碳纤维机械臂臂杆的生产操作分析

  碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征,碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa,拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米,这除与原丝结构有关外,主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理,密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻,它的比重比铝还要轻,不到钢的1/4,比强度是铁的20倍。

  碳纤维复合材料作为新型的结构材料,防热材料和阻尼减震材料,已广泛地应用于航空航天工业中,国外一些新型工业机器人的手臂和底座也多有采用。碳纤维复合材料的优点是重量轻,比强度好,比刚度大。它与常规金属材料最显著的不同在于它的力学性能可通过设计进行控制改变,因此,它在力学性能方面给设计人员提供了自由度。

  首先裁切热自膨胀高能胶,纤维预浸布,预埋管;把热自膨胀高能胶包裹预埋管放入芯材模具,合模加热到80-100℃,维持3-30分钟,在此温度下,热自膨胀高能胶预先微膨胀,充满芯材模腔,冷却脱模取出预型芯材;再将纤维预浸布再包裹在预型芯材外,获得预制件,放入成型模具内,合模加热到成型温度120-180℃,成型时间为10-60分钟;冷却脱模,取件,即得碳纤维机械臂的臂杆。本发明所得碳纤维机械臂的臂杆应承载能力大,刚性好,自重轻。在抓取工件时动作平稳运动的速度快 ,定位精度好。

  该碳纤维臂杆由一根碳纤维杆、两个钛合金连接件构成。其中,钛合金连接件与碳纤维臂杆之间采用胶接与螺钉连接这种混合连接的方式粘连到一起。在设计制造过程中主要考虑了臂杆的力学性能、走线方法设计、等电位设计、碳纤维杆与钛合金连接件的连接工艺设计、精度控制等方面的内容。所设计制造的碳纤维臂杆具备了很好的力学性能、等电位为几十毫欧、碳纤维复合材料同钛合金连接件的连接部分有很高的强度,可以很好的满足对碳纤维臂杆的各项要求。

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