最后讲一遍,复合材料自动铺丝到底是咋回事

subtitle 航空制造网2017-09-01 11:19
打开网易新闻 查看更多精彩图片

来源:《航空制造技术》杂志 2017年第16期

整理:航空制造网

全文共1647字,阅读需要3.5分钟

自动铺丝技术是国外大型宽体客机制造的关键技术,具有超强的结构适应性,可以铺放更大的复合材料构件,在大型宽体客机复合材料构件的自动化成型制造中应用广泛。

01

自动铺丝技术原理

自动铺丝技术是指在多坐标自动铺丝机的控制下,铺丝头将多束预浸丝束通过放卷、导向、传输、压紧、切割、辊压等功能在压辊下集束成带,并按照计算机规划的轨迹进行铺层的自动化铺放。在铺放过程可实现预浸丝束的单独控制,实现增减丝束,并可实现转弯铺放。因此,自动铺丝具有更强的曲面适应能力,不仅可以铺放凹面、凸面,还可以实现开口、补强等变厚铺层,纤维角度偏差更小,生产效率更高。

典型铺丝设备主要由机床主体、纱架系统、铺丝头等3 部分组成。

▲铺丝机原理图

▲铺丝头原理图

自动铺丝技术的技术优势:

加工的零件尺寸没有限制。

连续快速铺放,铺放效率高。

曲面适应性强,特别适合大曲率复杂构件的铺放。

产生废料极少,材料的利用率可达95%以上。

02

自动铺丝设备

目前制造过程的铺丝机种类主要有立式铺丝机、卧式铺丝机和机械臂铺丝机。

▲立式铺丝机适合大型机身曲板结构的自动铺丝,将工装固定于工作区域,无需旋转,实现机身、机翼等较长产品的自动铺放。

▲卧式铺丝机更适合大型筒段的铺放,大型客机的机身筒体直径接近6m,需要大型旋转工装,因此铺丝头在工装的一侧进行铺放效率更高,同时也有利于超大型模具工装的进出和转运。

▲机械手臂式铺丝机更适合于产品验证或尺寸较小、形状较为复杂的复合材料构件的铺放。

根据丝束料卷和铺丝头的相对位置进行分类,可以分为分离式铺丝机和集成式铺丝机。

▲分离式铺丝机

▲集成式铺丝机

03

自动铺丝材料的制备

国外普遍采用分切宽幅预浸带进行预浸窄带材料的制备。分切过程可分为两次进行,先将宽幅预浸料进行第一次分切,并通过盘式收卷的方式,得到较窄的预浸带,这与自动铺带材料的预浸带制备并无差别;然后将一次分切后的预浸带进行二次精密分切,将预浸带切成预浸丝。

▲预浸料一次分切

▲预浸料二次分切

▲铺丝用预浸丝束

04

实例:自动铺丝技术在A350上的应用

1 机身蒙皮铺丝

空客在A350上选择了分片结构的曲板,曲板的性能可以根据所处机身位置的不同进行优化设计,同时可以通过加长曲板的长度而达到减少装配的目的。此外,分片曲板的其他好处有:更容易制造、可以使用更小直径尺寸的热压罐、成型工艺简单、技术风险小、后期维修更加容易。

2 机翼大梁铺丝

空客公司采用卧式铺丝机进行机翼大梁的生产。

▲空客A350旋转式工装

由于采用了旋转芯模,限制了大梁的成型长度,所以空客必须将30m 的大梁进行分段制造。如果整体进行旋转工装铺放,刚度很难保证。正是看到这种弊端,EI 公司为波音公司777X 项目定制了集成式大梁铺丝设备,工装固定,直接进行铺放。

▲波音777X固定式工装

3 机翼蒙皮铺丝

早期A350机翼蒙皮一直采用自动铺带技术进行铺层的自动化铺放。

▲机翼上、下蒙皮采用自动铺带技术

但是,随着铺丝技术的进步和演化,自动铺丝的优势逐渐凸现出来,特别是边缘轮廓复杂,并带有口盖、变厚铺层的机翼蒙皮,铺丝技术更胜一筹。

▲机翼上、下蒙皮采用自动铺丝技术

05

国内大型客机应用研究装备基础

由于美国和欧盟对25mm 以下带宽的铺丝设备设置了出口限制,无法引进工程化应用高端铺丝设备,导致国内开展铺丝工艺工程化应用研究受到限制。近两年,中国航空工业、中国商飞、恒神等公司引进法国Coriolis 公司铺丝设备和技术,开展铺丝工艺工程化应用研究。

值得一提的是,中国航空制造技术研究院、中航复材公司联合国内的科研力量,通过引进Coriolis 铺丝技术,集智攻关,突破了多轴联动控制技术、大跨度轻质高刚性横梁结构设计与制造等多项关键技术,研制了国内首台工程化应用级别的大型龙门自动丝束铺放设备。

▲中航复材自动铺丝机

C919 已经首飞,未来的大型客机也已经提上日程,自动化制造技术的需求非常紧迫。没有先进的大型自动铺丝装备,未来的大型客机就难以大规模应用复合材料。国内应加快研发进程,加大各项投入,引进高端自动铺丝技术和装备,同时加大材料和工艺工程化应用研究,早日将自动铺丝技术大规模应用于我国大型客机。

推荐阅读

一个视频读懂高端自动铺丝机(AFP)及其集成激光检测系统

对号入座!复合材料都用在航空发动机哪些部件上

干货!航空复合材料结构修理方法都在这!

先进制造技术

全球航空企业动态

技术论坛与会议预告

航空航天史上的今天

1997年9月1日,中国长征二号丙改进型运载火箭首发成功。长二丙改进型是对长二丙火箭的适当改进,增加了一个独立的固体上面级即分配器,以满足用一箭双星的方式发射铱星的要求。从1997年12月8日正式发射铱星到1999年6月12日连续6次发射,长二丙成功把12颗铱星送入轨道。

Good morning!

想要找某篇文章或某种技术,但不记得全部题目时,可以点击阅读原文后输入你记得的关键词。

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
打开网易新闻,阅读体验更佳
大家都在看