国内外复合材料工艺设备发展述评之四——自动铺放成型

本文分析了自动铺放成型工艺所用设备的发展历程,指出其优缺点,并对今后发展提出建议。

先进复合材料自动铺丝设备研究现状与发展趋势

先进的复合材料由于其高比强度、比模量、大幅减重和良好的耐腐蚀性,已被广泛用于航空航天工业及其他领域。自动铺丝机是实现自动铺丝的必要设备,是影响铺放质量和生产效率的重要环节。因此,研发和改进自动铺丝机,成为制造复合材料复杂构件的最关键的课题之一。本文针对近年来国内外的自动铺丝设备,重点围绕铺丝机机床主体结构、纱架形式、铺丝头压力系统、加热系统与张力系统等方面,对当前自动铺丝机的研究与应用现状进行论述与分析,总结了国内外自动铺丝设备的研究成果,分析了国内外铺丝设备的优势与不足,最后探讨并总结了自动铺丝设备未来的发展趋势,为铺丝机的设计与优化提供了一个参考方向。

新型纤维铺放头的方案设计与实验研究

本文提出了一种新型的纤维铺放头总体机构和控制方案。该方案可实现纤维铺放时纤维纱的剪切、重送、夹紧、施压等功能。方案中利用气缸带动的铰链机构使得切刀或压头动作,实现纤维纱的剪切和夹紧;利用伺服电机驱动的摩擦轮和风力辅助的方法实现纤维纱的重送;利用气缸和压辊实现对纱带在模具表面的加压,通过调整气缸压力的大小来达到给定的压力。原理样机研制表明该装置夹紧、剪切动作迅速、可靠,重送位置准确,证明了该铺放头方案的可行性。

热塑性复合材料原位成型工艺及关键技术

介绍了原位成型工艺及其两项关键技术的研究与发展过程,根据原位成型技术应用于航天领域的典型型号,提出了原位成型工艺两项关键技术的指标,并对原位成型工艺未来的发展进行了展望。

大梁带复合材料铺放系统设计及其仿真

大梁带芯模较长(9m),宽度较窄(50mm),因此将大梁带铺放设备设计为龙门式结构。主要包括X、Y轴直线运动机构和Z轴旋转运动机构。将预浸带铺放过程中所必需的放料装置、除膜装置、张力控制装置、施压装置、剪切装置集中设计在铺放头内部。在Pro/Engineer中建立了大梁带铺放机的三维立体模型,研究大梁带铺放机各机构的运动方式,利用Pro/En-gineer的运动仿真模块对大梁带铺放机的铺放过程进行了计算机仿真。

航空用预浸纤维带铺放装备设计

论述了航空用预浸纤维带铺放机构的工作原理及设计方法。采用集成化设计概念,将铺放机的放料、除膜、张力控制、施压、剪切等必要装置集中组成铺放头机构;提出了铺层规划理念,通过840D控制铺放头按规划的轨迹运动以实现铺层;采用位置环、速度环、电流环等控制,完成对伺服电机的位置、速度、电流的调节作用,实现了铺放头的精确定位。

FRP铺放成型技术的研究

纤维增强复合材料铺放成型技术是在手工迭层铺放和纤维缠绕工艺的基础上发展起来的一种机械化、自动化成型工艺。在纤维铺放成型技术中 ,主要采用铺放头机构实现纤维的铺放。该机构包括加料装置、加热装置、加压装置、剪切装置等。纤维铺放成型技术的控制系统主要是采用计算机数控 (CNC)来实现。

热塑性复合材料在线成型设备研究进展

热压罐成型技术已经成为制备超大尺寸航天飞行器的技术瓶颈,在线成型技术成为非热压罐成型技术的研究重点。然而,在线成型技术制备的热塑性复合材料性能只能达到传统热压罐成型技术的80%。消除与热压罐成型复合材料性能20%差距的关键在于突破在线成型设备中热辅助铺放头的设计制造技术,从工艺装备方面消除或降低影响热塑性复合材料性能的不利因素。本文介绍了在线成型设备的研究和发展过程,比较了两种主流热辅助铺放头即燃气辅助铺放头和激光辅助铺放头的优势和劣势。结合前期的实验结果,提出了激光辅助铺放头的技术指标,并对国内在线成型设备的发展前景进行了展望。

机器人高效自动铺丝技术研究进展

以机器人为平台的自动铺丝设备可高效铺放复杂的复合材料构件,受到了国内外航空航天产业的高度关注。根据目前机器人式自动铺丝技术的研究现状,介绍了机器人式自动铺丝机的发展历程,并对其核心结构——铺丝头和铺丝机器人的特点及发展进行了综述,分析了当前国内外机器人式自动铺丝软件技术及应用,最后对机器人式自动铺丝技术未来实现更高效铺放的发展趋势进行了展望。

图像引导下单纯头颈肩定位与头颈肩+发泡胶联合定位的误差比较

目的:在调强放射治疗过程中,采用同样的放射治疗手段,通过头颈肩+发泡胶联合的定位方式,与传统单纯的头颈肩面罩固定方式对比,最大限度地减少摆位过程中的随机误差,达到精确治疗的效果。方法:随机抽取食道癌病人60例,30人为一组,分为单纯的头颈肩面罩定位和头颈肩+发泡胶联合定位两组。应用Varian Trilogy直线加速器对每一位患者进行一周一次的CBCT扫描,采取两组患者所有的摆位误差数据进行对比分析。结果:单纯的头颈肩定位方式摆位平均误差Z方向约0.287 cm。而采用头颈肩+发泡胶定位,Z方向误差0.187 cm。两组数据对比之下,头颈肩+发泡胶联合定位的方式有明显优势,尤其是在Z轴上,大大减少了摆位的随机误差,明显提高了放射治疗的精确性。结论:治疗体位的精确性对于放射治疗的效果最为重要,通过改良定位装置,严格按照CBCT验证后的数据进行摆位,能够有效地减少摆位的随机误差,保证了放射治疗的精确度,使正常组织受到最少的照射,提高肿瘤局部控制率,减少放疗副反应和后期并发症。

FRP铺放技术的机构分析

纤维缠绕/铺放联合制造系统是纤维增强塑料(FRP)制品生产的先进制造装备之一,它适于加工外形复杂的FRP构件.纤维铺放头机构是该装备中的关键机构.分析了该机构的加料装置、施压装置、剪切装置、保护膜系统、加热装置等,提出一个设计方案.

纤维带铺放控制系统的设计研究

设计了一种纤维带铺放头计算机控制系统,可实现铺放头旋转、纤维带铺放、多角度剪切、送卷、收卷、压紧、加热、测带速等功能。分析了控制方案和工艺流程后,采用基于PMAC的开放数控系统解决控制功能的软件实现问题。

基于Taguchi实验分析的狼群算法在贴片机上的应用

文章以多头拱架式贴片机为研究对象,建立贴装优化数学模型,给出保证贴装序列无循环的充要条件并证明;提出适合贴片机分组贴装的离散狼群算法,在喂料槽分配已知的情况下,优化贴装路径;为加快收敛速度、提高求解精度,引入面向近邻概率生成初始解的方法;设计狼群分组行为实现并行搜索,避免陷入局部最优;提出头狼调整策略进一步加快收敛速度;采用Taguchi正交实验优化算法关键参数,使参数选取有理论支撑。对不同规模的印刷电路板(printed circuit board,PCB)进行测试,实验结果表明:改进离散狼群算法是有效的,其求解精度更高,求解速度更快;改进离散狼群算法效率比未改进的平均提高3.18%,比蜂群算法平均提高16.67%。

风机叶片纤维带铺放头设计

分析了风机叶片铺放机的铺放过程,得出了铺放头所具有的功能,依据其功能对风机叶片铺放机的铺放头进行机构设计,铺放头机构设计主要包括压紧机构设计、剪断纤维机构设计、重新送料机构设计和加热装置的设计。首先,结合风机叶片的特点从总体上设计铺放头机构简图;其次,对各机构进行具体设计,之后应用Pro/ENGINEER Wildfire2.0软件的零件设计和装配设计功能对各机构进行实体建模;最后,把各个机构实体模型装配在一起形成铺放头。

胸部肿瘤放射治疗两种体位固定技术摆位误差对比研究

目的:研究胸部肿瘤患者实施放射治疗时,两种体位固定技术摆位误差的测量情况。方法:研究时间为2017年5月~2018年5月,所研究对象均为此阶段某院收治的60例胸部肿瘤患者。根据随机分配原则将这60例患者分为对照组与观察组各30例,对照组患者采用真空垫固定体位,观察组患者采用头颈肩面膜固定体位。两组患者均在首次放射治疗前给予CBCT验证,并将CBCT图像与原计划CT图像进行配准校正,获得左右(X轴)、头脚(Y轴)、前后(Z轴)的线性误差及前后轴线(Y轴)的旋转误差共四个维度的误差数据,并分析比较两组的误差数值。结果:观察组与对照组X轴、Y轴及前后轴线(Y轴)的旋转三个维度的摆位偏差比较无统计学意义(P>0.05);观察组Z轴偏差低于对照组(P<0.05)。结论:在胸部肿瘤放射治疗中采用头颈肩面膜固定体位技术可减小其摆位误差,并显著提升其精准度,故更值得临床进一步推广并使用。

大梁带铺放设备概念设计

论述了飞机上大梁带铺放机构的工作原理及设计方法。采用集成化设计概念,将铺放机的放料、除膜、张力控制、施压、剪切等必要装置集中组成铺放头机构;同时吸收缠绕技术中在线固化的技术,提出了逐层铺放,一步到位的理念,通过840D控制铺放头按规划的轨迹运动以实现精确铺层,提高产品质量。

老年股骨颈骨折患者治疗临床分析

目的:探讨人工股骨头置换术及空心钉内固定治疗老年股骨颈骨折患者的临床效果。方法:应用随机数字表法将2009年8月～2011年8月在我院骨科住院治疗的86例老年股骨颈骨折患者进行人工股骨头置换术及空心钉内固定治疗,对两组患者进行相应手术治疗后,采用Harris评分系统评定两组患者的髋关节功能情况。结果:进行人工股骨头置换术治疗的老年股骨颈骨折患者手术时间及术中出血量明显长于或多于进行空心钉内固定治疗组患者,差异有统计学意义(P<0.05);而进行人工股骨头置换术治疗的老年股骨颈骨折患者髋关节功能改善明显优于空心钉内固定治疗组患者,Harris评分明显也高于空心钉内固定治疗组患者的(P>0.05)。结论:人工股骨头置换术是临床治疗老年股骨颈骨折患者的一种安全有效的方法,术后老年股骨颈骨折患者髋关节功能恢复较好,值得临床推广应用。

全麻的俯卧位腰椎手术患者不同术中护理方法效果对比

目的:探讨全麻插管后手术患者术中分别采取头面部普通U形头托摆放法和头面部三点摆放法后患者头面部并发症发生率,比较两种手术室护理方法对全麻俯卧位患者的保护效果。方法:以本院收治的56例全麻下采用俯卧位行腰椎手术患者作为研究对象,依据头面部摆放方法的不同,随机分为试验组和对照组,每组28例。对照组采取头面部普通U形头托摆放法,试验组采用头面部三点摆放法。观察两组患者是否出现皮肤压红或受损、眼部红肿畏光甚至视力减退等俯卧位头面部并发症,比较两组患者头面部并发症发生率。结果:试验组皮肤压红1例,无患者眼部出现不适,头面部并发症发生率为3.6%;对照组皮肤压红或受损8例,其中1例患者眼部出现红肿畏光现象,头面部并发症发生率为28.6%。结论:相较于头面部普通U形头托摆放法,头面部三点摆放法可有效降低全麻俯卧位患者头面部并发症发生率,值得进一步推广。

硬磁盘驱动器数字伺服控制系统的设计

根据硬磁盘驱动器磁头驱动机构的状态空间模型,运用极点配置技术和最优控制技术,分别设计了磁头定位系统在寻道模式和定道模式下的数字伺服控制器,以满足磁头定位系统寻道时间、定道精度等的性能要求,同时充分考虑了功牦限制、寻道残余振荡等影响。仿真结果表明其具有较好的控制性能。

多路纤维铺放控制系统的设计研究

针对目前传统的复合材料成型技术难以保证小曲率半径、凹凸不平等复杂表面构件加工的质量问题,对最新的纤维铺放技术进行了研究,设计了一种基于主流的IPC机+PMACⅡ可编程运动控制器的开放式控制系统,利用VC++6.0搭建了人机交互界面,通过PMACⅡ进行硬件/软件的设计以实现对每一路电动机的速度、位移的控制,进而达到对每一路纤维丝束的独立运动控制及整体的联合运动控制的目的,从而实现了对铺放压力的控制作用。同时还设计了压力反馈系统,以实现对铺放压力的精确控制。研究结果表明,该控制系统能够实时监测铺放过程中的各项参数,并能进行自动/手动操作;不仅能够顺利完成表面形状复杂构件的加工,而且达到铺放压力在30 N范围内误差为±3%的精度,保证了铺放质量。