复合材料自动铺带控制分析

何涛

摘 要 复合材料已成为新一代飞机机身的主要结构材料。复合材料的低成本制造技术是目前国际上代表性的自动铺带技术作为复合材料成形自动化的典型代表，已成为飞机复合材料翼面材料技术的核心问题。大型飞机项目的标准之一就是飞机技术标准的建立，自动带式敷设技术必将成为改善飞机复合材料在中国使用的关键技术。本文对自动铺带设备的基本组成和自动铺放技术的发展历程，工业应用的现状以及发展趋势进行了全面的介绍和讨论。最后，预测了中国自动条带技术发展的前景。

关键词 复合材料 自动铺带 铺带头

1复合材料低成本制造技术

低成本的复合材料制造技术是目前国际复合材料技术领域的核心问题之一，其中材料技术成本低，设计技术成本低，制造成本低；它涉及各种复合材料成型技术，如缠绕和叠层成型。 （胶带，铺布），拉挤成型，编织，缝合和树脂传递模塑（RTM）。自1985年以来，降低成本的结构设计/材料/制造集成技术和成形工艺技术一直是复合材料低成本制造技术研究的重点，自动化成形技术是连接结构设计，材料和制造的关键一起。桥梁不仅大大提高了复合材料部件的生产效率，而且降低了生产成本。此外，通过对成型工艺参数和技术指标的精确控制，大大提高了复合零件质量的可靠性和稳定性，实现了CAD。 CAM / CAE技术在复合材料制造领域的应用奠定了复合材料部件制造系统整体优化的基础。自动铺带技术是复合材料成形自动化的典型例子。它集成了机械和电气设备技术以及CAD / CAM软件。该技术与材料工艺技术相结合，具有高效，高品质，高可靠性，低成本的特点。它主要用于平面型或低曲率弯曲组件，或用于准平面复合组件。特别适合制造大尺寸和复杂的部件，减少了组装零件的数量，节省了制造和装配成本，大大降低了材料的废品率和制造工时。

2自动铺带技术

复合材料自动铺放系统由预浸带供料盘 、 自动铺放机（包含铺带头 ） 、 构件模具 、 数控系统 、 复材构件 CAD /CAM软 件等组成 ， 所谓自动铺带 ， 就是采用自动铺带机 （ATL ：Auto-mated Tape Layer ） ， 通过数字化 、 自动化的手段实现复合材料 预浸带的连续自动切割和自动铺放。自动铺带主要工作过程为 ：将复合材料预浸带安装在铺 放头中 ， 多轴机械臂对铺带位置进行自动控制 ， 预浸带由一 组滚轮导出 ， 预压辊的作用下铺叠到工装或上 一层已铺好的材料上 ，切割刀将预浸带按设定好的方向切 断 ， 能保证铺放的材料与工装的外形相一致 ， 铺放的同时 ， 回料滚轮将背衬材料回收业实践表明 ， 应用自动铺放装备生产复材构件 ， 和传 统人工 /半自动人工层铺复材构件工艺相比 ， 在层铺劳动量 、 铺放生产率 、 材料利用率 、 制造精度 、 生产成本等方面均具有 很大的优势 ， 其中铺放生产率可达到 10-40kg /h， 是人工层 铺的数十倍 ， 适合于复杂复材结构的制造。

3自动铺带关键技术

自动铺带技术是设备技术，CAD / CAM软件技术和材料技术的集成技术集成。其中，设备技术是技术研究的前提，CAD / CAM软件技术是基础，材料技术是应用的关键。复合带敷设技术可以总结如下：

3.1复合预浸带技术

预浸带是用于制造复合材料的中间材料，并且是复合材料性能的基础。复合材料部件的工艺性能和机械性能取决于预浸带的性能。因此，预浸料坯材料对复合材料的应用和发展具有重要意义

3.2自动贴带设备技术

自动贴带机是复合材料自动贴带的关键。随着复合材料用量的增加，对铺带机的需求也在增加，铺带机的技术进步越来越快。设备，程序，计算机控制软件，可靠性和操作便利性都得到了很大的提高。放置和布局技术已发展到第五代。现代贴片机功能强大，可以放置非常复杂的双曲面。

3.3自动剥离数控技术（CNC）

自动铺带过程中预浸带的切割，定位，铺放和滚压均由CNC技术自动完成，涉及成型温度，压力控制技术和预浸带精度。运输控制技术，自动胶带切割技术，贴片质量检测技术，工艺参数检测技术等关键技术。

4自动铺带技术的发展与现状与前景

经过几十年的发展，随着大型运输机，轰炸机和商用飞机用复合材料用量的增加，传统专业设备制造商已开始生产满足国防和经济利益需求的自动带式敷设设备，胶带敷设技术正在逐步完善。随着越来越多的应用，带有双超声波切割系统和在线检测系统的10轴皮带机已成为自动铺带系统的标准配置。胶带的最大宽度为300mm，生产效率达到1000kg /周。带式成型质量显着提高。

随着现代飞机中复合材料部件的使用日益增加，航空制造业对自动化贴装设备的需求不断增加，并且需求量不断增加。紧迫的市场需求推动了自动贴片设备，高速生产机床，多机生产环境，多贴片机床，热塑纤维贴片机和ATL / AFP混合机器的进一步发展。目前，自动贴片设备技术发展的最重要目标是提高贴装生产率和降低设备成本，主要表现在两个不同的发展方向，以满足两种不同的复合材料分布应用领域的需求。

5结语

复合材料单片组件在现代大型飞机中已经得到越来越广泛的应用。成为现代大型飞机主要结构材料已成为一种明显的趋势。作为铺设复合材料整体部件的自动铺带机，它的发展非常迅速。广泛使用，已成为现代大型飞机制造的关键设备，并不断发展和进步。目前，中国正在着手实施大型飞机重大项目，迫切需要设备的自动布局。但自动贴片设备在国内的开发，生产和实际工业应用还处于初级阶段，并且具有较大的国际先进水平。间隙。本文全面介绍和讨论了自动铺带设备的基本组成，铺设技术原理，工业应用现状和发展趋势，希望能够帮助中国自动铺带设备和工业应用技术。

參考文献

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