温度对预浸料铺放效果的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep．252011V01．32No．91740—1745ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2011)09—1740—06温度对预浸料铺放效果的影响文琼华1，王显峰2一，何思敏1，黄志军2，肖军21．成都飞机工业(集团)有限责任公司，四川成都6100912．南京航空航天大学材料科学技术学院，江苏南京210016摘要：为了有效控制自动铺带成型T艺参

2、数，针对自动铺带成型工艺过程，分析了自动铺带成型过程中温度对预浸料铺放效果的影响。在一定的压力和速度作用下，根据温度对自动铺带过程中预浸料基体流动性的影响，提出了一种基于热弹性理论来计算预浸料形变的方法。针对预浸料的铺覆性和形变进行自动铺放试验，验证了在自动铺带过程中温度对预浸料黏附性和带宽变形均有影响：预浸料黏附性随着温度的升高先增大后减小，而预测浸料带宽随着温度的升高和基体流动性的增大而越来越大。从而证明了热弹性理论计算预浸料形变的正确性和可行性，为自动铺带成型工艺参数提供了理论依据。最后，总结分析温度对预浸料铺放质量的影响，为实际产品成

3、型工艺提供参考。关键词：自动铺带；复合材料；预浸料；成型；温度；形变中图分类号：V261；TB33文献标识码：A自动铺带技术是大型复合材料翼面、壁板的重要成型方法。该技术以带有隔离背衬纸的预浸料为原料，在具有多个运动自由度的铺带头中完成预定形状切割，加热后在压辊作用下按程序路径铺叠到芯模表面，可实现平面及一定曲率复合材料壁板的自动铺放，具有生产效率高、制造成本低的特点，在国外部分发达国家已开始应用于航空复合材料构件的设计制造[1。5]。如美国用于昏1／B_2轰炸机，海军A6闯入者飞机和空军F-22战斗机机翼蒙皮，C一17军用运输机等机翼复合材

4、料结构件，波音777飞机机翼、水平和垂直安定面蒙皮，全球鹰RQ一4B大展弦比机翼，波音787机翼等。欧洲生成的复合材料结构件包括A330和A340水平安定面蒙皮，A340尾翼蒙皮，A380安定面蒙皮和中央翼盒等¨]。复合材料自动铺带技术是装备技术、CAD／CAM软件技术和材料工艺技术的集成。装备技术是工艺技术研究的先决条件，CAD／CAM软件技术是基础，材料工艺技术则是应用的关键【7]。20世纪70年代开始推出商品化的平面型和曲面型自动铺带机[8]。良好的自动铺带成型需要基体材料窗口与设备加工窗口的匹配和恰当的工艺参数控制，预浸料的铺放质量与

5、铺带过程中加热温度、铺放速度、压力等参数的选择相关，这些工艺参数导致的预浸料特性变化是铺带轨迹规划中必须考虑的内容。需优化温度协调预浸料一预浸料与预浸料一背衬纸的黏性，保证在铺放过程中预浸料与背衬纸的顺利剥离及与铺层间的良好黏附和舒展铺贴。铺放速度的加快可以显著地提升自动铺带生产效率，然而铺带速度受预浸料等材料特性、相关设备参数以及所铺制品几何形状的制约。在自动铺带过程中，预浸料在压辊作用下被铺叠收稿日期：2010—12—06；退修日期：2011-01—18；录用日期：2011—06—09；网络出版时间：2011-07．0711：07网络出版

6、地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110707．1107．002．htmID0l：CNKI：11-1929／V．20110707．1107．002基金项目：国家自然科学基金(50905088)*通讯作者．Tel．：025．84892980E．mail：wx2003—999@126．corn鳓用椿武I文琼华，王显峰．何思敏，等．温度对预漫辩铺教效果的彩响[J]，航空学撮．201，，32(9)：1740—1745．WenQionghua。WangXianfeng．HeSimin。etal．Influe

7、nceoftemperatureonplacementeffectofprepreg￡J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．20I

8、，32(9)：1740-1745．文琼华等：温度对预浸料铺放效果的影响到芯模表面，压辊压力过小，易造成铺层压实不严，产生气泡、翘曲等缺陷，而压力过大，会使预浸料板坯局部变形。在整个自动铺带技术中，材料的特性与铺带工艺参数的匹配程度直接影响复合材料制品的质量和性能。本文以南京航空航天大学自行开发的10轴控制5轴联动自动铺带机为试验平台，研究温度在预浸料铺放过程中对成型的影响L

9、9]。1温度影响分析黏性／铺覆性是预浸料的重要工艺性能之一，也是预浸料质量控制的关键指标，黏度／铺覆性的好坏，直接影响单层质量和铺放过程。黏度过大，预浸料难以与背衬