基于全三维模型的复合材料构件成型工艺设计系统研究

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1、基于全三维模型的复合材料构件成型工艺设计系统研究冰孟月梅1,2冯妙婷1’2，顾信安1’2(1．中航工业北京航空制造工程研究所，北京100024；2．数字化制造技术航空科技重点实验室，北京100024)【摘要】分析了复合材料构件数字化设计制造技术的发展状况，阐述了基于全三维模型的工艺设计系统的研究现状。针对复材构件成型工艺设计特点，研究了基于全三维模型的复材构件成型工艺设计系统构建技术，阐述了系统的主要功能和实现方法。在CATIA环境下开发了基于全三维模型的复材构件成型工艺设计系统，并通过多个构件的工艺设计对系统功能进行了验证。，关键词

2、：全三维模型；复材构件；工艺设计；复材工艺模型；工艺知识DoI：10．16080／j．issnl671·833x．2016．23／24．064孟月梅研究员，主要从事计算机辅助设计制造、工艺设计，MBD技术的研究与软件开发工作．并对复合材料构件自动铺放编程软件、增材制造数据处理软件等进行研究与开发，曾多次获得省部级奖项。t基金项目：智能制造装备发展专项。64航空制造技术·2016年第23／24期复合材料在航空、航天、汽车等领域的广泛应用，促进了复合材料成型工艺技术的快速发展，并相继出现了热压罐、树脂转移(RTM)、树脂膜渗透(RFI)、

3、真空辅助(VARI)等多种工艺成型方法。随着复合材料全三维设计技术的推广与应用，为满足数字化制造需求，缩短工艺准备周期，提高复材构件制造效率与质量，急需提供基于全三维模型的快速工艺设计方法。国外在复合材料制造工艺技术、数字化工具及工艺装备方面形成了比较完整的技术体系，开发了专门的复合材料构件设计、制造及分析工具，如CATIA软件，为复合材料设计制造提供了一整套专业的解决方案，包括复合材料构件设计、DMU／CAE分析、可制造性分析等【ll。该软件不仅能够建立三维复材构件铺层设计模型，还针对构件制造提供了铺层切片、铺层展开、铺层制造数据生

4、成等功能。总体来讲，国外在基于全三维模型的复合材料构件设计制造技术方面取得了较好的应用，所开发软件很好地支持了构件的数字化设计制造过程，实现了基于三维模型的工艺设计、过程仿真、可视化显示等技术。国内在复合材料构件设计制造领域，运用CAD／CAM、MBD技术，建立了基于MBD的三维复材构件模型、三维工装模型。在复材构件计算机辅助工艺设计技术方面，国内学者也做了大量的研究工作。梅立等口1针对复材工艺参数种类多、数据量大以及知识重用等问题，研究并开发了基于知识库的复材构件计算机辅助工艺设计系统；张钧琰等13】研究了复合材料构件工艺设计知识库

5、构建技术，并开发了基于B／S架构的复材构件工艺设计知识库系统。在基于全三维模型的工艺设计技术方面，主要针对机加、钣金、装配等制造工艺，研究与开发了基于全三维模型的工数‘≯化制造技术航空科技币点实验室艺设计系统14-71，而对于基于全_三维模型的复材构件成型T艺设计系统方面的研究较少。本文运用CAD／CAM、MBD、知识丁程等技术，针对基于全三维模型的复材成型T艺设计系统，研究了基于全i维模型的复材成型工艺信息模型构建技术，阐述了复材工艺设计系统的主要功能和实现方法，并开发了基于全j维模型的复材构件成型T艺设计系统。该系统的研究为复材构

6、件实现数字化制造奠定了技术基础。复材构件成型工艺设计的特殊性复材构件在设计过程中，已经针对T艺需求与制造部门进行了反复的沟通和协商。因此，当设计部门将复材构件设计模型提供给制造部门时，已确定了成型T艺方案，并给出了制造要求。制造部门根据设计提供的T艺方案，进行成型T艺设计。在复材成型构件T艺规划时，大多数利用已积累经验、知识进行T艺设计，有时会针对个别T序的T艺方法、T=艺参数进行验证。同时，一旦成型T艺方案确定，其制造过程的变化范同非常有限。因此，针对各类成型丁艺方法，总结典型T序、典型T艺模板等工艺知识，使之用于工艺规划过程中，不

7、仅能重用积累的工艺知识、经验，还可以缩短工艺设计时间，保证工艺设计质量。同时，复材成型涉及的T艺参数种类、数据量都比较大，工艺参数设置的工作量也较大。因此，建立复材工艺设计知识库、T艺参数库是实现快速工艺设计的关键与基础。复材构件所需T装／模具的材料、结构形式、表面质量、热膨胀偏差是影响制件质量的重要因素

8、8I。在T艺设计中，根据构件材料、结构形式、厚度等情况，明确T装设计、制造技术要求是非常必要的。T装技术要求信息的创建与管理是复材成型工艺设计系统必需提供的基本功能。复材构件T艺设计时，还需要考虑各工序之间的约束关系。如预浸料存放时

9、间对加压带会产生一定影响，铺叠与固化前的准备时间、预吸胶过程、预吸胶和固化时的升温速率等对加压带都有一定影响【q】。另外，为缩短制造周期，有些工序还可以同时进行。这些约束条件均需在T艺设计时明确设置，使之能够准确指导实际