大型复合材料构件铺带机研发告捷

复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。一个国家和地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。自动铺带技术适于大型复合材料构件的成形，其专用制造装备——自动铺放机（分铺带机、铺丝机两类）已经成为高档数控机床的独特分支和重要补充。

专项素描

大型复合材料构件铺带机是高档数控机床与基础制造装备重大专项的十大标志性装备之一，适于大型筒形复合材料构件的成形，突破了手工成形、效率和质量保障难度大的瓶颈，实现了筒形复合材料构件自动化高速成形，可批量生产。

　　由齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司、南京航空航天大学、清华大学、航天材料及工艺研究所联合研制的大型复合材料构件铺带机，适于大型筒形复合材料构件的成形。其成形的产品质轻高强、质量可靠、可重复率高、使用寿命长。

　　目前，课题成果已应用于重点行业材料及工艺研究所关键部件的自动化制造，降低了制造成本30%、提高生产效率一倍以上，实现了我国在大型复合材料构件铺带机上的重大技术突破，促进了我国重大技术装备发展。

　　实现四大技术突破

　　大型复合材料构件铺带机的成功研发实现了四大技术突破。

　　主、副主轴同步双驱动技术。不仅进一步提高了伺服主轴的精度和静态特性，还提高了机床的动态响应速度和伺服主轴的进给速率，从而提升了产品质量，提高了铺带机的铺放效率。

重大突破

产品的成功研发，实现了主、副主轴同步双驱动技术预浸带超声切割技术、预浸带热风加热技术、预浸带张力控制技术等四大技术突破。

　　预浸带超声切割技术。采用超声切割技术对预浸带进行切割有以下优点：不会像CO2激光切割复合材料那样产生叶片刀刃硫化现象；具有非常精密的工艺效果；切割过程无污染，几乎是无尘切割；能切割纹理精细的材料，由于切割深度可实现精密的控制，所以切割材料时能保证垫片薄膜不被破坏。由于该超声切割系统利用超声波在变幅杆输出端的振幅及精密轴定位，使振幅和切割深度控制在要求的范围之内，保证背衬纸不被切断。

　　预浸带热风加热技术。课题研发团队采用了热风加热系统，装置连接机构将该装置固定于铺放头系统上，与其相连的电器盒内有温控系统以及鼓风装置。导风管将鼓风装置与热风口位置调节机构相连接，热风口位置调节机构上为带有加热丝的热风口宽度调节机构，在热风口前装有测量温度场温度用的热电偶。工作时，鼓风装置将空气通过导风管送到热风口经电热丝加热吹出。热风口宽度调节机构可以调节出风口宽度以适应不同带宽的预浸料，热风口位置调节机构可保证在需要的位置获得稳定温度场。该预热温度控制方法精确、误差小，利用该控制方法预热的预浸带在不同速度下铺放时，效果良好。

　　预浸带张力控制技术。预浸带输送采用伺服电机控制，同时用旋转编码器记录输送带长，为程控换带、随动切割提供信息。在铺带机的张力系统中，由于预浸带带卷半径的不断变化，使卷辊转动惯量、角速度及带线速度都处于变化状态，因而，张力系统为一多变量的时变系统。由半径跟随装置测定预浸带卷半径，得到反馈信号后经过A/D转换，计算出交流电机转矩大小，再由主控制器PLC调整交流伺服电机转矩，从而实时对供应的预浸带进行精确的张力控制。

　　创建产业科技创新平台

　　专项课题的实施，促进了该领域人才队伍建设和研发平台的搭建，特别是创建了产业科技创新平台。

　　目前，该研发团队已构建了以南京航空航天大学为主的铺带机装备技术研发平台，齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司、清华大学为主的铺带机结构分析与制造基地，航天材料及工艺研究所为主的自动铺带应用示范基地，形成了自动铺带技术研发—制造—应用产业科技创新平台和大型复合材料构件铺带机产学研用的创新团队，共同解决了多项复合材料铺放关键技术，形成了具有自主知识产权的专利技术11项。

应用前景

适用于国民经济重点行业对大型复合材料制品要求苛刻的领域，为自动铺带装备系统国产化和铺带技术推广应用提供支撑，解决了专用自动铺放系统之急需，推动大型飞机复合材料构件高效率、高质量的自动化制造的技术进步。

　　数控机床专项所研制的大型复合材料构件铺带机，紧跟国际先进设计制造技术和发展趋势，形成了具有自主知识产权的大型复合材料构件铺带机装备的设计制造和应用技术，填补了国内空白，满足了目前国内市场对于大型铺带设备的需要，打破了西方发达国家对我国在此领域的技术封锁。同时，铺带机的研制成功，将为超大型风电叶片、高速轨道交通工具研制及大批量生产提供手段，促进节能减排和可持续发展。

来源：中国工业报

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