自动铺丝

摘要： 热熔法因其相对简单的工艺过程成为工业制备预浸纱的重要方法,如何控制纤维束的展开宽度以及宽度的稳定是热熔法工艺的重难点。本工作基于机器视觉检测技术搭建实验平台,探究纤维张力、纤维牵引速度、树脂粘度和胶膜厚度四个工艺变量对纤维束展开宽度和展宽稳定性的影响,建立了理论模型并进行了正交试验。结果发现:针对该试验平台,随着纤维张力、纤维运行速度、树脂粘度和胶膜厚度的增加,纤维束的展开宽度有增加的趋势。实验结果与理论模型一致,胶膜厚度对纤维束的展开宽度影响最大,其次是树脂粘度,最后是纤维张力和纤维牵引速度。纤维牵引速度对纤维束展宽稳定性影响最大,纤维牵引速度越大,纤维束展宽稳定性越差。值得注意的是,当树脂粘度为1300 mPa·s、纤维牵引速度为3 m/min、纤维张力为10 N、胶膜厚度为0.6 mm时,纤维束展开宽度最大,且宽度稳定性最好。

摘要： 自动铺丝是一种先进的复合材料自动制造技术,广泛应用于制造形面复杂的复合材料构件。大曲率区域丝束的压实质量较差、铺放路径的方向偏差和转弯半径难以同时满足等问题,导致了各种铺放缺陷。研究了曲面曲率对路径性能的影响,建立了分区域路径规划机制。采用压辊到曲面的距离来表征丝束压实情况,并根据曲面曲率估算可压实丝束的数量。建立了局部方向偏差和转弯半径计算方法,并在路径密化过程中实时评价,在路径性能超出约束时进行分区。考虑了丝束压实、方向偏差及转弯半径对铺放路径的约束,保证了整张曲面的铺放质量和铺放效率。在翼梢小翼曲面上完成了路径规划方法的仿真和实验验证,结果表明:所提方法能够在复杂曲面上获得满足性能要求的铺放路径。

摘要： 采用自动铺丝工艺通过改变固化压力制备环氧树脂/T800级碳纤维层压板,采用超声C扫描判断复合材料层压板孔隙率并在符合试验要求的位置机加出试验件。研究孔隙率不同时孔隙特征的差别及孔隙率对复合材料层压板各项力学性能的影响。结果表明,孔隙率增大时,孔隙尺寸变大且由“点”变成“片”状分布,且孔隙率更大的层压板层间孔隙的比例变得更高。当孔隙率达到2%时,层压板的开孔拉伸强度、无缺口拉伸强度、开孔压缩强度、无缺口压缩强度、短梁剪切强度及冲击后压缩强度相较于孔隙率0%时分别下降8.1%,5.9%,20.4%,35.6%,17.9%,16.9%,孔隙率对层压板各项力学性能的影响程度和变化趋势不一,对无缺口压缩强度影响最大而对无缺口拉伸强度影响最小。当孔隙率达到2%时,无缺口拉伸模量和无缺口压缩模量相较于孔隙率0%时分别下降2.6%和2.9%,孔隙率对两种模量的影响不明显。相同的冲击能量下,当孔隙率较大时,层压板损伤面积更大。2%孔隙率试验件的损伤面积约是0.5%孔隙率试验件损伤面积的4倍。

摘要： 自动铺放技术因具有高效率、高质量、高精度和高可靠性的优点,已广泛应用于大型飞机、运载火箭等各类航空航天飞行器中多种结构部件的制造。主要从自动铺带技术、自动铺丝技术及铺放工艺3个方面对国内外自动铺放技术的研究进展和飞机复合材料构件的应用情况进行综述。对自动铺丝/铺带技术的特点、自动铺放设备以及自动铺放技术在飞机复合材料制造领域的应用进展进行了重点论述,梳理了自动铺放技术在国内外的研发应用情况,分析和阐明了自动铺放技术的发展现状和存在的问题,对国内外学者在自动铺放工艺上的研究进行概述,最后对自动铺放技术的未来趋势进行了展望,并针对国内自动铺放技术的发展现状和存在的问题给出了发展方向及建议。

摘要： 关于脉冲氙灯加热高性能热塑性复合材料工艺分析的研究尚无报道。采用单因素试验和响应面法研究了预浸料表面粗糙度、电压、脉宽和热源移动速度对热塑性预浸料表面加热温度的影响规律。结果表明,预浸料的表面粗糙度越小,加热温度越稳定,粗糙度越大,加热温度波动越大;加热温度随电压的增加而增大,随脉宽和速度的增加而降低。通过响应面法获得脉冲氙灯加热CF/PEEK预浸料的最佳工艺参数为:电压221 V、脉宽2 ms、热源移动速度125 mm/s、脉冲频率60 Hz、灯口与预浸料之间的距离10 mm,此时加热温度为381°C,树脂能够发生较好的熔化。

摘要： 自动铺丝技术是目前最先进的高性能航空航天复合材料构件成型工艺之一,为了进一步研究复合材料自动铺丝工艺中加热温度对复合材料性能的影响规律,建立了自动铺丝过程中的红外加热系统传热模型,基于该模型对自动铺丝工艺温度控制方法和铺层中温度分布均匀性进行了分析,并通过试验研究了加热温度对复合材料性能的影响.研究结果表明铺层加热温度是影响复合材料性能的关键工艺参数,当设定加热温度为35°C时,论文中所制作的复合材料试件的拉伸强度、弯曲强度和层间剪切强度分别提高了20.9％、12.4％和4.9％.由于加热不均匀导致的铺层局部温度过高而产生的预浸丝束预固化和在局部压力温度共同作用下部分树脂流动导致的贫树脂区域的出现很可能是影响复合材料性能的原因之一.

摘要： 自动铺丝工艺是一种先进复合材料低成本、自动化成型制造工艺,其通常应用于制造飞机机身、S型进气道等大曲率复合材料构件。铺丝过程中,预浸料丝束黏性对铺丝产品最终质量有较大影响。一方面,丝束黏性不能过低,以保证预浸料之间顺利贴合。另一方面,丝束黏性也不能过高,以便于铺层失败时进行修改。目前,预浸料黏性评价方法以90°剥离试验与180°剥离试验为主,其主要针对自动铺带工艺中较宽的预浸带。前期初步试验表明,采用单丝束剥离试验法检测自动铺丝工艺中预浸料黏性时,数据会产生较大波动,无法满足相关检测要求。有鉴于此,本文首先建立自动铺丝预浸料黏性的检测准则,提出采用两丝束180°剥离试验检测预浸料黏性,然后基于该准则研究铺放压力、铺放速度、铺放温度、老化时间影响下丝束黏性的变化规律。

摘要： 自动铺丝工艺是一种先进复合材料低成本、自动化成型制造工艺,其通常应用于制造飞机机身、S型进气道等大曲率复合材料构件.铺丝过程中,预浸料丝束黏性对铺丝产品最终质量有较大影响.一方面,丝束黏性不能过低,以保证预浸料之间顺利贴合.另一方面,丝束黏性也不能过高,以便于铺层失败时进行修改.目前,预浸料黏性评价方法以90°剥离试验与180°剥离试验为主,其主要针对自动铺带工艺中较宽的预浸带.前期初步试验表明,采用单丝束剥离试验法检测自动铺丝工艺中预浸料黏性时,数据会产生较大波动,无法满足相关检测要求.有鉴于此,本文首先建立自动铺丝预浸料黏性的检测准则,提出采用两丝束180°剥离试验检测预浸料黏性,然后基于该准则研究铺放压力、铺放速度、铺放温度、老化时间影响下丝束黏性的变化规律.

摘要： 系统地概括了低温贮箱用复合材料的研究背景、进展动态及研究现状,重点介绍了复合材料低温贮箱成型工艺、复合材料与低温推进剂之间的安全性及复合材料自身的低温力学性能.研究表明:自动铺丝成型工艺推动了无内衬的复合材料低温贮箱的发展;在冷热循环作用下界面等薄弱区域萌生大量微裂纹,机械载荷促进下形成低温推进剂泄漏路径;开发满足液氧相容性要求、工艺要求和力学性能优异的环氧树脂,是发展液氧贮箱用复合材料体系的关键;研究冷热循环作用和改性方法对于复合材料力学性能的影响,对可重复使用航天器复合材料低温贮箱应用的意义重大.

摘要： 以CF/PEEK和CF/PEKK热塑性复合材料为研究对象,对其适用的低成本模压成型、自动铺丝结合模压两步法原位成型工艺进行初步探索,并对两种热塑性复合材料体系的基本特性、成型质量与性能进行对比分析.首先采用幅宽305mm的CF/PEKK体系开展模压成型工艺研究,发现冷却速率对短梁强度影响不大,而成型压力对短梁强度有一定影响,在成型压力2.0MPa、成型温度370°C、冷却速率–15°C/min工艺条件下其短梁强度达到(135.65±4.72)MPa,纤维含量达到61.8％,成型质量良好.同时对于6.35mm宽CF/PEEK窄带,初步探索其自动铺丝结合模压两步法原位成型工艺,发现与模压成型CF/PEKK同等工艺条件下,所得CF/PEEK层合板成型质量良好,破坏模式与CF/PEKK体系相近,但是短梁强度较低,微观破坏行为有一定差异.研究结果可为热塑性复合材料应用于航空主承力结构的材料和工艺选择提供基础数据和技术参考.

摘要： 自动铺丝技术作为一种先进的自动化制造技术,应用范围日益广泛.本文介绍了自动铺丝技术的设备、材料及技术优势,阐述了其在飞机复合材料主承力结构制造中的应用现状,预测了该技术的未来发展趋势.在AFP过程中，一系列的纤维丝束被铺放到模具上，丝束幅宽更小，更容易铺放。每一条丝束都能够独立切割及压紧、铺放，具有很好的转向能力。在复杂的曲面结构上，AFP技术的效率最高。AFP在高应力区增加铺层，在低应力区减少铺层，可以在不同角度铺放不同长度而形成开口，节省材料的同时使切割开口操作更简单，可实现窗户、门、舱口等带开口零件的制造。AFP技术可提高制造精度。自动铺丝技术作为复合材料自动化制造技术的代表，从其应用发展历程来看，要实现复合材料的自动化制造甚至智能制造，先进的自动化装备是必要条件。

摘要： 针对大飞机机翼翼梁的自动铺丝模具在铺放过程中受重力和压辊压力变形的问题进行了研究，建立了翼梁模具的受力模型，研究了模具变形的理论计算方法和有限元计算方法，并用有限元分析方法计算不同装夹方式、不同壁厚、不同材料、不同截面模具的受力变形情况，提出了针对自动铺丝的误差补偿加工方法。

摘要： 针对航空航天工业领域的复合材料回转体类构件,研究了回转体自动铺丝轨迹规划和覆盖性问题.应用一般回转体的数学模型,建立了基于解析解的自动铺丝轨迹规划模型.在此基础上,基于测地线建立了相邻铺丝轨迹中心线之间距离与丝数的对应关系,提出了一种覆盖性分析方法以处理可能出现的丝带重叠和空隙.开发了CATIA V5R18环境下的软件模块,并进行了数值验证.结果表明:生成的铺丝轨迹效果较好,剪裁后的丝带均匀覆盖在构件表面,能够满足工艺设计要求和工程需要.

摘要： 以国内首台自动丝束铺放工程样机为试验平台，自制预浸丝束为铺放原材料，分析了预浸丝束质量对自动丝束铺放过程的影响，分类研究了其各项工艺性能对自动丝束铺放过程的重要影响，主要包括宽度精度控制、树脂含量控制精度、加工制造精度控制、粘塑性变形及铺敷性控制、通过性能控制等；针对复合材料典型结构包括平板、波浪板以及变截面进气道进行了工艺铺放验证研究，取得了良好的铺放效果；最后总结分析了影响自动丝束顺利铺放的各种因素的综合影响，为进一步深入开展自动丝束铺放工程应用奠定了良好基础。

摘要： 本发明涉及一种集成在自动铺放设备的铺丝头上的纱架结构，包括：铺丝头安装底座；固定安装在铺丝头安装底座上的固定纱箱组件；以及安装在铺丝头安装底座上的翻转纱箱组件，所述翻转纱箱组件与铺丝头安装底座通过翻转轴轴接。该纱架结构能够避免设备维护和纱锭更换过程中的干涉，使设备维护和纱锭更换更为快捷方便。

摘要： 本发明公开一种自动检测铺丝头、铺丝机及其铺丝方法，涉及铺丝设备技术领域，包括：张力控制机构、重送和加热机构、剪切机构以及滚压机构，张力控制机构、重送和加热机构、剪切机构以及滚压机构依次设置在框型连接架上，重送和加热机构与剪切机构之间设置有用于检测是否存在断丝、漏丝的检测机构，检测机构可拆卸的设置在框型连接架上；本发明中能够自动检测运送的丝束中是否存在断丝、漏丝的情况，当断丝、漏丝出现时，将信息传递至主控制系统，主控制系统停止所有零件的运作，工作人员在处理断丝、漏丝问题后，可再次启动整体装置运作，从源头上避免了断丝、漏丝对铺丝的影响，相应的提高了铺丝效果。

摘要： 本发明涉及一种集成在自动铺放设备的铺丝头上的纱架结构，包括：铺丝头安装底座；固定安装在铺丝头安装底座上的固定纱箱组件；以及安装在铺丝头安装底座上的翻转纱箱组件，所述翻转纱箱组件与铺丝头安装底座通过翻转轴轴接。该纱架结构能够避免设备维护和纱锭更换过程中的干涉，使设备维护和纱锭更换更为快捷方便。

摘要： 本发明公开了一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，包括底座，底座的两端分别安装有机箱工作架和定位支架，在机箱工作架上安装有Z轴导轨，在Z轴导轨上安装有定工作台，定工作台上安装有定位进给平台，定位进给平台的端部安装有动工作台，动工作台上安装有铺丝头；在定位支架上安装有辅助定位气缸，在定位支架与铺丝头之间安装有转台，转台上通过夹具安装有桨叶模具基座，辅助定位气缸的一端顶住桨叶模具基座。本发明通过六自由度并联运动工作台带动锥形铺丝头按照既定的走丝路线进行可调桨叶面的碳纤维铺放工作，可调桨叶面铺放完毕，能够达到自动化铺放碳纤维、保证曲面精度的同时，保证均匀平稳性、快速性、易操作性。

摘要： 一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法，包括以下步骤：提取待成型零件的贴模面，并将贴模面用点云表示；根据铺丝程序的理论轨迹，在第一铺层上提取每条丝束的中心线，并依次在后续铺层上提取所有中心线；对于任一铺层，求取点云任一点与铺层上任一中心线的垂线，垂线长度；根据计算得到的点与中心线之间的距离，判定点是否落在预浸料覆盖区域，依次对点云每个点进行判定，筛选出落在预浸料覆盖区域的点，去除落在预浸料覆盖区域外的点，新的点云用来表达本铺层的理论厚度；对全部铺层进行分析，将表示每层理论厚度的点云进行叠加，对重复点计数，根据计数结果进行着色，计数大小对应不同色谱来表达最终全铺层理论厚度。

摘要： 本发明属于复合材料自动铺放领域，具体涉及一种用于复合材料的自动铺丝装置及铺丝方法，自动铺丝装置包括电源和加热电极，电源用于为加热电极提供电流，加热电极包括左电极和右电极，左电极和右电极用于与复合材料内部的导电纤维连接，当左电极、右电极与导电纤维接触后，实现电导通，在电流作用下，导电纤维发热。本发明能够实现实现复合材料样品内部的均匀加热，缓解温度梯度，改变不平衡热力状态。

摘要： 本发明公开了一种用于可调桨的六联动混联碳纤维自动铺丝装置，包括底座，底座的两端分别安装有机箱工作架和定位支架，在机箱工作架上安装有Z轴导轨，在Z轴导轨上安装有定工作台，定工作台上安装有定位进给平台，定位进给平台的端部安装有动工作台，动工作台上安装有铺丝头；在定位支架上安装有辅助定位气缸，在定位支架与铺丝头之间安装有转台，转台上通过夹具安装有桨叶模具基座，辅助定位气缸的一端顶住桨叶模具基座。本发明通过六自由度并联运动工作台带动锥形铺丝头按照既定的走丝路线进行可调桨叶面的碳纤维铺放工作，可调桨叶面铺放完毕，能够达到自动化铺放碳纤维、保证曲面精度的同时，保证均匀平稳性、快速性、易操作性。

摘要： 一种旋转剪切机构和自动铺丝成型的铺放头，本发明涉及旋转剪切机构和铺放头，本发明的目的是解决铺放轨迹边界存在间隙和重叠缺陷的问题，它包括电机、机座、法兰轴、主动齿轮、直线导轨、刀架组件、延长阶梯轴、被动齿轮、气缸套筒和气缸；它包括旋转剪切机构，重送机构、夹紧机构、第一导向滚轮、跳滚轮、第二导向滚轮、转接板、第三导向滚轮、料盘、压辊气缸、压辊和架体。电机壳体安装在机座上，法兰轴固定套装在电机的输出轴上，法兰轴与主动齿轮连接，气缸的活塞杆与延长阶梯轴的一端连接，刀架组件安装在延长阶梯轴的另一端上，气缸套筒的另一端与被动齿轮固定连接，主动齿轮与被动齿轮齿啮合。本发明属于基复合材料自动化成型技术领域。

摘要： 一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法，包括以下步骤：提取待成型零件的贴模面，并将贴模面用点云表示；根据铺丝程序的理论轨迹，在第一铺层上提取每条丝束的中心线，并依次在后续铺层上提取所有中心线；对于任一铺层，求取点云任一点与铺层上任一中心线的垂线，垂线长度；根据计算得到的点与中心线之间的距离，判定点是否落在预浸料覆盖区域，依次对点云每个点进行判定，筛选出落在预浸料覆盖区域的点，去除落在预浸料覆盖区域外的点，新的点云用来表达本铺层的理论厚度；对全部铺层进行分析，将表示每层理论厚度的点云进行叠加，对重复点计数，根据计数结果进行着色，计数大小对应不同色谱来表达最终全铺层理论厚度。

摘要： 本实用新型公开了一种用于纤维复合材料铺放的自动铺丝设备，两伺服电机A驱动输出的两个齿轮沿X向长齿条转动，从而带动横向梁沿纵向梁滑动；伺服电机B驱动滑座沿横向梁滑动；伺服电机C驱动Z向丝杠旋转，从而带动滑枕沿滑座上下滑动；固定在固定体上的C轴回转机构带动C轴回转体沿C轴回转体的中心轴C轴旋转；A轴回转机构带动摆动体沿同轴心的两轴的轴心线A轴旋转；固定在摆动体上的C1轴回转机构带动纱架沿纱架中心轴C1轴旋转；铺丝头和铺丝头压辊固定在纱架的下端；控制系统控制C轴、C1轴、A轴回转机构和刹闸装置的动作；伺服电机D带动工件沿工件回转主轴旋转。本实用新型铺设精度高，速度快，铺设作业效率高，铺设质量稳定。