本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂及制造方法，屬于C形機(jī)械臂技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中C形機(jī)械臂的力學(xué)性能較差的問題。機(jī)械臂包括C形導(dǎo)軌槽和C型多肋空腔件；C形導(dǎo)軌槽包括多層導(dǎo)軌槽織物層和多層導(dǎo)軌槽單向?qū)樱粚?dǎo)軌槽單向?qū)釉O(shè)于C形導(dǎo)軌槽的槽底、相鄰兩層導(dǎo)軌槽織物層之間，導(dǎo)軌槽織物層內(nèi)的纖維方向至少部分沿機(jī)械臂和周向和徑向，導(dǎo)軌槽單向?qū)觾?nèi)的纖維方向沿機(jī)械臂的周向。制造方法為制造C形導(dǎo)軌槽；在C形導(dǎo)軌槽內(nèi)制造C形多肋空腔件的預(yù)成型體，進(jìn)行共固化，C形導(dǎo)軌槽和C形多肋空腔件的預(yù)成型體完全固化為整體結(jié)構(gòu)。該機(jī)械臂及制造方法可用于航空航天、醫(yī)療器械或工業(yè)機(jī)器人。醫(yī)療器械或工業(yè)機(jī)器人。醫(yī)療器械或工業(yè)機(jī)器人。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂及制造方法
[0001]本專利技術(shù)屬于C形機(jī)械臂
，尤其涉及一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂及制造方法。
技術(shù)介紹
[0002]傳統(tǒng)的C形機(jī)械臂是采用鋁合金制造。鋁合金的密度為2.7kg/L，這個密度對于小型的機(jī)械臂是可以接受的，但是對于更大的設(shè)備可能就受限于電機(jī)功率、可移動性能、轉(zhuǎn)動效率等原原因，會嚴(yán)重影響設(shè)備的使用。碳纖維復(fù)材的密度只有1.6～1.8kg/L，在保證相同體積和強(qiáng)度條件下，碳纖維的結(jié)構(gòu)只有鋁合金結(jié)構(gòu)的30％～50％，而且剛度更高。
[0003]連續(xù)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制造的C形空腔管狀的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)是一種具有廣泛應(yīng)用潛力的復(fù)材結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域，主要代替金屬材料，相比金屬結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂，碳纖維復(fù)材機(jī)械臂具有重量輕、耐腐蝕、耐疲勞、低蠕變、防共振、力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。尤其是機(jī)器人手臂，因?yàn)閼?yīng)用場景都是需要滿足很高的定位精度，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的C形機(jī)械臂的力學(xué)性能較差，無法滿足上述要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0004]鑒于上述的分析，本專利技術(shù)旨在提供一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂及制造方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中C形機(jī)械臂的力學(xué)性能較差的問題。
[0005]本專利技術(shù)的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006]本專利技術(shù)提供了一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂，其形狀為帶有缺口的環(huán)形，包括C形導(dǎo)軌槽以及設(shè)于C形導(dǎo)軌槽槽內(nèi)的C型多肋空腔件；其中，C形導(dǎo)軌槽包括多層導(dǎo)軌槽織物層和多層導(dǎo)軌槽單向?qū)樱瑢?dǎo)軌槽單向?qū)影ㄑ貙?dǎo)軌槽單向?qū)訉挾确较蛞来纹唇拥亩鄺l導(dǎo)軌槽單向條，導(dǎo)軌槽織物層和導(dǎo)軌槽單向?qū)泳鶠樘祭w維復(fù)合材料，多層導(dǎo)軌槽織物層層疊設(shè)置，導(dǎo)軌槽單向?qū)釉O(shè)于C形導(dǎo)軌槽的槽底、相鄰兩層導(dǎo)軌槽織物層之間，導(dǎo)軌槽織物層內(nèi)的纖維方向至少部分沿機(jī)械臂和周向和徑向，導(dǎo)軌槽單向?qū)觾?nèi)的纖維方向沿機(jī)械臂的周向。
[0007]進(jìn)一步地，上述C形多肋空腔管狀機(jī)械臂的圓環(huán)弧度大于或等于180
°
，相應(yīng)地，C形導(dǎo)軌槽和C型多肋空腔件的圓環(huán)弧度均大于或等于180
°
。
[0008]進(jìn)一步地，上述C形多肋空腔件包括依次連接的多個口形空腔件，口形空腔件包括多層空腔織物層和多層空腔單向?qū)樱涨粏蜗驅(qū)影ㄑ乜涨粏蜗驅(qū)訉挾确较蛞来纹唇拥亩鄺l空腔單向條，空腔織物層和空腔單向?qū)泳鶠樘祭w維復(fù)合材料，多層空腔織物層套疊，空腔單向?qū)釉O(shè)于口形空腔件的頂面和底面、相鄰兩層空腔織物層之間；空腔織物層內(nèi)的纖維方向纖維方向至少部分沿機(jī)械臂和周向和徑向，空腔單向?qū)觾?nèi)的纖維方向沿機(jī)械臂的周向。
[0009]進(jìn)一步地，上述導(dǎo)軌槽織物層和導(dǎo)軌槽單向?qū)拥目倲?shù)量為21～29層(例如，21層、23層、25層、27層或29層)，且C形導(dǎo)軌槽的內(nèi)表面和外表面均為導(dǎo)軌槽織物層，空腔織物層和空腔單向?qū)拥目倲?shù)量為13～19層(13層、15層、17層或19層)，口形空腔件的內(nèi)表面和外表
面均為空腔織物層。
[0010]進(jìn)一步地，導(dǎo)軌槽織物層和導(dǎo)軌槽單向?qū)拥暮穸葹?.15～0.25mm，例如，0.2mm；空腔織物層和空腔單向?qū)拥暮穸葹?.10～0.15mm，例如，0.125mm。
[0011]本專利技術(shù)還提供了一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂的制造方法，包括如下步驟：
[0012]步驟S1：制造C形導(dǎo)軌槽；
[0013]步驟S2：在C形導(dǎo)軌槽內(nèi)制造C形多肋空腔件的預(yù)成型體，得到待成型件；對待成型件進(jìn)行共固化，使得C形導(dǎo)軌槽和C形多肋空腔件的預(yù)成型體完全固化為整體結(jié)構(gòu)，脫模修整，得到碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂。
[0014]進(jìn)一步地，上述C形導(dǎo)軌槽的制造采用熱壓罐法或模壓法。
[0015]進(jìn)一步地，采用熱壓罐法制造C形導(dǎo)軌槽，上述步驟S1包括如下步驟：
[0016]步驟S11：提供一導(dǎo)軌槽芯模；
[0017]步驟S12：在導(dǎo)軌槽芯模的外表面依次鋪設(shè)多層導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布和多層導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布，得到待成型導(dǎo)軌槽，其中，導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布包括沿導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布寬度方向依次拼接的多條導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸條；
[0018]步驟S13：在待成型導(dǎo)軌槽外依次鋪設(shè)脫模紙、透氣氈和真空袋，抽真空后，將待成型導(dǎo)軌槽放入熱壓罐進(jìn)行加壓、加熱和固化，其中，加壓壓力為0.4～0.6MPa(例如，0.5MPa)，加熱溫度為145～155℃(例如，150℃)，固化時間為1.5～2.5h(例如，2h)，使得導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布成型為導(dǎo)軌槽織物層，導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布成型為導(dǎo)軌槽單向?qū)樱鋮s后脫去導(dǎo)軌槽芯模，得到C形導(dǎo)軌槽。
[0019]進(jìn)一步地，采用模壓法制造C形導(dǎo)軌槽，上述步驟S1包括如下步驟：
[0020]步驟S11'：提供一模壓模具和膨脹硅膠；
[0021]步驟S12'：在膨脹硅膠上依鋪設(shè)多層導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布和多層導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布，得到待成型導(dǎo)軌槽；
[0022]步驟S13'：將帶成型導(dǎo)軌槽放入模壓模具，合模，采用上壓機(jī)進(jìn)行加熱固化，冷卻后脫去模壓模具和膨脹硅膠，得到C形導(dǎo)軌槽。
[0023]進(jìn)一步地，當(dāng)C形多肋空腔件包括多個口形空腔件，口形空腔件包括空腔織物層和空腔單向?qū)訒r，上述步驟2包括如下步驟：
[0024]步驟S21：提供一口形預(yù)成型模；
[0025]步驟S22：在口形空腔件芯模的外表面依次鋪設(shè)多層空腔織物預(yù)浸布和多層空腔單向預(yù)浸布，得到口形預(yù)成型體，其中，空腔單向預(yù)浸布包括沿空腔單向預(yù)浸布寬度方向依次拼接的多條空腔單向預(yù)浸條；
[0026]步驟S23：重復(fù)步驟S22，得到多個口形預(yù)成型體；
[0027]步驟S24：在口形預(yù)成型體內(nèi)依次鋪設(shè)內(nèi)部真空袋、脫模紙和透氣氈，在透氣氈內(nèi)設(shè)置口形空腔件芯模；
[0028]步驟S25：將步驟S24得到的口形預(yù)成型體置于C形導(dǎo)軌槽的槽底，在C形導(dǎo)軌槽的外部鋪設(shè)外部真空袋，將外部真空袋與內(nèi)部真空袋粘接，得到待成型件；
[0029]步驟S26：將待成型件放入熱壓罐進(jìn)行加壓、加熱和固化，其中，加壓壓力為0.4～0.6MPa(例如，0.5MPa)，加熱溫度為115～125℃(例如，120℃)，固化時間為1.5～2.5h(例
如，2h)，使得空腔織物預(yù)浸布成型為空腔織物層，空腔單向預(yù)浸布成型為空腔單向?qū)樱珻形導(dǎo)軌槽和C形多肋空腔件的預(yù)成型體完全固化為整體結(jié)構(gòu)，脫模修整，得到碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂。
[0030]進(jìn)一步地，上述導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布和空腔織物預(yù)浸布中，碳纖維材料可以為平紋布、斜紋布、緞紋布或經(jīng)編布，其模量為230GPa～600GPa，強(qiáng)度為3.5GPa～7GPa；樹脂材料可以為熱固性樹脂(例如，環(huán)氧、乙烯基、氰酸酯或酚醛樹脂)或熱塑性樹脂(例如，聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍、聚甲醛或聚醚酮類)。
[0031]進(jìn)一步地，上述導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布和空腔單向預(yù)浸布中，碳纖維材料為單向布，其模量為230GPa～600GPa，強(qiáng)度為3.5GPa本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂，其特征在于，包括C形導(dǎo)軌槽以及設(shè)于C形導(dǎo)軌槽槽內(nèi)的C型多肋空腔件；所述C形導(dǎo)軌槽包括多層導(dǎo)軌槽織物層和多層導(dǎo)軌槽單向?qū)樱粚?dǎo)軌槽織物層層疊設(shè)置，所述導(dǎo)軌槽單向?qū)釉O(shè)于C形導(dǎo)軌槽的槽底、相鄰兩層導(dǎo)軌槽織物層之間，所述導(dǎo)軌槽織物層內(nèi)的纖維方向至少部分沿機(jī)械臂周向和徑向，所述導(dǎo)軌槽單向?qū)觾?nèi)的纖維方向沿機(jī)械臂的周向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂，其特征在于，所述C形多肋空腔件包括依次連接的多個口形空腔件，所述口形空腔件包括多層空腔織物層和多層空腔單向?qū)樱豢涨豢椢飳犹庄B，所述空腔單向?qū)釉O(shè)于口形空腔件的頂面和底面、相鄰兩層空腔織物層之間；所述空腔織物層內(nèi)的纖維方向至少部分沿機(jī)械臂和周向和徑向，所述空腔單向?qū)觾?nèi)的纖維方向沿機(jī)械臂的周向。3.一種碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂的制造方法，其特征在于，用于制造如權(quán)利要求1和2任一項(xiàng)所述的碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂，所述制造方法包括如下步驟：步驟S1：制造C形導(dǎo)軌槽；步驟S2：在C形導(dǎo)軌槽內(nèi)制造C形多肋空腔件的預(yù)成型體，得到待成型件；對待成型件進(jìn)行共固化，使得C形導(dǎo)軌槽和C形多肋空腔件的預(yù)成型體完全固化為整體結(jié)構(gòu)，脫模，得到碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂的制造方法，其特征在于，采用熱壓罐法制造C形導(dǎo)軌槽，所述步驟S1包括如下步驟：步驟S11：提供一導(dǎo)軌槽芯模；步驟S12：在導(dǎo)軌槽芯模的外表面依次鋪設(shè)多層導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布和多層導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布，得到待成型導(dǎo)軌槽；步驟S13：在待成型導(dǎo)軌槽外依次鋪設(shè)脫模紙、透氣氈和真空袋，抽真空后，將待成型導(dǎo)軌槽放入熱壓罐進(jìn)行加壓、加熱和固化，使得導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布成型為導(dǎo)軌槽織物層，導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布成型為導(dǎo)軌槽單向?qū)樱鋮s后脫去導(dǎo)軌槽芯模，得到C形導(dǎo)軌槽。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳纖維復(fù)合材料的C形多肋空腔管狀機(jī)械臂的制造方法，其特征在于，采用模壓法制造C形導(dǎo)軌槽，所述步驟S1包括如下步驟：步驟S11'：提供一模壓模具和膨脹硅膠；步驟S12'：在膨脹硅膠上依鋪設(shè)多層導(dǎo)軌槽織物預(yù)浸布和多層導(dǎo)軌槽單向預(yù)浸布，得到待成型導(dǎo)軌槽；步驟S13'：將帶成型導(dǎo)軌槽放入模壓模具，合模，采用上...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張辰威，呂通，畢向軍，
申請(專利權(quán))人：航天特種材料及工藝技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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