Research on Prepreg Tape Cutting Platform with Two Cutters

The concept of cutting platform is proposed and realized based on the latest two step automated tape laying (Two step ATL)technology,which separates prepreg cutting process from tape laying to improve productivity for large parts with small features.Two step ATL is more efficient than conventional layup because ply patches are pre cut in a separate operation.The concept of the prepreg tape cutting experimental platform with two cutters is introduced.Further,based on the automatic tape laying trajectory planning software,a two cutter cutting algorithm is proposed.Cutting experiments are reported to validate both the concept of cutting platform and cutting algorithm.

国内复合材料自动铺放技术发展

复合材料自动铺放技术主要包括自动铺带技术和自动铺丝技术。国内自动铺放技术起步较晚,目前研究的单位主要有南京航空航天大学、武汉理工大学、哈尔滨工业大学、天津工业大学、哈尔滨飞机工业集团有限责任公司、北京航空制造工程研究所、北京航空材料研究院、内蒙古工业大学和华中科技大学等。

预浸料的铺放适宜性评价(一)--粘性篇

在自动铺带成型过程中,粘性和铺覆性是用于描述预浸料是否适合铺贴的两个重要因素,将粘性和铺覆性分别独立地研究能更好地理解预浸料的铺放适宜性。本文主要是针对预浸料的粘性进行探索,论述了预浸料粘性的物理意义,总结了当前国内外预浸料粘性的测量及表征方法,提出了以"平均剥离力"定量表征预浸料的粘性,并在自主搭建的试验平台上,研究了自动铺带成型过程中的主要工艺参数(取出时间、铺放压力、铺放速率、热风温度等)对预浸料粘性的影响。实验结果表明,在一定范围内,预浸料的粘性随取出时间先增大后减小,而随铺放压力的增加、铺放速率的减小、热风温度的升高而增大,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。

预浸料的铺放适宜性评价(二)--铺覆性篇

在自动铺带成型过程中,粘性和铺覆性是用于描述预浸料是否适合铺贴的两个重要因素,将粘性和铺覆性分别独立地研究能更好地理解预浸料的铺放适宜性。本文主要针对预浸料的铺覆性进行了探索,论述了铺覆性的含义并总结了现有的预浸料铺覆性的定量表征方法,提出了以"最大弯曲力"定量表征预浸料的铺覆性,并通过三点弯曲试验研究了预浸料的粘弹性特征及自动铺带成型过程中的主要工艺参数(铺放速率、湿度、热风温度、老化时间等)对预浸料铺覆性的影响。实验结果表明,预浸料的铺覆性会随热风温度和湿度的升高而提高,随着老化时间和铺放速率的增加而减小。最后总结了铺覆性实验的工程意义,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。

基于响应曲面法的自动铺放工艺参数分析与优化

通过对自动铺带(Automated tape laying,ATL)成型工艺的分析,提出了一种新的铺放质量评分标准。采用响应曲面法(Response surface methodology,RSM)设计了铺放工艺参数优化实验,分析了热风温度、铺放压力和铺放速度各工艺参数及其交互作用对铺放质量的影响,建立了各工艺参数与铺放质量的二次多项式回归方程的预测模型。根据回归方程求得了最佳铺放质量下的工艺参数,以及可接受铺放质量下的最大铺放速度时的工艺条件,为自动铺带工艺参数的控制提供了参考。

大型复合材料加筋壁板自动化制造技术研究

先进复合材料由于其性能上的优势,在飞机上的应用越来越广。然而目前国内的复合材料行业仍以手工成型为主,研究大型复合材料加筋壁板自动化制造技术对推动国内复合材料行业发展具有重要意义。以某型号中央翼盒下壁板为研究对象,验证了自动铺带、热隔膜成型、自动翻转组合等整套自动化制造流程,为建设复合材料自动化生产线打下了基础。

国产高强中模碳纤维及其增强高韧性树脂基复合材料研究进展

高强中模碳纤维增强复合材料是当前及未来相当长时期内主要的航空结构复合材料。借鉴国外高强中模碳纤维及其高韧性复合材料发展经验,在国内高强型碳纤维复合材料成熟经验的基础上,实现了高强中模T800级碳纤维规模化生产,系统分析了与国产高强中模碳纤维匹配的树脂基体、预浸料及其复合材料技术现状。国产T800H级碳纤维增强高韧性环氧树脂基和双马树脂基复合材料抗冲击性能达到国外同类复合材料的水平,高韧性环氧树脂基复合材料的耐湿热性能优于国外同等韧性的复合材料。国产T800H级碳纤维增强高韧性复合材料预浸料具有优异的工艺性能,可同时满足手工铺贴、自动铺带和自动铺丝3种铺放工艺要求。在T800级复合材料成熟应用的基础上,未来主要发展高压缩强度、高模量和基于BVID的高冲击韧性高强中模碳纤维复合材料。

复合材料自动铺放技术的研究进展及其工艺特点分析

首先分析了自动铺放技术的国内外研究进展,重点介绍了上海电气于2016年收购德国宝捷自动化公司最新研制的自动铺放设备的技术特点;然后对纤维自动铺放技术与树脂传递模塑技术的工艺流程及优缺点进行了比较;最后分析了纤维自动铺放技术的铺放头结构、工艺流程、及铺放路径规划等工艺特点。

自动铺带铺层贴合形成机制

探讨了自动铺带工艺过程中相邻铺层界面间的贴合形成机制,将铺层界面间贴合过程建模为树脂补片在平行板之间挤压流动从而浸润界面的过程。指出在树脂流体黏度一定的情况下,树脂对界面浸润效果越好,则界面贴合能力越强。利用流体力学理论推导出树脂流体对界面浸润效果的计算公式,并分析了铺放压力、铺放速度等因素对浸润效果以及贴合能力的影响,提出以剥离力作为量化铺层间贴合能力的指标。在自行研制的自动铺带工艺参数实验平台上进行了一系列实验,实验结果表明,铺层间贴合能力随铺放速度增大而变差,随铺放压力、模具温度、压辊半径增大而变强,这一规律验证了所提出的树脂流体对界面浸润效果计算公式的正确性。

自动铺带中红外加热技术研究

为保证复合材料预浸带始终处于适宜铺放成型的工艺窗口内,自动铺带(ATL)成型过程中需要对预浸带的铺放温度进行精确控制。为适应高速率自动铺放,需要研究新的高效加热及精确控制方法。本文提出高加热效率、高响应速率的红外辐射加热方案。通过对红外热源与预浸带能量传输过程的分析,提出了红外加热过程中各传递系数的计算方法和公式。基于各传递系数的分析,建立了静止及运动状态下的红外加热控制方程,并通过两种状态下控制方程的对比,提出了红外辐射稳态因子概念。以静止状态下的实验数据为依据,利用红外辐射稳态因子,经理论推导,获得了预浸带匀速运行时的温度控制律,为红外加热技术在自动铺带成型中的应用奠定基础。