[發明專利]一維延伸的等截面復合材料構件預浸料鋪放裝置與加工方法

在審

• 申請號: 202110884760.3
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113478870A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 陳剛;王啟芬;于倩倩;王志遠;吳忠泉;崇林;王忠;鄭志才;魏化震
• 申請（專利權）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38;B29C70/54
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 苗峻

本發明屬于復合材料設計與加工技術領域。利用一維延伸的等截面結構平行剖層相同的特點，采用連續預浸帶、定位固定鋪放頭直接放帶復合的方法，完成預浸料疊層連續鋪放與在線剪裁。該鋪放裝置由預浸料疊層支撐結構、鋪放組件、切割組件和控制系統組成，n組鋪放組件沿傳送/或牽引方向依次平行設置，其相對位置與預浸料疊層的相應平行剖層對應；切割組件為與預浸料疊層同步運動的刀具；該鋪放裝置結構簡單，鋪層精度高，可靠性好，易于控制，效費比高；可實現一維等截面復合材料構件的連續化快速生產；適用于橫截面形狀固定的帶狀、層數較多的連續復合材料預浸料鋪疊，特別適用于小尺寸多層數的連續復合材料預浸料鋪疊。

技術領域

本發明屬于復合材料設計與加工技術領域，涉及預浸料連續化自動鋪放技術，特別涉及一維延伸的等截面復合材料構件的連續自動鋪放技術。

技術背景

復合材料構件以其高比強度、高比模量、良好抗疲勞性、抗腐蝕性等一系列優點在航空、航天、兵器等工業領域得到越來越廣泛應用，目前，先進復合材料構件主要采用熱壓罐和壓機熱壓成型技術制造，其中預浸料鋪疊是復合材料成型工藝過程中重要的一步。為提高復合材料構件鋪放質量、可靠性和生產效率，降低產品廢品率和輔助材料消耗，自動鋪放技術得到快速發展。

自動鋪放設備基本原理是，預浸料放入鋪帶/絲頭中，在軟件控制下，鋪帶/絲頭沿設計好的鋪疊路線，在模具或已鋪疊預浸料表面的不同部位和方向進行預浸料鋪疊。其中，自動鋪帶主要用于平面型或小曲率曲面構件(如翼面、壁板)的自動鋪疊，長度達幾米到十幾米，厚度幾毫米；而自動鋪絲側重于實現復雜形狀的大型制件(如機身、翼身融合體)的自動鋪疊。

自動鋪帶/鋪絲機的核心部件是鋪帶頭，自動鋪放技術的絕大部分功能是由鋪帶頭實現的。典型的自動鋪帶/絲機需要配置9～11個數控軸以上的多坐標聯動控制CNC系統，需要專用的控制軟件、編程系統和后置處理。典型的鋪絲頭類似一個機器人手臂，集成了移動、鋪放、裁割等功能，在程序控制下完成逐層鋪疊。

典型的自動鋪帶機鋪放預浸帶采用逐層鋪放，鋪絲/帶頭往復運動。自動鋪放設備采用高度集成化、功能化、自動化的鋪帶/鋪絲頭，適用于大型薄壁異形構件的加工；受場地和鋪絲/帶頭的運動半徑限制，對于鋪放預浸料層數較多、結構簡單的大厚度復合材料構件，這種鋪帶/絲頭即不經濟，鋪放效率也較低。

具有多鋪帶頭結構的自動鋪放設備是針對板材的結構特點發展起來的，通常被稱為多復材薄板層迭鋪放加工機床(FCL:FlatCharge Laminator)。適用型ATL機床主要用于快速鋪放制造各種不同規格的窄長熱固性復材多層板疊合構件。和典型的自動鋪帶機相比，FCL的鋪帶頭是一種由若干可獨立控制的緊湊簡易型鋪帶頭集成復合在一起應用的“模塊化鋪放頭裝置”，其實際鋪帶頭數量由制造復合材料一次所需要的復材預浸帶層數所決定。

美國Accudync System公司和MAG Cincinnati公司合作為Vought航空公司開發了一種用戶化多鋪放頭結構的適用型ATL機床，用于各種不同長度的熱固性復材層壓板構件的快速鋪放制造(圖1)。工作臺面為鋼板制造的整體真空臺面，真空用于層壓板開始層壓成型時固定住板料。機床全長約18.5m，一個全閉環伺服控制系統可實現移動托架從機床一端到另一端運動，行程約15m?？缮a300mm寬最長約11m規格的窄長復材層壓板。這種設備受到機床長度的限制，只能制造一定長度的復材層壓板。

具有多鋪帶頭結構的自動鋪放設備雖然解決了簡單結構復合材料制件鋪疊設備結構復雜的問題，但無法實現連續預浸料坯料的鋪疊，同時負重的移動托架沿機床的移動對設備的精度提出了新的要求。

發明內容

本發明的目的在于提出一種以小尺寸大厚度/多層數等截面復合材料構件為客體的預浸料連續化自動鋪放裝置與方法。