纤维铺放温度控制系统

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1、课程设计（报告）题目：纤维铺放纤维预热温度控制学院：机电工程学院专业班级：指导教师：职称：学生姓名:学号:摘要纤维铺放技术是实现先进复合材料低成木制造的关键技术之一，为了保证纤维铺放成形时的铺放质量和纤维铺放机的高效率铺放，需要对碳纤维单向预浸胶纤维束自动化铺丝成形时的铺放工艺进行精确控制。因此，本文展开了关于纤维铺放成形中铺放温度的工艺参数的控制研究，提出了相关的控制研究方案，旨在实现铺放温度的精确控制和最终的工程应用。铺放头上的加热装置对预浸胶纤维束进行加热，通过对铺层基层及预浸胶纤维束的热传递分析，确定了纤维铺放成形过

2、程中的安全加热温度，以及安全加热温度下的最高加工速度。针对加热过程中采用红外加热系统引起的预浸胶纤维束和铺层基层的边缘与中间加热长度不一致性的现象，提出了既要保证预浸胶纤维束的边缘被加热到熔融温度以上，又要使预浸胶纤维束中间温度不超过树脂基体的降解温度的温度准则。并在综合考虑熔合时间、熔合长度、玻璃化温度、熔融温度、达到玻璃化温度以上层数等成型要素的前提下，系统通过调节铺放温度改变预浸胶纤维束的铺放粘性，可实现铺放速度与加热灯辐射强度的动态匹配，保证铺放时预浸胶纤维束的铺放温度始终在最佳铺放窗口以内：分析加热灯与铺放表面间的

3、热量传递过程，推导出动态温度控制方程，建立自动铺放速度与加热灯辐射强度的匹配关系：基于纤维铺放机的硬件结构，搭建了以纤维铺放机的铺放速度为变量，预浸料表面温度为控制变量，以可编程控制器操作控制单元的红外加热系统。关键词：纤维铺放机，铺放头，预浸胶纤维束，温度控制，红外加热目录第1章绪论11.1纤维铺放技术11.1.1纤维铺放技术简介及发展11.1.2纤维铺放材料简介1丄・2…国内一处红维一铺一放技术加热一工一艺的研究现状3121国外研究现状31.2.2国内发展现状4第2章纤维铺放机钩的结构及原理52.1纤维铺放机52.1.1

4、纤维铺放机的结构52.1.2纤维铺放机的工作原理52.2纤维铺放头62.2.1纤维铺放头的简介62.2.2纤维铺放头的功能62.2.3纤维铺放头的运动72.2.4纤维铺放头的内部机构72.2.5纤维铺放头工作原理8第3章纤维预热系统设计io3」加热工艺参数的选择103.1.1加热温度的确定103.1.2热源的选择103.2预热温度控制系统123.2.1系统总体设计方案123.2.2系统总电路图133.2.3系统所需元務件14总结15参考文献16第1章绪论1.1纤维铺放技1丄1纤维铺放技术简介及发展纤维铺放成型技术是在纤维缠绕

5、和自动铺带技术的基础上发展起来的一种自动复合材料成型技术。与纤维缠绕相比，纤维铺放技术不存在不稳定约束，可以根据设计要求选择铺层方向，由于纤维宽度可以根据要求选择，效率更高；与自动铺带技术相比，纤维铺放技术由于具有丝带切断，继续铺放，压辘压实等装置，使得铺放过程中基本没有暂停时间，成型精度更高，效率更高。纤维铺放技术由于其成型效率高，制品性能稳定，制造成木相对较低等优点，在航32航天等领域受到广泛关注。Boeing等飞机制造厂商已经应用这种技术制造自己的飞机，大量减少零件的同时还可以增加飞机整体的可靠性。1985年Hercu

6、les公司设计出了第一台样机，1989年从事机床研究的CincinnatiMilacrom公司制造城第一台纤维铺放系统。经过多年的发展自由度由三自由度发展到现在的七自由度，控制系统由模拟控制发展到现在的全数字的控制系统，铺放丝朿由1束发展到现在的48束，64束铺放速度已经达到了2000英寸/分钟。1.1.2纤维铺放材料简介纤维铺放成型屮使用的材料主要针对的是聚合物基复合材料(PMC-PolymerMatrixComposites),jfljPMC作为结构复合材料中起步最早的、研究最多的、应用最广、规模最大的一类，通常又分为热

7、固性复合材料(FRSP—FiberReinforcedThermosetPlastic)和热塑性复合材料(FRTP—FiberReinforcedThermoplasticPlastic)o热塑性复合材料是指热塑性树脂为基体用各种纤维做增强材料而制成的复合材料。常用的增强材料有玻璃纤维，芳纶纤维，碳纤维等。热塑性复合材料中的树脂分子链都是线性或者带支链的结构，各子链之间没有化学键产生，具有加热变软可流动,冷却固化变硬的特点，而且这个过程是物理变化，是可逆的，可以反复进行。而热固性复合材料，在第一次加热时可以软化流动，加热到一

8、点温度，产生化学反应一变链同化一变硬，这个过程是不可逆的。此后，再次加热时，已经不能再软化流动了。热固性复合材料在固化之前是线性的或是带支链的，固化之后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不能再融化。表1・1给出了热固性复合材料与热塑性复合材料的工艺性能的对比情况，热塑性复合材料由于