阅读说明：本技术 一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备及方法 (Continuous fiber reinforced crossed rib metal plate forming equipment and method ) 是由 林金保 牟维鹏 武东旭 巩毅 刘二强 常超 刘晟 周晨 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明属于金属基复合材料技术领域,具体涉及一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备及方法,目的是解决现有技术只能制备纵向单方向纤维加强的带肋结构板,结构板存在力学各向异性,容易在横向过早失效而破坏,不能充分发挥增强纤维及肋加强作用的问题。本发明采用交叉绕丝纤维导管机构同步铺设增强纤维,利用铸轧工艺直接制备交叉肋加强的金属结构板,使具有优异抗拉性能的增强纤维布置在结构板的加强肋上,充分发挥增强纤维抗拉能力,具有设备结构紧凑、制备工艺简单、结构板性能强的优点。(The invention belongs to the technical field of metal matrix composite materials, and particularly relates to continuous fiber reinforced cross rib metal plate forming equipment and a method, aiming at solving the problems that in the prior art, only a longitudinal unidirectional fiber reinforced ribbed structural plate can be prepared, the structural plate has mechanical anisotropy, is easy to fail and damage in the transverse direction too early, and cannot fully play the reinforcing role of reinforcing fibers and ribs. The invention adopts the cross wire-winding fiber conduit mechanism to synchronously lay the reinforcing fiber, and directly prepares the metal structural plate reinforced by the cross ribs by using the casting and rolling process, so that the reinforcing fiber with excellent tensile property is arranged on the reinforcing rib of the structural plate, the tensile capacity of the reinforcing fiber is fully exerted, and the invention has the advantages of compact equipment structure, simple preparation process and strong performance of the structural plate.)

一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备及方法

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备及方法。

背景技术

连续纤维增强金属基复合材料是一种以连续纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）作为增强相，铝合金、镁合金等金属为基体相制备而成的复合材料，它具有高的比强度、比刚度、轴向拉伸强度和耐磨性，优异的耐高温性能和低的热膨胀系数，良好的导电、导热性、抗疲劳性，以及在潮湿或辐射环境下良好的尺寸稳定性等优点，是一种理想的轻质高强材料。如碳纤维增强铝基复合材料密度小于铝合金，模量却比铝合金高2～4倍，在250℃时其抗拉强度仍能保持室温抗拉强度的81％，其疲劳强度比铝合金高38％。制成的构件具有质量轻、刚性好、较小的壁厚、较高的稳定性，可大大提高设备容量和装载能力。尤其是碳纤维抗拉强度可以达到3～5GPa，把高强碳纤维布置在结构板的受拉伸部位，可以大幅度提高支撑板的支撑能力。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备及方法”（申请号201811566178.7）公布了一种制备连续碳纤维增强铝基带加强肋结构板铸轧成型的设备及方法，利用浇注前箱把连续碳纤维铺设在下轧辊上开设的环形槽内。但由于技术限制，只能生产纵向单方向纤维加强的带肋结构板，而横向没有增强纤维及肋的加强，导致结构板的力学各向异性，容易在横向过早失效而破坏，不能充分发挥增强纤维及肋的加强作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备及方法，解决现有技术只能制备纵向单方向纤维加强的带肋结构板，结构板存在力学各向异性，容易在横向过早失效而破坏，不能充分发挥增强纤维及肋加强作用的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备，包括：机架、下轧辊、上轧辊、纤维辊、纤维导管、导轨、导轨支架、浇注前箱，其特征在于，所述下轧辊、上轧辊、纤维辊都安装在机架上；所述上轧辊表面上开设有交叉连通的沟槽，用于成型结构板的加强肋；所述导轨固定在导轨支架上，由两条平行于上轧辊轴线的长条形轨道构成；所述纤维导管安装在导轨上，在生产过程中随着上轧辊的转动，纤维导管在导轨上沿着上轧辊轴线方向同步往复滑动，保证纤维导管下端的出丝口始终***在上轧辊的沟槽内，从而把纤维铺设在上轧辊沟槽内；所述导轨支架安装在机架上，并可以沿着机架上下调节高度，实现纤维导管高度的调节；所述纤维辊上的纤维从纤维导管中穿过，从纤维导管下端的出丝口穿出，铺设在上轧辊的沟槽内；所述浇注前箱的浇口上下面都为圆弧形，分别与上轧辊和下轧辊的辊面相贴，避免金属液漏液，浇口两侧尖形侧翼***辊缝中，并与上轧辊和下轧辊的辊面相贴，防止金属液侧向漏液。

进一步，所述的纤维导管配备有步进电机，用于纤维导管位置的移动和控制。

进一步，所述的导轨有一条轨道为齿条结构，与纤维导管上步进电机啮合，用于纤维导管位置的移动和控制。

本发明还提供了一种连续纤维增强交叉肋金属板成型方法，包括以下步骤：

①按工艺要求调整好辊缝间隙，即调整好上轧辊和下轧辊之间的缝隙尺寸；

②把纤维卷放置在纤维辊上，引导纤维卷上的纤维穿过纤维导管，从出丝口穿出并固定在上轧辊上；

③通过调整导轨支架的高度和纤维导管在导轨上的位置，使纤维导管下端的出丝口***在上轧辊的沟槽内；

④安装浇注前箱，使浇注前箱浇口的上下弧面分别与上轧辊和下轧辊的辊面相贴，浇口两侧尖形侧翼***辊缝中，防止金属液漏液；

⑤将金属加热熔融至预定温度；

⑥开启铸轧机，使上轧辊和下轧辊按设定转速开始转动，同时，使纤维导管在导轨上同步往复滑动，保证纤维导管下端的出丝口始终***在上轧辊的沟槽内，把纤维铺设在上轧辊沟槽内；

⑦向浇注前箱内浇注熔融的金属液，开始连续纤维增强交叉肋金属板的铸轧成型。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：本发明采用交叉绕丝纤维导管机构同步铺设增强纤维，利用铸轧工艺直接制备交叉肋加强的金属结构板，使具有优异抗拉性能的增强纤维布置在结构板的加强肋上，充分发挥增强纤维抗拉能力，具有结构紧凑、工艺简单的优点，解决了现有技术只能制备纵向单方向纤维增强的带肋结构板，且结构板存在力学各向异性，容易横向过早失效破坏，不能充分发挥增强纤维作用的问题。

附图说明

图1为本发明连续纤维增强交叉肋金属板成型设备的结构示意图（剖面图）。

图2为本发明浇注前箱的三维结构示意图。

图3为本发明上轧辊与纤维导管及导轨的装配结构示意图。

图4为按照本发明制备的连续纤维增强交叉肋金属板结构图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例，将结合附图在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的保护范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

如图1，图2，图3和图4所示，一种连续纤维增强交叉肋金属板成型设备，包括：机架1、下轧辊2、上轧辊3、纤维辊4、纤维导管5、导轨6、导轨支架7、浇注前箱8，其特征在于，所述下轧辊2、上轧辊3、纤维辊4都安装在机架1上；所述上轧辊3表面上开设有交叉连通的沟槽31，用于成型结构板9的加强肋91；所述导轨6固定在导轨支架7上，由两条平行于上轧辊3轴线的长条形轨道构成；所述纤维导管5安装在导轨6上，在生产过程中随着上轧辊3的转动，纤维导管5在导轨6上沿着上轧辊3轴线方向同步往复滑动，保证纤维导管5下端的出丝口始终***在上轧辊3的沟槽31内，从而把碳纤维10铺设在上轧辊3沟槽31内；所述导轨支架7安装在机架1上，并可以沿着机架1上下调节高度，实现纤维导管5高度的调节；所述纤维辊4上的碳纤维10从纤维导管5中穿过，从纤维导管5下端的出丝口穿出，铺设在上轧辊3的沟槽31内；所述浇注前箱8的浇口上下面都为圆弧形，分别与上轧辊3和下轧辊2的辊面相贴，避免金属液漏液，浇口两侧尖形侧翼81***辊缝中，并与上轧辊3和下轧辊2的辊面相贴，防止金属液侧向漏液。

所述的纤维导管5配备有步进电机，用于纤维导管5位置的移动和控制。

所述的导轨6有一条轨道为齿条结构，与纤维导管5上的步进电机啮合，用于纤维导管5位置的移动和控制。

所述沟槽31宽9mm、深13mm、拔模斜度5°。

所述的碳纤维10为T700碳纤维。

本发明还提供了一种连续纤维增强交叉肋金属板成型方法，包括以下步骤：

①按工艺要求调整好辊缝间隙为0.8mm，即调整好上轧辊3和下轧辊2之间的缝隙尺寸为0.8mm；

②把T700碳纤维卷放置在纤维辊4上，引导纤维卷上的碳纤维10穿过纤维导管5，从出丝口穿出并固定在上轧辊3上；

③调整导轨支架7的高度和纤维导管5在导轨6上的位置，使纤维导管5下端的出丝口***在上轧辊3的沟槽31内；

④安装浇注前箱8，使浇注前箱8浇口的上下弧面分别与上轧辊3和下轧辊2的辊面相贴，浇口两侧尖形侧翼81***辊缝中，防止金属液漏液；

⑤将5052铝合金加热熔融至690℃；

⑥开启铸轧机，使上轧辊3和下轧辊2按1圈/分钟的速度转动，同时，使纤维导管5在导轨6上按30秒一个循环的速度同步往复滑动，保证纤维导管5下端的出丝口始终***在上轧辊3的沟槽31内，把碳纤维10铺设在上轧辊3沟槽31内；

⑦向浇注前箱8内浇注熔融的5052铝合金金属液，开始连续纤维增强交叉肋金属板的铸轧成型。

本实施例制备的连续纤维增强交叉肋金属板结构图如图4所示。

本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于前述的细节，而应在权利要求所限定的范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的变化和改型都应为权利要求所涵盖。