复合材料自动铺带技术研究与应用

随着我国新型飞机项目的立项启动,复合材料用量以及大型整体构件的数量和尺寸不断增加,国内复合材料自动铺带技术得到迅速发展。目前,北京航空制造工程研究所率先完成了我国首台大型复合材料构件自动铺带机的研制,并在此基础上深入开展了自动铺带技术研究。     

大型复合材料构件数字化制造技术

大型复合材料构件数字化制造技术包括预浸料数控下料技术、铺层激光定位技术、自动铺带技术、纤维丝束铺放技术等.该技术的研究与应用不仅满足大型飞机复合材料构件的制造要求,而且还将推动我国航空装备制造业的快速发展.     

大型复合材料筒形结构自动铺带技术

采用国产T300/605热熔法预浸料,对大型复合材料筒形结构自动铺带技术进行了研究.通过对自动铺带角度的工艺优化,铺带角度进行微调,实现了复合材料筒形结构的满覆盖铺放.在此基础上进行了大型复合材料筒形结构的自动铺带工艺试验,对自动铺带工艺试验件进行无损检测及取样性能测试.结果表明:预浸料铺覆性良好,自动铺带成型的预浸带间隙或重叠≤1 mm,铺带角度与理论铺带角度偏差≤0.2°.试验件成型质量良好,自动铺带技术可以满足大型复合材料结构高质量成型需求.     

航空先进复合材料铺放及缝合设备的发展及应用

采用先进的自动化铺放设备进行飞机复合材料构件的制备,并采用自动缝合方法提高其损伤容限,是现代飞机复合材料制造技术发展的重要方向。因此,我国企业急需通过引进和研制先进的自动化铺带、铺丝设备以及热隔膜成型、缝合设备,大幅提高我国复合材料自动化制造设备水平,为军民用飞机的型号研制打下坚实的基础。     

先进无损检测技术在复合材料缺陷检测中的应用

针对飞机复合材料构件全生命周期无损检测问题,介绍喷水超声C扫描技术、相控阵超声技术、空气耦合超声技术、激光超声技术和红外热成像技术在复合材料检测中的最新应用.研制大型喷水超声C扫描系统和新型超声、红外检测系统并开展试验研究,采用喷水超声方法,实现了蜂窝夹芯复合材料构件的C扫描检测;采用相控阵超声检测方法,实现了碳纤维复合材料R角检测;采用空气耦合超声方法,实现了蜂窝夹芯复合材料检测和PMMA板的导波检测;采用激光超声方法,实现了碳纤维复合材料分层检测;采用红外热成像方法,实现了蜂窝夹芯复合材料结构检测.研究表明,提出的超声、红外检测技术可以用于飞机复合材料构件全生命周期的大型结构检测、复杂结构检测、非接触检测、高精度检测和外场快速检测.     

复合材料结构数字化自动化无损检测技术

要从根本上解决我国目前和今后飞机复合材料结构的数字化、自动化无损检测问题,其长久之路仍然是结合自身型号研制和批量生产,复合材料装机应用特点,研究适合自身技术特点的复合材料结构数字化、自动化无损检测技术,开发相应的复合材料结构数字化、自动化无损检测技术装备.     

大型筒段构件自动铺带成型技术

在研究自动铺带成型技术的基础上,提出了一种用于复合材料筒段构件自动铺带成型轨迹规划的设计方案。根据自动铺带成型系统的独有特点,提出专用于自动铺带成型系统的数控(NC)代码约定。在研究自动铺带成型CAD/CAM技术的基础上,开发针对大型筒段复合材料构件的专用CAD/CAM软件,并在自主开发的自动铺带成型设备上进行铺带成型实验验证。经实验验证,此自动铺带机专用CAD/CAM软件的开发相当成功,满足了大型复合材料筒段构件的实际生产需求。     

大型机身复合材料加筋壁板制造技术及应用

复合材料机身是我国新研制的大型民用客机的重要结构之一,其制造工艺直接影响产品的质量一致性、产能、成本等,传统手工为主的制造技术已远远不能满足当前要求。为了验证大型机身复合材料帽型加筋壁板的自动化成型工艺进行了多方位的研究探索和验证,通过串联自动铺带、自动铺丝、长桁毛坯的叠层滑移成形、填充芯材自动成形、长桁定位等工艺,完成了大型壁板的制造。研究表明,选择的壁板制造工艺技术风险低,质量一致性高,为大型复合材料机身帽型加筋壁板的自动化制造提供了基础。     

自动铺带技术在航空复合材料制造领域的应用

目前,复合材料已经成为航空航天领域的重要材料,航空工业的复合材料时代已经来临.以波音和空客为代表的大型客机波音787和空客A350,复合材料应用比例分别已达到和超过了50％,整个机身、机翼结构几乎全部采用了碳纤维复合材料,取得了显著的经济效益.这些大尺寸复合材料构件,均采用了自动化制造技术,机身采用自动铺丝技术,机翼采用自动铺带技术.自动铺带技术在加工翼面类小曲率复合材料构件和某些梁、长桁等复合材料构件方面具有很强优势.     

自动铺放技术在大型飞机复合材料结构件制造中的应用

自动铺放技术是工业发达国家近30年来发展和广泛应用的自动化制造技术,包括自动铺带技术和自动铺丝技术.这两项技术的共同优点是采用预浸料,并能实现自动化和数字化制造,高效高速.自动铺放技术特别适用于大型复合材料结构件制造,在各类飞行器,尤其是大型飞机的结构制造中所占比重越来越大.     

热塑性复合材料纤维铺放技术研究进展

自动纤维铺放技术是飞机复合材料构件自动化成型的关键制造技术之一,其又可细分为自动纤维丝铺放技术和自动纤维带铺放技术。前者适用于平面型或低曲率的曲面型,或者说准平面型复合材料构件的铺层制造;后者综合了自动纤维缠绕与自动纤维带铺放两者的优点,可实现复杂曲面型复合材料构件的铺层制造。     

自动铺带技术在某型机壁板中的应用研究

随着航空产业的不断发展,先进复合材料凭借其出色的减重性能和高度的可设计性,逐渐成为未来航空器的主要材料。复合材料的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。论述了当前复合材料构件纤维自动铺放技术制造现状及发展前景,并介绍了复合材料构件自动铺带技术在新舟700飞机壁板零件上的应用情况。     

自动铺带技术在复合材料机翼蒙皮的应用

对某型机复合材料机翼蒙皮的结构、材料进行分析,制定了某型机机翼蒙皮的铺带制造工艺方案。通过精确铺放控制设计、同向铺带与交叉异向铺带设计、自动铺放与激光投影、自动下料技术配合使用,成功将铺带机技术应用于某型机复合材料机翼蒙皮的制造,制造出的机翼蒙皮,其无损检测内部质量合格,铺带间隙和表面质量满足设计要求,为铺带机技术在复合材料铺带的应用奠定了坚实的基础。     

复合材料大型构件的制造

复合材料在小型飞机的构件上已经获得广泛应用,但在大型部件,特别在主承力构件上的应用一直比较缓慢。最近在美国空军莱特航空研究所材料实验室倡议下制订了复合材料大型飞机机翼结构研究计划(The Composite Large Aircraft Wing Structure Programme简称CLAWS计划),根据这个计划Textron Aerostructures和Rockwell International公司研制了美国空军B-1B飞机的下机翼蒙皮大型复合材料构件。该复合材料构件尺寸为2.44×14.94m。作为机翼的翼型,无论在翼弦方向或翼展方向都是变截面的,内侧厚     

复合材料构件自动铺带数控编程系统研究

复材构件手工成型时,预浸带经剪裁后手工铺叠、压实到模具表面.随着复材构件在现代大型飞机上广泛应用,人工铺放工艺已难以满足实际需要,急需自动铺带技术来提高生产效率,改善制造过程的可控制性,降低成本以及提高产品质量. 自动铺带技术利用数控技术实现预浸带剪裁、定位、铺叠的自动化.与手工相比,自动铺带技术可降低制造成本30％～50％,主要适用于各种大尺寸、小曲率部件的制造.     

自动铺带技术与大飞机复合材料结构

铺带工艺在提高复合材料在商用飞机及军用飞机上的使用方面起到了重要的作用。随着越来越多的零件从铝转换成复合材料,铺带将持续成为一个高可生产性和划算的解决方案。未来应用的例子会包括商用飞机复合材料机翼、民用结构零件以及汽车和其他运输工业的结构零件。相信通过大飞机项目的研发、设计制造,我们可以掌握复合材料自动铺带技术,为大幅度应用复合材料飞机结构积累经验。     

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。     

简讯

<正>国产大型复合材料自动铺带设备研制成功2010年9月14日,大型复合材料构件自动铺带工艺与装备技术交流推广会在北京航空制造工程研究所举行。会议由北京航空制造工程研究所所长张军主持,国防科工局科技     

应对我国大飞机研制的装配连接技术

为满足大型飞机的性能要求,复合材料、钛合金等轻型材料的用量大幅度增加,传统装配连接技术已难以满足这些新型结构材料的工艺要求,大飞机研制中必将广泛应用先进装配连接技术.     

飞机复合材料构件自动铺带/丝束铺放典型设备

过去,对于先进复合材料的研究及开发的重点一般放在材料性能和工艺的改进上,目前已将重点放在了降低构件制造成本上。为了提高生产效率,降低成本,保证大型复合材料构件的铺叠质量,便发展了能代替手工铺叠的制造设备——自动铺带机和自动丝束铺放机。