种高效的预浸料铺层方法，此方法的难点是在不影响压制的过程中对预制片进行定位与抚平，且不涉及更复杂的装置与控制，为了与此方法进行配合。
72.此外，在该过程中，依赖于预铺层流水线以及预成形组件的滑动配合，从而使得预制件半成品能够按照预先设定的种类、顺序、方向顺次进入预成形组件内，并且在后续的压制过程中对预制料片进行持续的定位与抚平，且能够延伸至预成型工装的侧立面，实现对预成型工装侧立面的抚平。
73.如图1至图4所示，本发明提供了一种高效预浸料铺层方法的预成形装置，这个能够实现此高效预浸料铺层方法的预成形装置主要包括以下结构：外框架1、压紧组件2、预形组件3、限位组件4、抚平组件5以及安装在预形组件3上的预成型工装6。
74.压紧组件2设置在外框架1内，且与外框架1之间设置有气缸7，压紧组件2包括连接在气缸7下的顶面压板201和侧面压板202以及二者之间的连接件203，连接件203上设置有驱动侧面压板202上下翻折的活动驱动件204，顶面压板201与侧面压板202均为钢板，活动驱动件204可以是一种油泵。压紧组件2固定在外框架上，压紧组件2的顶面压板201和侧面压板202可根据实际情况进行大小、角度、凹凸等细节定制，压紧组件2的侧面压板202可根据实际情况决定是否定制法兰压紧结构。
75.预形组件3包括：带轮子301的工装放置台面302，尼龙材质产品预成型工装6设置在工装放置台面302上，预形组件3与压紧组件2之间限定出工件空间，工件空间用于预形组件3的进出与工件的装取。预成型工装6的顶面、侧立面、法兰等部分可根据实际情况设计不同的拔模角度、凹凸等细节结构。
76.限位组件4包括：供轮子301滑动的地槽401、限制块402，限制块402包括钢板与橡胶块，限制块402固定在外框架上，限制块402上有感应装置，在预形组件3触碰到限制块402时，才能正常启动压紧组件2，限位组件4可以限制预形组件3前进的方向和前进的距离保证预形组件3以配合压紧组件2的位置要求。
77.抚平组件5包括倾斜设置在外框架1内的多根摇杆501，摇杆501设置在工件空间内，且摇杆501位于压紧组件2的移动路径上，摇杆501具有弹性。摇杆501的端部延伸至工件空间的内部且设置有定位辊502，定位辊502能够在摇杆501的端部转动且能够水平贴合在预成型工装6的上表面。顶面压板201设置在摇杆501的上方，且在向下移动的过程中与摇杆501接触，侧面压板202在向下翻折的过程中与摇杆501接触。
78.根据本发明设计的预成形装置，对于铺层时需要员工施力推铲和每层的铺层角度确认等步骤进行减免。当预成形工装作为生产的一道工序时，可以将原先的人工铺层步骤进行削减，使用自动机械手进行隔离膜去除或料片搭配或料片铺平等步骤的操作，减少员工的操作复杂性，进一步流水线化作业，提高工作准确性与生产效率，且能减少对应产品定制的预型工装。
79.与现有的预成形装置不同的是，压紧组件2设置在预成型工装6的上方，当预成型工装6移动至压紧组件2的正下方时，压紧组件2与预成型工装6之间设置有工件空间；
80.抚平组件5设置在工件空间内，抚平组件5的若干个摇杆向下延伸且摇杆端部设置有定位辊502，定位辊502能够在贴合在预成型工装6的外表面移动。
81.摇杆501与外框架1之间设置有复位弹簧503，复位弹簧503设置在摇杆501与压紧组件2的接触点以及摇杆501与外框架1的连接点之间，当摇杆501受压并移动时，复位弹簧503积蓄弹性势能，当摇杆501上的力消失时，复位弹簧503带动摇杆501复位。
82.当压紧组件2下降时对摇杆501进行挤压，摇杆501的端部下降并具有向四周移动的趋势，定位辊502受到向下与水平向外的力，且定位辊502向预成型工装6的边缘移动，摇杆501的端部积蓄弹性势能；当压紧组件2向上移动时，摇杆501带动定位辊502复位。
83.定位辊502在受到向下的力时挤压预制片，将预制片定位在预成型工装6上，且能够向预制片的周侧移动，在移动过程中对预制片进行抚平，使其贴合在预成型工装6上，减少不贴合的情况发生，减少预成形后料片上的凸出与气泡。
84.本发明不是简单的在压紧组件2与预成型工装6之间添加了抚平组件5，而是基于上述问题，在压紧组件2的下方设置了一个工件空间，预成型工装6依次进入至工件空间内，并在此空间内进行持续性的定位与抚平。
85.其中，当预制件被预成型工装6输送至工件空间时，压紧组件2对摇杆进行挤压，带动定位辊502从预成型工装的中心移动至预成型工装6上表面的边缘；
86.压紧组件2持续挤压摇杆，带动定位辊502从预成型工装6的周侧顶部逐渐移动至底部，直至压紧组件2完全贴合在预成型工装上，预制件在预成型工装6上随型；
87.压紧组件2上升后抚平组件5恢复至原位。
88.配合此高效预浸料铺层预成形装置的预浸料铺层方法工序主要包括以下步骤：
89.1、将对齐角度且平放的预制片放置在预形组件3的预成型工装6上，将预形组件3顺着地槽401拉出，将预形组件3推入外框架1，直至触碰到限位组件4；
90.2、确认预制片到工件空间后，启动压紧组件2，气缸7带着顶面压板201向下压紧，
摇杆501受到压力并带动定位辊502从预成型工装6的中心向预成型工装6的边缘移动，侧面压板202通过连接件203向预成型工装6侧立面压紧时，定位辊502从预成型工装6的顶端移动到底部，直至完全脱离预成型工装6，气缸7与油泵下降到位后，预制件与预成型工装6的顶面与侧立面完全随型，气缸7与油泵自动升起；
91.3、自动升起后，摇杆501上受到的力消失，摇杆501复位，定位辊502复位，此时定位辊502依旧能够自动贴合在预制片的表面，可方便压紧组件2脱模；
92.4、压紧组件2与抚平组件5复位后，将预形组件3顺地槽401拉出，将预制件的搭接和包角部分进行简单手工修整，随后将预制件抬出，等待模压成形。
93.优选的，虽然摇杆501能够形变，具有一定的弹性，但为了使其更好地复位，摇杆501与外框架1之间设置有复位弹簧503，复位弹簧503设置在摇杆501与压紧组件2的接触点以及摇杆501与外框架1的连接点之间，当摇杆501受压并移动时，复位弹簧503积蓄弹性势能，当摇杆501上的力消失时，复位弹簧503带动摇杆501复位。
94.在摇杆501复位时，定位辊502与预成型工装6之间具有活动距离，活动距离大于在预成型工装6上成型的预制片的厚度。
95.为了防止由于预成型工装6上具有较大的凸起，导致定位辊502被限位，无法在设置在预成型工装6的预制片上移动，定位辊502的外侧包裹设置有软质层504，软质层504能够使得定位辊502具有一定的弹性，在受到挤压时变径，并离开限位区域。
96.优选的，为了更好地对预制片进行抚平，连接件203与侧面压板202之间设置有位移槽205，在活动驱动件204的带动下，侧面压板202能够通过位移槽205在连接件203上滑动。
97.通过本实施例的高效预浸料铺层方法及预成形装置，可以实现料片在受压之前被持续定位在预成型工装上，且不影响压制过程，且能够对料片与预成型工装的侧面随形之前对料片的周侧进行下压与抚平，减少其在压制过程中出现的不明凸起与气泡。
98.以上实施例仅为本技术的示例性实施例，不用于限制本技术，本技术的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本技术的实质和保护范围内，对本技术做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本技术的保护范围内。