复合材料数字化制造技术在壁板上的应用

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1、缫溺嬲燃嬲溺獭燃燃黝聪粼湖㈤翻赫穆舳粥撼“飘幽嗡l蒸窒堑丕垒星垫三童蔓复合材料数字化制造技术在壁板上的应用中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司(陕西710089)唐珊珊【摘要】复合材料是现今飞机机体结构的重要制造材料之一。而制造高品质的复合材料构件，必须具备先进的数字化设计／制造环境。本文论述了当前复合材料构件数字化制造现状及发展前景，并介绍了复合材料构件数字化制造技术在某型号壁板零件土的应用情况。【关键词】复合材料数字化制造壁板复合材料由于具有强度高、耐高温、耐腐蚀、重量轻等优良的性能，先进复合材料在航空器结构上的应用已经与铝合金并驾齐驱，成为当今

2、材料技术发展最迅速的领域。航空复合材料性能水平及其在结构中的应用水平，已经成为飞机结构先进性的一个重要标志。但是复合材料设计／制造的复杂性及独特性，使复合材料构件的成本、性能都受到影响，大量复合材料的应用更是对制造能力的巨大挑战。为迎接这一挑战，构建复合材料构件数字化设计／制造环境，实施复合材料构件数字化设计／制造技术，已成为国内外航空企业的必然选择。复合材料专用设计／制造软件是实施复合材料构件数字化设计不可缺少的工具。目前世界领先的复合材料专用设计／制造软件有CATIACPD模块和VIsTAGY公司开发的FiberSIM软件。CATIACPD软件将复合

3、材料设计／制造划分为：初步设计阶段、详细设计阶段、制造详细设计阶段、加工输出阶段4个阶段，初步设计阶段、详细设计阶段最终设计完成分层数模，制造详细设计阶段完成工艺数模的设计，加工输出阶段是将工艺数模的信息通过专用软件输入到数字化加工设备中。1．工艺方案的探索与制定某壁板长4m×1．2m，尺寸是复合材料零件中较大的，铺层为29层，材料为碳纤维单项带材料。与以往零件不同的是该壁板不但尺寸大，而且加强层多，占到所有铺层的1／2，每一层加强层的轮廓又都不相同，还有七根长度不等的长桁，定位难度非常大。图l为壁板铺层示意图。图1壁板零件制造的传统方法是工装定位长桁，

4、铺贴样板定位加强层。但是经过试验，发现这个方法在该壁板零件上不可行，不仅耗费在定位上的时间长，并且定位精度达不到设计图样要求。每层加强层的形状都不相同，如何准确下料也是需要攻克的难题之一。只有采取数字化生产才能很好的解决零件精度的难题。应用数控下料机精确下料，激光定位铺层系统进行加强层和长桁的定位，不但可以提高零件的质量，还节约了昂贵的原材料，省去了下料、定位样板，节省了工装成本，而且也可以大大减少工人操作的时间，提高了劳动效率。该壁板采用的是CATIACPD软件来完成复合材料零件的工艺数模设计，使用MEGSTIC软件完成排料优化及工艺数模信息与加工设备

5、的接口输出，生成数控下料及激光投影程序，并将数据传递到数控下料机和激光定位铺层系统，实现数字化生产。参磊加工冷加工呈!!垒堡擅型口回IYWlq．n'／etalworkinflf950．Com堕室蒸丕垒垦垫三童堡l酗蕊睁够；钓獬般蹦黝幽噍渊嬲燃黝鳓瀚嬲瀚黝黼粼戮黼2．建立分层数模建立复材分层数模是第一阶段，由于这一技术还未在国内大规模推广，设计下发的数模只有实体模型和一些加强层的定位线、轮廓线，想走通这条数字化流程，就必须在设计实体模型的基础上再次建立复材分层数模。作为工艺人员，不能改变设计者的意图。所以在零件实体模型已经设计完成的情况下，只能在实体模型基

6、础上，结合图样，进行逆向建立复材工艺模型。因此，在建立模型时就不能基于区域设计，而必须逐层做出每一层铺层的轮廓线，再进行手动铺层，完成数模的建立工作。3．设计数模转制造数模在分层数模建立好之后，下一步是进行工艺性修改。包括加放工艺余量，在铺不平、展不开的地方开剪口，对超过材料幅宽的料片进行切片以及可制造分析和料片展开。对于该壁板零件来说，由于其尺寸大，就必须将每一层都分割成材料幅宽范围内的小的切片。4．制造信息输出由CPD软件设计完成的复合材料数据需通过接El导入自动下料机和激光定位铺层系统，用于下料和铺层定位，数据接口是连接设计数模与制造设备的关键。M

7、A—GESTIC公司针对此项需要开发了Trunest和TruLaser／view第三方软件。Trunest软件分为两部分，一部分为集成在CATIA内的，主要是将展开的料片外形导出为排料软件可识别的文件，另一部分为排料软件，进行复合材料料片的排料优化。TruLaser／view集成在CATIA环境内，主要用于将工艺数模设计完成后的三维数据生成为激光投影定位铺层系统进行激光投影仪投影时的程序。5．TRUNEST软件应用排料优化有两种方式，一是手工方式，二是采用MAGESTIC软件。手工优化方式为：从CATIA下导出每一层料片的文件，再用AutoCAD软件把每

8、一层料片排在一张下料图上，此时需要为每一个铺层手工加上编号，之后导人数控下料机下