[发明专利]具有镂空结构的复合材料自动铺带成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有镂空结构的复合材料自动铺带成型方法，属于复合材料铺放成型领域。

背景技术

随着航空航天工业的发展，先进复合材料越来越多的应用于航空航天器大型构件的制造，而自动铺带技术作为一种先进复合材料自动化成型技术被广泛应用于航空航天领域，相对于传统手工铺叠成型方式，提高了加工效率、改善了工作环境、降低了制造成本。但在现有的应用中，铺带产品在形状上的局限性较大，较多的产品为规则形状，规则边界，且较少用于具有镂空结构的制品成型，其中较为典型的镂空结构仅为具有少量孔洞的产品。如果需要铺放成型具有大量镂空结构的产品，则切刀的切割工作量将大大增加，导致铺放成型的效率降低，特别是采用一步法铺带时。而且在使用一步法铺带时，当铺放小角度预浸带末端部分，压靴或压辊会压到下一条预浸带前缘，还需将预浸带前缘从模具表面撕下，将影响制品质量和成型效率。另外，预定折线轨迹中某一段预定直线轨迹与纤维方向的夹角较小时，切刀的移动会导致纤维移位而发生堆挤，进而导致预浸带表面的皱褶，影响制品表面质量，这也限制了铺放产品的形状。因此，具有镂空结构的复合材料自动铺带成型是一个难以解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提出一种具有镂空结构的复合材料自动铺带成型方法。

一种具有镂空结构的复合材料自动铺带成型方法，其特征包括以下过程：

步骤1、首先根据制品形状尺寸、预浸带带宽及铺层方向设计好切割后预浸带形状，进而得到切刀的预定折线轨迹，预定折线轨迹由若干连续的预定直线轨迹组成；

步骤2、然后进行预切割，并进行带卷的收卷：

(2-1)、当预定折线轨迹中某一段预定直线轨迹与纤维方向的夹角θ＜5°且lsinθ≥b_min时，先采用阶梯式折线法对该段预定直线轨迹进行优化，再根据优化轨迹进行预浸带的切割，其中b_min表示垂直纤维方向进给最小步长，即切刀在垂直方向上切割时，能够保证切断纤维且不引起纤维堆挤的最小进给量，l表示此段预定直线轨迹的长度；所得到的优化轨迹为以a为沿纤维方向进给步长，b为垂直纤维方向进给步长的阶梯式折线，并满足：

n=[lsinθbmin]]]>

b=lsinθn]]>

a=btanθ]]>

其中，[]为向下取整符号，n为步长数；

(2-2)、当预定折线轨迹中某一段预定直线轨迹与纤维方向的夹角θ≥5°时，或θ＜5°且lsinθ＜b_min时，则不进行优化直接根据该段预定直线轨迹将预浸带切割成所需形状；

步骤3、最后由铺带头将已切割的预浸带铺放至模具表面，完成具有镂空结构的复合材料自动铺带成型。

本发明推广了自动铺带技术的应用范围，能完成各种镂空结构的制品铺放成型，并可减小后加工工作量，减轻制品质量，提高成型效率，特别是具有大量镂空结构的制品。阶梯式折线切割法解决了小角度切割时产生的纤维堆挤问题，两步法铺带大大提高铺放效率避免了压辊或压靴对后一小角度预浸带前缘的影响，改善制品质量。本发明在实现具有铺带机基本功能的同时，解决了具有镂空结构的复合材料制造难题。

附图说明

图1：预切割实施方式一原理图；

图2：预浸带铺放实施方式一原理图；

图3：铺放带有圆孔的构件铺放示意图；

图4：折线切割法示意图；

图5：预切割实施方式二原理图；