復合材料自動鋪帶控制分析

何濤

摘 要 復合材料已成為新一代飛機機身的主要結構材料。復合材料的低成本制造技術是目前國際上代表性的自動鋪帶技術作為復合材料成形自動化的典型代表，已成為飛機復合材料翼面材料技術的核心問題。大型飛機項目的標準之一就是飛機技術標準的建立，自動帶式敷設技術必將成為改善飛機復合材料在中國使用的關鍵技術。本文對自動鋪帶設備的基本組成和自動鋪放技術的發展歷程，工業應用的現狀以及發展趨勢進行了全面的介紹和討論。最后，預測了中國自動條帶技術發展的前景。

關鍵詞 復合材料 自動鋪帶 鋪帶頭

1復合材料低成本制造技術

低成本的復合材料制造技術是目前國際復合材料技術領域的核心問題之一，其中材料技術成本低，設計技術成本低，制造成本低；它涉及各種復合材料成型技術，如纏繞和疊層成型。 （膠帶，鋪布），拉擠成型，編織，縫合和樹脂傳遞模塑（RTM）。自1985年以來，降低成本的結構設計/材料/制造集成技術和成形工藝技術一直是復合材料低成本制造技術研究的重點，自動化成形技術是連接結構設計，材料和制造的關鍵一起。橋梁不僅大大提高了復合材料部件的生產效率，而且降低了生產成本。此外，通過對成型工藝參數和技術指標的精確控制，大大提高了復合零件質量的可靠性和穩定性，實現了CAD。 CAM / CAE技術在復合材料制造領域的應用奠定了復合材料部件制造系統整體優化的基礎。自動鋪帶技術是復合材料成形自動化的典型例子。它集成了機械和電氣設備技術以及CAD / CAM軟件。該技術與材料工藝技術相結合，具有高效，高品質，高可靠性，低成本的特點。它主要用于平面型或低曲率彎曲組件，或用于準平面復合組件。特別適合制造大尺寸和復雜的部件，減少了組裝零件的數量，節省了制造和裝配成本，大大降低了材料的廢品率和制造工時。

2自動鋪帶技術

復合材料自動鋪放系統由預浸帶供料盤 、 自動鋪放機（包含鋪帶頭 ） 、 構件模具 、 數控系統 、 復材構件 CAD /CAM軟 件等組成 ， 所謂自動鋪帶 ， 就是采用自動鋪帶機 （ATL ：Auto-mated Tape Layer ） ， 通過數字化 、 自動化的手段實現復合材料 預浸帶的連續自動切割和自動鋪放。自動鋪帶主要工作過程為 ：將復合材料預浸帶安裝在鋪 放頭中 ， 多軸機械臂對鋪帶位置進行自動控制 ， 預浸帶由一 組滾輪導出 ， 預壓輥的作用下鋪疊到工裝或上 一層已鋪好的材料上 ，切割刀將預浸帶按設定好的方向切 斷 ， 能保證鋪放的材料與工裝的外形相一致 ， 鋪放的同時 ， 回料滾輪將背襯材料回收業實踐表明 ， 應用自動鋪放裝備生產復材構件 ， 和傳 統人工 /半自動人工層鋪復材構件工藝相比 ， 在層鋪勞動量 、 鋪放生產率 、 材料利用率 、 制造精度 、 生產成本等方面均具有 很大的優勢 ， 其中鋪放生產率可達到 10-40kg /h， 是人工層 鋪的數十倍 ， 適合于復雜復材結構的制造。

3自動鋪帶關鍵技術

自動鋪帶技術是設備技術，CAD / CAM軟件技術和材料技術的集成技術集成。其中，設備技術是技術研究的前提，CAD / CAM軟件技術是基礎，材料技術是應用的關鍵。復合帶敷設技術可以總結如下：

3.1復合預浸帶技術

預浸帶是用于制造復合材料的中間材料，并且是復合材料性能的基礎。復合材料部件的工藝性能和機械性能取決于預浸帶的性能。因此，預浸料坯材料對復合材料的應用和發展具有重要意義

3.2自動貼帶設備技術

自動貼帶機是復合材料自動貼帶的關鍵。隨著復合材料用量的增加，對鋪帶機的需求也在增加，鋪帶機的技術進步越來越快。設備，程序，計算機控制軟件，可靠性和操作便利性都得到了很大的提高。放置和布局技術已發展到第五代。現代貼片機功能強大，可以放置非常復雜的雙曲面。

3.3自動剝離數控技術（CNC）

自動鋪帶過程中預浸帶的切割，定位，鋪放和滾壓均由CNC技術自動完成，涉及成型溫度，壓力控制技術和預浸帶精度。運輸控制技術，自動膠帶切割技術，貼片質量檢測技術，工藝參數檢測技術等關鍵技術。

4自動鋪帶技術的發展與現狀與前景

經過幾十年的發展，隨著大型運輸機，轟炸機和商用飛機用復合材料用量的增加，傳統專業設備制造商已開始生產滿足國防和經濟利益需求的自動帶式敷設設備，膠帶敷設技術正在逐步完善。隨著越來越多的應用，帶有雙超聲波切割系統和在線檢測系統的10軸皮帶機已成為自動鋪帶系統的標準配置。膠帶的最大寬度為300mm，生產效率達到1000kg /周。帶式成型質量顯著提高。

隨著現代飛機中復合材料部件的使用日益增加，航空制造業對自動化貼裝設備的需求不斷增加，并且需求量不斷增加。緊迫的市場需求推動了自動貼片設備，高速生產機床，多機生產環境，多貼片機床，熱塑纖維貼片機和ATL / AFP混合機器的進一步發展。目前，自動貼片設備技術發展的最重要目標是提高貼裝生產率和降低設備成本，主要表現在兩個不同的發展方向，以滿足兩種不同的復合材料分布應用領域的需求。

5結語

復合材料單片組件在現代大型飛機中已經得到越來越廣泛的應用。成為現代大型飛機主要結構材料已成為一種明顯的趨勢。作為鋪設復合材料整體部件的自動鋪帶機，它的發展非常迅速。廣泛使用，已成為現代大型飛機制造的關鍵設備，并不斷發展和進步。目前，中國正在著手實施大型飛機重大項目，迫切需要設備的自動布局。但自動貼片設備在國內的開發，生產和實際工業應用還處于初級階段，并且具有較大的國際先進水平。間隙。本文全面介紹和討論了自動鋪帶設備的基本組成，鋪設技術原理，工業應用現狀和發展趨勢，希望能夠幫助中國自動鋪帶設備和工業應用技術。

參考文獻

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