丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252016V01．37No．41384-1392ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．onhkxb@buaa．edu．orl丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响赵聪，肖军*，王显峰，李俊斐，黄威南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京210016摘要：为获得良好的铺丝成型质量，通过理论分析和实际铺放实验，从送丝质量和铺放质量两个角度出发，研究了丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响。送丝实验发现，丝束张力的大小对送丝精度和送丝可靠性影响显著；铺放实验发现，过

2、大或过小的丝束张力都会导致铺放质量的下降，铺放过程中丝束张力维持在合理的范围内；基于铺放过程中预浸丝束的受力分析，探究了不同铺放条件下铺放张力对铺放质量的影响，讨论了影响丝束张力取值范围的因素，建立了丝束张力取值范围的计算公式并对该公式的合理性进行了实验性验证。最终得出结论，丝束张力是自动铺丝成型工艺的重要工艺参数之一，铺放中丝束张力的取值应随曲面形状和铺放轨迹的改变而调整，并与其他铺放工艺参数相匹配以实现铺放质量的最优化。关键词：复合材料；自动铺丝；工艺参数；丝束张力；送丝精度；铺放质量中图分类号：V261．97；TB332文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)04

3、—1384—09自动铺丝成型工艺(AutomatedFiberPlace—ment，AFP)采用多束预浸纱或分切的预浸窄带(3～25ram)，分别独立输送、切断，由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸纱根数调整)后铺放在芯模表面、加热软化预浸纱并压实定型。高效率、高质量、适应性强的技术特点，使得自动铺丝技术特别适合于机身、S进气道、承力锥等大型复合材料构件的制造[1。4j。对自动铺丝成型工艺影响的因素，国内外学者的研究多集中于预浸带黏性、铺放压力与铺放速度对该工艺的影响[5’8

4、。Lukaszewicz等口。1o]研究了自动铺丝过程中铺放速度、铺放

5、温度及铺放压力对层合板中孔隙率的影响。Aized和ShirinzadehEll3在自动铺丝工艺影响因素分析基础上，以大量实验为依据，利用响应面法优化了铺放温度、铺放速度及铺放压力。段玉岗等口23通过力学性能测试、SEM和光学显微镜微观形貌观测研究了铺放压力、预浸带加热温度及芯模温度对复合材料层间剪切性能的影响。一些学者还对上述工艺参数对自动铺丝成型工艺的影响进行了仿真模拟分析。Hassan等[1胡对某型热固性复合材料自动铺丝成型过程中热量在三维方向上的传递进行了有限元模拟，其计算结果与测量结果吻合良好，所建模型可以用来对铺放工艺参数进行优化。Li等口43以APC一2(Car—bon／

6、PEEK)热塑性预浸料为对象，用有限元分析法对其铺放过程的热量传递进行了模拟，结果证明材料及模具的预热可以大大提高铺丝速率。但材料体系的多样性大大增加了模拟分析的难度，也限制了所建模型的适用性。目前有关丝束张力对铺丝工艺的影响研究鲜收稿日期：2015．03—26；退修日期：2015—04-25；录用日期：2015—05—26；网络出版时间：2015—06-0209：17网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V．201506020917002．html基金项目：国家“973”计划(2014CB046501)；江苏省高校优势学科建设工程资助项目*通

7、讯作者Tel：025—84892980E-mail：jxiao@nuaaedu．cng

8、两格武l赵聪．诲军．I显峰．等．丝柬张力对自动铺丝成型I艺的影响[Jj．航空学报·2016，37(4)：1384—1392．ZHAOC·XlAOJ·WANGXF．etalEffectsoftowstensiononautomatedfiberplacementprocess[JI．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2D16，37(4)：1384—1392．赵聪，等：丝束张力对自动铺丝成型工艺的影响有报道。Shirinzadeh[5

9、、林胜[153等提到铺丝过程

10、中发现丝束张力会影响铺丝质量，但具体机理并未阐明。本文旨在研究丝束张力在自动铺丝过程中的作用，从送丝质量及铺放质量的角度出发，分析丝束张力对铺丝工艺成型质量的影响，为推动自动铺丝成型技术的应用及提高成型构件质量奠定基础。1铺丝工艺中丝束张力的特点图1为自动铺丝机结构示意图，结合该图对自动铺丝工艺流程进行详细的说明。1一Fle)【iblecompactionroller；2—-Towsfeedingcompactionroller；3_一Towsfeedmg