大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)研發(fā)告捷

復(fù)合材料與金屬、高聚物、陶瓷并稱為四大材料。一個(gè)國家和地區(qū)的復(fù)合材料工業(yè)水平，已成為衡量其科技與經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志之一。自動(dòng)鋪帶技術(shù)適于大型復(fù)合材料構(gòu)件的成形，其專用制造裝備——自動(dòng)鋪放機(jī)（分鋪帶機(jī)、鋪絲機(jī)兩類）已經(jīng)成為高檔數(shù)控機(jī)床的獨(dú)特分支和重要補(bǔ)充。

專項(xiàng)素描

大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)是高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項(xiàng)的十大標(biāo)志性裝備之一，適于大型筒形復(fù)合材料構(gòu)件的成形，突破了手工成形、效率和質(zhì)量保障難度大的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了筒形復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)化高速成形，可批量生產(chǎn)。

　　由齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、南京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)、航天材料及工藝研究所聯(lián)合研制的大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)，適于大型筒形復(fù)合材料構(gòu)件的成形。其成形的產(chǎn)品質(zhì)輕高強(qiáng)、質(zhì)量可靠、可重復(fù)率高、使用壽命長。

　　目前，課題成果已應(yīng)用于重點(diǎn)行業(yè)材料及工藝研究所關(guān)鍵部件的自動(dòng)化制造，降低了制造成本30%、提高生產(chǎn)效率一倍以上，實(shí)現(xiàn)了我國在大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)上的重大技術(shù)突破，促進(jìn)了我國重大技術(shù)裝備發(fā)展。

　　實(shí)現(xiàn)四大技術(shù)突破

　　大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)的成功研發(fā)實(shí)現(xiàn)了四大技術(shù)突破。

　　主、副主軸同步雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)。不僅進(jìn)一步提高了伺服主軸的精度和靜態(tài)特性，還提高了機(jī)床的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和伺服主軸的進(jìn)給速率，從而提升了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了鋪帶機(jī)的鋪放效率。

重大突破

產(chǎn)品的成功研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了主、副主軸同步雙驅(qū)動(dòng)技術(shù)預(yù)浸帶超聲切割技術(shù)、預(yù)浸帶熱風(fēng)加熱技術(shù)、預(yù)浸帶張力控制技術(shù)等四大技術(shù)突破。

　　預(yù)浸帶超聲切割技術(shù)。采用超聲切割技術(shù)對(duì)預(yù)浸帶進(jìn)行切割有以下優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)像CO2激光切割復(fù)合材料那樣產(chǎn)生葉片刀刃硫化現(xiàn)象；具有非常精密的工藝效果；切割過程無污染，幾乎是無塵切割；能切割紋理精細(xì)的材料，由于切割深度可實(shí)現(xiàn)精密的控制，所以切割材料時(shí)能保證墊片薄膜不被破壞。由于該超聲切割系統(tǒng)利用超聲波在變幅桿輸出端的振幅及精密軸定位，使振幅和切割深度控制在要求的范圍之內(nèi)，保證背襯紙不被切斷。

　　預(yù)浸帶熱風(fēng)加熱技術(shù)。課題研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用了熱風(fēng)加熱系統(tǒng)，裝置連接機(jī)構(gòu)將該裝置固定于鋪放頭系統(tǒng)上，與其相連的電器盒內(nèi)有溫控系統(tǒng)以及鼓風(fēng)裝置。導(dǎo)風(fēng)管將鼓風(fēng)裝置與熱風(fēng)口位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)相連接，熱風(fēng)口位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上為帶有加熱絲的熱風(fēng)口寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，在熱風(fēng)口前裝有測(cè)量溫度場(chǎng)溫度用的熱電偶。工作時(shí)，鼓風(fēng)裝置將空氣通過導(dǎo)風(fēng)管送到熱風(fēng)口經(jīng)電熱絲加熱吹出。熱風(fēng)口寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以調(diào)節(jié)出風(fēng)口寬度以適應(yīng)不同帶寬的預(yù)浸料，熱風(fēng)口位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可保證在需要的位置獲得穩(wěn)定溫度場(chǎng)。該預(yù)熱溫度控制方法精確、誤差小，利用該控制方法預(yù)熱的預(yù)浸帶在不同速度下鋪放時(shí)，效果良好。

　　預(yù)浸帶張力控制技術(shù)。預(yù)浸帶輸送采用伺服電機(jī)控制，同時(shí)用旋轉(zhuǎn)編碼器記錄輸送帶長，為程控?fù)Q帶、隨動(dòng)切割提供信息。在鋪帶機(jī)的張力系統(tǒng)中，由于預(yù)浸帶帶卷半徑的不斷變化，使卷輥轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角速度及帶線速度都處于變化狀態(tài)，因而，張力系統(tǒng)為一多變量的時(shí)變系統(tǒng)。由半徑跟隨裝置測(cè)定預(yù)浸帶卷半徑，得到反饋信號(hào)后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，計(jì)算出交流電機(jī)轉(zhuǎn)矩大小，再由主控制器PLC調(diào)整交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)時(shí)對(duì)供應(yīng)的預(yù)浸帶進(jìn)行精確的張力控制。

　　創(chuàng)建產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新平臺(tái)

　　專項(xiàng)課題的實(shí)施，促進(jìn)了該領(lǐng)域人才隊(duì)伍建設(shè)和研發(fā)平臺(tái)的搭建，特別是創(chuàng)建了產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新平臺(tái)。

　　目前，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)已構(gòu)建了以南京航空航天大學(xué)為主的鋪帶機(jī)裝備技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、清華大學(xué)為主的鋪帶機(jī)結(jié)構(gòu)分析與制造基地，航天材料及工藝研究所為主的自動(dòng)鋪帶應(yīng)用示范基地，形成了自動(dòng)鋪帶技術(shù)研發(fā)—制造—應(yīng)用產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新平臺(tái)和大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)產(chǎn)學(xué)研用的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，共同解決了多項(xiàng)復(fù)合材料鋪放關(guān)鍵技術(shù)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)11項(xiàng)。

應(yīng)用前景

適用于國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)行業(yè)對(duì)大型復(fù)合材料制品要求苛刻的領(lǐng)域，為自動(dòng)鋪帶裝備系統(tǒng)國產(chǎn)化和鋪帶技術(shù)推廣應(yīng)用提供支撐，解決了專用自動(dòng)鋪放系統(tǒng)之急需，推動(dòng)大型飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件高效率、高質(zhì)量的自動(dòng)化制造的技術(shù)進(jìn)步。

　　數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)所研制的大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)，緊跟國際先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型復(fù)合材料構(gòu)件鋪帶機(jī)裝備的設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用技術(shù)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，滿足了目前國內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于大型鋪帶設(shè)備的需要，打破了西方發(fā)達(dá)國家對(duì)我國在此領(lǐng)域的技術(shù)封鎖。同時(shí)，鋪帶機(jī)的研制成功，將為超大型風(fēng)電葉片、高速軌道交通工具研制及大批量生產(chǎn)提供手段，促進(jìn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。

來源：中國工業(yè)報(bào)

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