自动铺带技术研究进展

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自动铺带技术研究进展８９

热塑性层合构件质量的影响，并利用计算机绘出了温度分布图；ＤｉｒｋＨｅｉｄｅｒ等ｂ２１以热塑性铺放技术为背景，开发在线的神经网络工艺优化系统，可在满足最低加工质量和质量恒定的前提下，尽可能提高铺放速率，降低构件制造成本。ＸＧｔｌａｎ和ＲＰｉｔｃｈｕｍａｎｉ研究热塑性铺带成型加热过程中热冲击问题，采用参数分析法分析热传输过程的各种影响因素，并建立了相邻纤维间和层间球粒状微观结构单元生长的动力模型，选定了适宜的工艺窗口和球粒的平均尺寸范围ｃａａ，ａ４］。ＲｏｂｅｒｔＣＣｏｓｔｅｎ等［３５１研究复合材料变厚度构件原位自动铺带成型技术在铺放区域内部启停时热传导过程的瞬态变化问题；ＭａｒｋＡＬａｍｏｎｔｉａ和ＭａｒｋＢＧｒｕ－ｈｅｒ等研究热塑性铺带成型技术，并采用混合制造成型（纤维缠绕、自动铺带和自动铺丝）的方法完成多种热塑性复合材料筒段构件的制作，并对同类构件进行质量对比实验研究口６．４引。Ｆａｚｉｌ０Ｓｏｎｍｅｚ和ＭｕｓｔａｆａＡｋｂｕｌｕｔ在热塑性铺带传热过程中引入残余应力和非最优状态操作对成型构件的影响因素，进一步完善了热塑性铺带成型传热的理论模型［４１。。

自动铺带技术与电子束固化技术相结合，不仅可避免了大型复合材料构件热压罐固化过程，而且可避免大规模的抽真空过程，可有效降低构件的生产成本。ＤａｎｉｅｌＬＧｏｏｄｍａｎ和ＣａｔｈｅｒｉｎｅＡＢｙｒｎｅ等Ｈ２ｔ４３１对原位电子束固化在自动铺带技术中应用进行研究，指出此项技术在航空、航天以及运输工具中的复合材料大型构件生产中极具潜力，据工厂实践可降低成本１０％～６０％。

３国内自动铺带技术发展

国内自动铺带技术研究较晚，南京航空航天大学率先开始自动铺放技术的研制。自２００４年起，南京航空航天大学已研制完成三部自动铺带机：小型铺带原理样机、十轴中型自动铺带工程样机和大型筒段专用自动铺带机（图２）Ｅ９’４４・４引。

图２南京航空航天大学研制的自动铺带机［４４，４５］

Ｆｉｇ．２ＡＴＬｍａｃｈｉｎｅｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＣ４４ｔ４５］

南京航空航天大学设计并开发自动铺带机数控系统，改进部分自动铺带控制技术（随动切割技术、预浸带输送技术和成型压力控制技术等）［４４叫妇；验证在可展曲面上自然路径和测地线的等价性，提出基于曲面三角面片离散的求解算法［５妇；在此基础上，研究平面构件和可展曲面构件（筒段和圆锥）自动铺带成型ＣＡＤ／ＣＡＭ技术，并针对开口、补强进行研究工作ｎ４’５卜５５１；针对铺放轨迹的测地线求解问题，研究曲面测地线数值解法［５引。

武汉理工大学对自动铺带的数控系统、成型机构和人机界面等进行研究工作，并在Ｐｒｏ／Ｅ，Ｓｏｌｉｄ－ｗｏｒｋｓ，ＯｐｅｎＧＬ软件平台上对其成型机理进行设计和仿真验证［５７叫０’。

天津工业大学以直升机Ｚ８Ｆ的主旋翼大梁自动铺带为应用背景，开展自动铺放成型技术的研究工作。在Ｐｒｏ／Ｅ工程软件平台上进行大梁自动铺带系统的机构概念设计和仿真验证，并采用西门子８４０Ｄ系统实现此铺带系统的插补运算和控制、龙门架移动和横梁移动的同步驱动等功能；采用其内置ＰＬＣ完成铺放设备外围动作Ⅲ＿６引。

４结束语

自动铺带成型是复合材料自动化成型的典型代表，其具有高效、高质量、高可靠性、低成本的特点，特别适合于大尺寸和复杂构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，并极大地降低了材料的废品率和制造工时。在国外技术封锁、缺乏技术资料的情况下，国内自动铺带技术的研发工作取得阶

段性进展。但仍有大量的研究工作需要完成，如热塑万方数据

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