机身上壁板复合材料蒙皮数字化成型工艺_梅立

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1、机身上壁板复合材料蒙皮数字化成型工艺梅立郭鸿俊尹亮林琳(航天材料及工艺研究所，北京100076)文摘为解决树脂基复合材料复杂结构件工艺难以实现问题，采用三维工艺模型设计、铺层工艺仿真、铺层样片排版与数控下料、激光投影铺层定位等数字化技术，不但从根本上改变了传统的复合材料构件生产方式，解决了工艺技术难题，而且在缩短研制周期、提高产品质量，降低研制成本等方面都取得了显著的应用效果。关键词三维工艺模型，铺层工艺仿真，铺层样片排版与数控下料，激光投影铺层定位，数字化技术ApplicationofDigitalTechn

2、ologyinTheUpperPanelCompositeSkinofAnAircraftMeiLiGuoHongjunYinLiangLinLin(AerospaceResearchInstituteofMaterials＆ProcessingTechnology，Beijing100076)AbstractDigitaltechnologies，including3Dprocessingmodeldesign，stackingsimulation，prepregNCcutting，laserprojecti

3、onlocating，wereappliedtolargecompositestructure，whichplayedonimportantroleinsolvingprocess-ingdifficulties，decreasingthemanufacturecircleandcost，andimprovedtheproductsquality．KeywordsDigitaltechnology，3Dprocessingmodeldesign，Stackingsimulation，PrepregNCcutti

4、ng，Laserprojectionlocating0引言应用传统的复合材料构件生产方式已无法生产复合材料的可设计性，为航空航天领域的复杂产这种结构复杂、精度要求相对较高的产品，另外，传统［1］品提供了极大的设计潜能。轻质、高强度设计要的制造模式生产成本高，效率低的特点也不能满足该求的飞行器大量应用复合材料，尤其大尺寸复杂结构项目在成本和研制周期两方面的要求。部分也逐渐采用复合材料，这就为复合材料构件的研2．1三维工艺模型设计［2－3］制带来了一系列的工艺技术难题，而数字化技术机身上蒙皮三维工艺模型是其结构设计

5、的最终不仅能有效解决这些难题，而且在缩短研制周期、降表达，贯穿于整个机身上蒙皮工艺研制过程。应用复低研制成本和提高产品质量等方面具有显著的经济合材料专用设计软件CATIAV5R20和FiberSim进效益。行机身上蒙皮三维数字化工艺模型设计，具体设计流数字化技术是应用计算机相关软、硬件及网络环程如图1所示。在设计过程中共有三个关键元素:定［4－5］境实现产品设计与制造的一种多学科综合技术。义蒙皮工艺成型面、建立铺层参考坐标系、蒙皮不同本文以某飞行器大尺寸复杂结构的机身上蒙皮数字厚度的区域和过渡区的建立。化应用为

6、例，详细说明数字化技术在树脂基复合材料(1)定义蒙皮工艺成型面，即蒙皮的外形面。根构件研制中的应用。据产品和模具的三维模型，应用CATIAV5R20软件，1某机身上蒙皮复合材料构件结构及工艺要求提取成型曲面，并修补曲面上开孔，通过合并曲面得某机身上蒙皮采用碳纤维/环氧树脂，其尺寸为到成型曲面。结合工艺余量要求，对成型曲面进行外4000mm×3500mm×780mm，上有4个口框、49个插延伸，得到工艺成型面。不同类型的筋条和5处过渡区，要求口框、筋条的位(2)建立铺层坐标系，用来标识纤维的0°方向，置误差≤±0

7、．5mm，蒙皮外形误差≤1mm。像蒙皮这样曲率较小结构，建立笛卡尔坐标系，即坐2数字化技术在机身上蒙皮研制中的应用标系的x轴方向为纤维0°方向，xy平面为纤维所在收稿日期:2012－05－12作者简介:梅立，1979年出生，硕士，工程师，主要从事树脂基结构复合材料数字化设计/制造技术研究与应用。E－mail:meili_2001@126．com—42—宇航材料工艺http://www．yhclgy．com2012年第4期铺层的平面或曲面外形的切面。样片超出材料的幅宽限制，这时需要在适当的位置将(3)区域、过渡区

8、域建模，区域用来定义层合板样片进行分割。在分割时，通过偏置对接区，使样片的厚度，具有相同厚度部分为同一区域，蒙皮有3和分割更加合理。蒙皮的层间铺层，要求尽量减少样片4mm区域，3～4mm区域为过渡区。对接缝，所以需要不断调整偏置量以得较少的材料幅宽线。如图3所示，设计第一层45°铺层时，在偏置量为0时，预浸料层间被划分为五个区域，偏置量调为50mm后，由五个区域减少到4个区域，这样在铺