梁类零件转角区域自动铺丝分析

在航空航天领域,自动铺丝已经被广泛应用于制造形状复杂的复合材料构件,C型梁就是其中的典型。C型梁结构通常具有曲率很大的转角过渡区域,保证该区域内的±45°路径铺放质量和铺放效率是C型梁结构铺放过程中的难题。为解决这一问题,分别研究了减丝束方法和缠绕方法对梁类零件转角区域铺放质量的影响,并进一步对比分析了减丝束法和缠绕法两种铺放策略在铺放转角区域时的优劣。建立了实际铺放过程中两种铺放策略的选择原则。最终通过实际铺放试验证明减丝束法和缠绕法相结合能够更有效地保证C型梁转角区域的铺放质量和铺放效率。

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。

基于网格模型的自动铺丝路径规划方法

针对复合材料自动铺丝工艺,研究基于网格模型的自动铺丝路径规划方法。梳理了自动铺丝路径规划的业务流程,对三角网格拓扑关系进行重建,节省数据存储空间;提出了基于给定点与方向的定向延伸算法,用于精确计算网格模型的线型路径点;对路径等距后的点集进行优化,避免了等距后的线型自交以及凸边现象,保证了线型的准确;对所规划路径的压辊可铺放性分析方法进行研究,并基于分析结果提出了路径优化策略。结合CATIA二次开发工具CAA在VS平台对自动铺丝路径规划模块进行开发,并通过实例验证了本文所研究方法的可行性与可靠性。

基于形态学的自动铺丝纤维铺放准确性检测

自动铺丝质量检查既耗时又不充分,缺陷对比度低。对此,根据铺丝过程中的热特性,搭建丝束铺放准确性检测平台,结合形态学算法对缺陷红外图像特征进行纤维铺放准确性检测。首先进行形状相同尺度不同的结构元素的顶帽变换,然后提取每一组尺度下多尺度亮暗区域和相邻组尺度间的多尺度亮暗细节来增强图像;其次使用了多方向多尺度的结构元素和系数自调节的形态学边缘检测算法来获得丝束边缘位置。实验结果表明,该方法在减少图像噪声和增强图像的对比度之上平衡了边缘检测精度与抗噪性能之间的协调问题,有效检测了纤维铺放准确性,最大铺放误差不超过4.53%。

变厚度帽型长桁加筋壁板自动铺丝工艺成形技术研究

针对帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术进行了研究,并提出了帽型长桁加筋壁板各工序的关键工艺参数,通过研究自动铺丝设备的结构设计和控制系统设计,探究了帽型长桁加筋壁板的自动铺丝成形工艺,明确了自动铺丝间隙控制和工艺参数设计的基础,为帽型长桁加筋壁板的自动铺丝工艺成形技术的研究形成了一定的技术积累,具有较好的应用前景和经济效益。

自动铺丝压实力导纳控制器设计与参数优化方法

铺放压实力是连续纤维复合材料结构自动铺放成型的关键工艺参数之一。由于多数铺丝设备刚性高且位控精度不足,往往容易导致压实力波动较大,严重影响成型质量。因此,面向纤维预浸料自动铺放成型过程中压实力的柔顺控制要求,构建铺丝设备压实机构与成型模具间的二阶等效模型,设计一种基于导纳控制原理的铺放压实力控制器,采用烟花群体智能算法对控制器的惯性参数、阻尼参数及刚度参数进行优化求解,并通过建模仿真与铺放试验验证铺放压实力导纳控制器的有效性。

基于点云曲面的定角度自动铺丝路径规划

研究了点云曲面自动铺丝路径规划,提出了使用移动最小二乘投影法投影初始路径的直接投影法。对点云切片法加以改进,提出了点云投影切片法。利用三次B样条插值算法拟合投影点生成初始路径,并提出弦长细分投影的等距偏移算法。针对偏移路径无法到达曲面边界的问题,提出基于路径样条线末端延伸的边界处理方法。最后通过CATIA的逆向工程模块实现了算法的可视化,建立了三维建模软件与路径规划算法的系统关系。

自动铺丝技术在飞机整体机身壁板上的应用研究

飞机中的复合材料用量已经成为衡量飞机先进性的重要指标之一。随着飞机吨位的增大、复合材料制造技术的快速发展,飞机复材制件向着大型化、整体化、自动化的方向迈进,依靠传统的手工铺贴方式已难以满足零件日益增长的技术、质量需求。本文论述了当前复合材料构件纤维自动铺丝技术制造现状及发展前景,并对复合材料构件自动铺丝技术在某型号飞机整体机身壁板零件上的应用情况进行了具体介绍。根据整体机身桶段的结构特点,分析了各个角度的轨迹规划方法,并对轨迹的工艺性和方向性进行了研究。通过有限元模拟与铺放实验确定了铺丝工艺参数,最终实现了整体机身桶段蒙皮的铺丝成型。

不同自动铺丝工艺参数对T800级碳纤维/环氧复合材料孔隙率的影响研究

采用T800级碳纤维/环氧树脂单向带铺丝预浸料,使用自动铺丝工艺制备不同厚度的试验层板,探究固化压力、层板厚度及尺寸、自动铺丝压紧力等各项参数对孔隙率及孔隙分布的影响,采用超声C扫描表征复合材料层板孔隙率区间。研究表明,当固化压力降至某临界点后,孔隙率呈现先快速增加又逐渐减慢增加的趋势;厚铺层的层板的孔隙率高于较薄铺层的层板,靠近中间及底部铺层位置的孔隙较多;尺寸较大的层板,高孔隙率的区域相对集中分布在靠近层板中间的位置,且孔隙率区间较大;固化压力较小时,采用小压紧力铺丝的层板会形成更高的孔隙率;对于大型复杂的复材结构件来说,不同的铺丝工艺参数对孔隙率的影响也具有上述趋势。

自动铺丝技术在大尺寸复合材料壁板上的应用研究

为实现大尺寸壁板铺丝技术的工程化应用,首先对国产高强中模热固性T800级单向带预浸料进行自动铺丝工艺参数及转弯半径获取实验,基于响应曲面法、最大黏接力原则确定该材料自动铺丝工艺参数窗口,以工艺规范作为评价标准,进行转弯半径铺丝实验,获取该材料最小转弯半径。其次,使用TORFIBER轨迹规划与仿真软件对大尺寸壁板零件进行铺丝轨迹规划,结合零件结构特征和材料特点,筛选最佳铺丝轨迹生成算法,对生成的铺丝路径进行局部优化调整以提高铺丝质量;最后,基于材料铺丝工艺参数窗口,使用M. TORRES龙门式铺丝机完成了零件的铺丝制造,零件铺丝后表面质量、固化后内部无损质量满足设计指标要求。

自动铺丝技术对复合材料层压板厚度的影响

自动铺丝技术是碳纤维复合材料自动化专业领域的新兴制造技术,与传统手工铺叠制造工艺相比,自动铺丝会产生丝束间隙和丝束切断形成的三角区问题,影响复合材料层压板的厚度。手工铺叠复合材料层压板采用幅宽1000.00mm、牌号为ZT7H/QY9611的预浸料,自动铺丝技术采用幅宽6.35mm、牌号相同的预浸料。通过对比实验,发现自动铺丝复合材料层压板单层厚度小于手工铺叠单层厚度,自动铺丝和手工铺叠的单层厚度均小于理论厚度0.1380mm, 2种工艺制备的复合材料层压板单层厚度在0.1358~0.1365mm之间。自动铺丝技术的丝束是通过切割刀片闸断,纤维角度为±45°时,在小铺层上复合材料蒙皮壁板类零件的轮廓边缘区域,由丝束闸断形成的三角区其铺层轮廓线±4.5mm内是厚度渐变区域,不应设计装配连接区域,工艺检验时须适当放宽三角区厚度控制精度要求和成型质量要求。

大尺寸变截面翼梁的自动铺丝成型

机翼翼梁是飞机的主承力构件,为了保证其成型质量和生产效率,需要采用自动化成型方式进行翼梁构件的生产制造。本文对目前翼梁成型方法的应用及研究现状进行了介绍,根据大尺寸变截面翼梁(长度大于10 m)的结构特点,研究了复合材料翼梁的自动铺丝成型技术。以M.TORRES龙门铺丝机为铺放平台,提出了翼梁的自动铺丝成型要点,确定了各个角度铺层的轨迹规划方法,结合轨迹规划情况,给出了翼梁的铺丝成型轨迹完善处理方案。最后,通过大尺寸复合材料翼梁的自动铺丝成型制造,验证了轨迹规划方法和轨迹处理方案的可行性与正确性,为国内自动铺丝技术在大尺寸复合材料翼梁成型上的应用提供参考。

自动铺丝路径对复合材料机身“L”形角片的质量影响分析

自动铺丝是实现复合材料机身角片自动化制造的一种重要工艺方法。路径规划是自动铺丝过程中的关键因素,铺丝路径会影响该类零件在自动铺丝过程中的纤维角度偏差、覆盖性及铺放效率等。本文对树脂基复合材料机身角片的铺丝路径作两种设计及分析,对固化后零件质量进行分析,探索铺丝路径对零件质量的影响。结果表明:对于该零件的自动铺丝,搭接-间隙铺丝路径的纤维角度偏差优于完全间隙铺丝路径的纤维角度偏差,但其覆盖性和铺放效率比完全间隙铺丝路径的差。当使用自动铺丝铺放、单侧模具固化时,这两种铺丝路径会对零件的外观及厚度产生不同程度的影响。

民机复合材料自动铺丝液体成型工艺过程若干数字孪生关键技术探讨

基于数字孪生的概念和原理,针对当前具有广阔发展前景的民机复合材料构件制造技术——复合材料自动铺丝液体成型工艺(Automatic fiber placement based liquid composite molding,AFP–LCM)进行了研究。通过对复合材料自动铺丝液体成型工艺关键环节的梳理分析,阐述了建立面向民机复合材料构件制造数字孪生体亟待解决的若干关键技术与思路,提出了一种基于数字孪生的民机复合材料结构制造技术体系架构,并从技术层面和政策层面探讨了该技术落地所面临的关键问题,为数字孪生技术在民机复合材料制造领域深入实践提供策略。

基于干涉检测的复杂进气道自动铺丝可行性研究

飞机进气道采用基于自动铺丝工艺的复合材料整体成型方案,为分析进气道型面自动铺丝的可行性,对进气道型面与铺丝头的干涉问题进行了研究。首先,以进气道型面网格化的STL文件为对象,并结合铺丝头的边界条件,开发了基于VC++6.0的干涉检测计算程序,获得了型面上干涉区域的位置,并以点云进行标识。然后,在CATIA下对标识的干涉区域进行铺丝头外形轮廓的建模,并在Vericut仿真软件下对进气道型面进行自动铺丝运动仿真,验证了型面上标识的干涉区域的正确性。最后,将标识过干涉区域的进气道型面反馈给设计进行型面修正,获得了满足自动铺丝条件的进气道型面。

先进复合材料自动铺丝技术研究进展

随着先进复合材料在航空航天领域广泛应用,复合材料自动铺丝技术受到了业界越来越多的关注。从复合材料自动铺丝头结构设计、自动铺丝控制技术和方法、自动铺丝工艺研究和自动铺丝CAD/CAM软件系统开发4个方面介绍了当前国内外自动铺丝技术的研究进展。进一步总结了国内自动铺丝装备和技术研究中存在的一些问题,探讨了国内自动铺丝技术需要深入研究的内容和发展方向。

铺丝设备剪切与重送气动系统设计与仿真

针对铺丝设备上纤维丝束剪切与重送功能的需求,设计了一套剪切与重送机构的气动系统,并基于气动系统仿真软件FluidSIM-P对其进行了仿真。仿真结果表明:剪切与重送机构气动系统设计合理,为后续制造提供了依据。

复合材料自动铺丝计算机辅助设计软件的设计与应用

根据需求,设计了平坦曲面复合材料自动铺丝计算机辅助设计软件。根据应用对象的特点,对这一软件进行模块划分,对软件的核心模块路径规划模块进行功能定义,分析常用的等距偏移方法原理。通过对天线反射面板的应用,验证了这一软件功能的有效性。

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。

自动纤维铺丝机的设计与实验研究

自动纤维铺丝是一种非常重要的复合材料自动化成型方法。提出了一种新型的纤维铺丝机的总体机构和控制系统方案,利用气缸为执行元件带动切刀和压辊,实现纤维的剪切和夹紧,构建以直线位移传感器为反馈元件的新型张力控制系统,同时设计一种基于主流的工控机(IPC)+运动控制器(UMAC)相结合的开放式控制系统方案,最后进行相关的铺丝实验。运行结果表明,各轴运动情况良好,控制系统整体运行稳定,各模块设计合理,达到了预期效果。