CN103817953A - 一种自动铺带制造复合材料梁的方法 - Google Patents

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    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
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Abstract

本发明属于复合材料成型技术领域，涉及到一种自动铺带制造复合材料梁的方法。本发明通过对梁铺层展开，将铺层展成铺带机最易操作的平面铺层，通过计算机对纤维角度的计算及铺带路径设计，对铺层按顺序进行分组分批铺叠，然后利用真空辅助成型等工艺手段回放到梁成型工装上，实现了复合材料梁的自动铺带制造，大大降低了制造成本，提高了生产效率。

Description

一种自动铺带制造复合材料梁的方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域，涉及一种适用于一种自动铺带制造复合材料梁的方法。 
背景技术
随着航空制造技术的发展，大型复合材料构件的自动化生产程度已经越来越高，自动铺带技术已经广泛应用于大型客机的复合材料制造。自动铺带技术生产出的复合材料构件精度较高，成型质量较好，可有效避免人为夹杂、污染等缺陷，且可有效减少操作人员数量，降低人工成本，是大型复合材料构件制造的一个主流趋势。 
但是自动铺带技术对于型面复杂、曲率较大的构件如梁肋结构有其局限性，铺带头会与工装干涉从而导致料带无法压实甚至自动铺带无法进行。现有的热隔膜成型法是将毛坯加热软化后再预成型，这种工艺方法需要大型的加热设备，增加了生产成本，且对预浸料的工艺性要求很高，如果处理不好容易裹气，进而影响产品质量。 
发明内容
本发明的目的是提出一种能够不需要加热毛坯而实现复合材料梁这种复杂结构的自动铺带技术生产的制造方法，从而提高生产效率，降低制造成本。 
本发明的技术解决方案是，（1）按照复合材料梁的铺层数、结构形状、铺层角度在计算机中按铺层顺序分别计算展开图； 
（2）依据预浸料带的单层厚度，将铺层分组； 
（3）在分组后的预浸料铺层组增加真空辅助成型时的隔膜厚度，重新在计算机中按铺层顺序分别计算展开图； 
（4）按照最终的计算机展开图进行自动铺带铺叠；铺叠在平台上进行； 
（5）将铺叠好的铺层组[1]用隔膜包好，用真空袋封装后抽真空压实维形； 
（6）依据工装上的定位装置将铺层组回放到成型工装[3]上，真空 辅助贴合到位,即为梁毛坯件[2]。 
所述的复合材料梁截面形状可以为∏型、U型、工型、J型； 
所述的预浸料为纤维与树脂的复合材料，纤维为碳纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维或玻璃纤维，树脂为环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂； 
所述的预浸料带宽度可以为75mm、150mm、300mm，厚度在0.12mm～0.2mm之间； 
所述的隔膜可以为固化后的橡胶片、高弹性聚酰亚胺薄膜、真空袋薄膜。 
所述的成型工装可以为凸模、凹模。 
本发明具有的优点和有益效果，本发明通过将复杂型面的复合材料梁铺层展成平面，并根据型面和隔膜厚度调整纤维方向，分组进行自动铺带。依据工装上的定位装置将铺层组回放到成型工装上，真空辅助贴合到位，从而实现复杂型面的复合材料梁自动铺带制造。 
采用本发明技术的制造方法，使用自动铺带机生产零件最大程度地避免了夹杂、污染、铺错等人为缺陷。而且不需要使用大型加热设备加热毛坯料，也减少了操作人员数量，有效地解决了复杂型面复合材料零件的自动化生产问题。通过力学性能试验对比，采用本发明制造的试块与手工铺叠制造的试块的力学性能没有明显区别。 
附图说明
图1是本发明实施例一中对∏型梁的铺层所采用的成型工装结构示意图； 
图2是本发明实施例三中对工型梁的铺层所采用的成型工装结构示意图。 
具体实施方式
（1）按照复合材料梁的铺层数、结构形状、铺层角度在计算机中按铺层顺序分别计算展开图； 
（2）依据预浸料带的单层厚度，将铺层分组； 
（3）在分组后的预浸料铺层组增加真空辅助成型时的隔膜厚度，重新在计算机中按铺层顺序分别计算展开图； 
（4）按照最终的计算机展开图进行自动铺带铺叠；铺叠在平台上进行； 
（5）将铺叠好的铺层组[1]用隔膜包好，用真空袋封装后抽真空压实维形； 
（6）依据工装上的定位装置将铺层组回放到成型工装[3]上，真空辅助贴合到位,即为梁毛坯件[2]。 
实施例1 
本实施例中，采用图1的成型工装，对∏型梁的铺层进行分析，依据∏型梁的型面和所使用的1.2mm的隔膜厚度，将铺层展开成平面。选用中航复合材料有限责任公司生产的T800/BA9918预浸料（单层厚度为0.19mm，料带宽度75mm），将铺层设为每6层为1组。铺叠好的毛坯采用与毛坯外形尺寸相当的隔膜上下压住，隔膜选用AIRTECH公司生产的硅酮橡胶和A4000隔离膜。上型面选用硅酮橡胶，下型面选用A4000隔离膜，然后真空袋封装抽真空压实。利用工装和毛坯上相对应的定位装置将毛坯在成型工装上定位。将真空袋封装的毛坯与成型工装整体封装，抽真空辅助毛坯与成型工装贴实到位。拆除真空袋后将毛坯件放回成型工装，继续抽真空压实。然后进行下一组毛坯料的铺叠回放。铺叠完成后，抽真空封装进罐固化。 
实施例2 
本实施例中，采用图1的成型工装，对∏型梁的铺层进行分析，依据∏型梁的型面和所使用的1.2mm的隔膜厚度，将铺层展开成平面。选用CYTEC公司生产的T800/977-2预浸料（单层厚度为0.19mm，料带宽度150mm），将铺层设为每4层为1组。铺叠好的毛坯采用与毛坯外形尺寸相当的隔膜上下压住，隔膜选用AIRTECH公司生产的硅酮橡胶和A4000隔离膜。上型面选用硅酮橡胶，下型面选用A4000隔离膜，然后真空袋封装抽真空压实。利用工装和毛坯上相对应的定位装置将毛坯在成型工装上定位。将真空袋封装的毛坯与成型工装整体封装，抽真空辅助毛坯与成型工装贴实到位。拆除真空袋后将毛坯件放回成型工装，继续抽真空压实。然后进行下一组毛坯料的铺叠回放。铺叠完成后，抽真空封装进罐固化。 
实施例3 
本实施例中，采用图2的成型工装，对工型梁的铺层进行分析，根据J型梁的型面和所使用的1.2mm的隔膜厚度，将铺层展开成平面。选 用中航复合材料有限责任公司生产的CCF300/BA9916-II高温环氧预浸料（单层厚度为0.125mm），将铺层设为每8层为1组。铺叠好的毛坯采用与毛坯外形尺寸相当的隔膜上下压住，隔膜选用AIRTECH公司生产的硅酮橡胶和A4000隔离膜。上型面选用硅酮橡胶，下型面选用A4000隔离膜，然后真空袋封装抽真空压实。利用工装和毛坯上相对应的定位装置将毛坯在成型工装上定位。将真空袋封装的毛坯与成型工装整体封装，抽真空辅助毛坯与成型工装贴实到位。拆除真空袋后将毛坯件放回成型工装，继续抽真空压实。然后进行下一组毛坯料的铺叠回放。铺叠完成后，将上下模组转后抽真空封装进罐固化。 

Claims (6)

1.一种复合材料梁的成型方法，其特征是：（1）按照复合材料梁的铺层数、结构形状、铺层角度在计算机中按铺层顺序分别计算展开图； 
（2）依据预浸料带的单层厚度，将铺层分组； 
（3）在分组后的预浸料铺层组增加真空辅助成型时的隔膜厚度，重新在计算机中按铺层顺序分别计算展开图； 
（4）按照最终的计算机展开图进行自动铺带铺叠；铺叠在平台上进行； 
（5）将铺叠好的铺层组用隔膜包好，用真空袋封装后抽真空压实维形； 
（6）依据工装上的定位装置将铺层组回放到成型工装上，真空辅助贴合到位。 
2.根据权利要求1所述的一种复合材料梁的成型方法，其特征是，所述的复合材料梁截面形状为π型、U型、工型、J型。 
3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征是，所述的预浸料为纤维增强树脂预浸料，纤维为碳纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维或玻璃纤维，树脂为环氧树脂、酚醛树脂、双马树脂。 
4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征是，所述的预浸料带宽度为75mm、150mm或300mm，厚度在0.12mm～0.3mm之间。 
5.根据权利要求1所述的一种复合材料梁的成型方法，其特征是，所述的隔膜为固化后的橡胶片、高弹性聚酰亚胺薄膜或真空袋薄膜。 
6.根据权利要求1所述的一种复合材料梁的成型方法，其特征是，所述的成型工装为凸模或凹模。 
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