1、目的及意义

1.1 研究目的及意义

先进复合材料已成为新一代大飞机的主体结构材料, 其在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。波音787、空客A350等大型飞机的复合材料用量已经达到50%以上, 且在机身、机翼等关键结构采用了复合材料进行制造。随着飞机的大型化，飞机上所使用的复合材料构件的结构尺寸不断增大，用量也不断增多，用于制造大型复杂复合材料构件的自动铺丝技术获得了快速发展并得以工业化应用。

自动铺丝技术近年来发展迅猛，其工艺原理是由铺丝头将多束预浸丝束在柔性压辊下集束成带后，按照计算机规划的路径进行铺放。预浸丝束窄带在铺放过程可实现单独控制、并可进行转弯，具有较强的曲面适应能力，不仅可以铺放凹面、凸面，还可以实现开口、补强等变厚铺层，纤维角度偏差更小，生产效率更高。高端的自动铺丝设备是国外军机制造的重要专用装备，具有重要的战略意义。

1.2 国内外研究现状

国外在20世纪80年代初由Boeing公司的机械工程师Quentin Wood提出了“AVSD铺放头”设想，解决了纤维束压实、切断和重送的问题，1985年Hercules公司研发出了第一台原理样机。1989年Cincinnati Milacron公司设计出其第一台纤维铺放系统并用于1990年投入使用。随着自动铺放技术的不断发展，控制系统从模拟控制升级到全数字控制。20世纪90年代还开发了专用的CAD/CAM软件技术与硬件配套，使其功能日臻完善。目前铺丝机的单丝剪切、夹紧和重送等动作均可在计算机协调控制下完成，所使用的纤维束主要是由12K预浸长纤维组成，标准宽度由3.2mm、6.4mm、12.7mm三种。目前国际上主要的铺丝机生产商有美国Cincinnati machine、lngersoll公司，欧洲的Automated Dyna Micro、M.Torres等。

国内对纤维铺放技术的研究开始较晚，起点较低，目前没有定型的产品设备在生产中得到应用。南京航空航天大学在总装“航空支撑项目”和国家“863项目”资助下，完成了国内第一台八丝束纤维铺放原理样机，开发了基于CATIA的自动铺放的CAD/CAM软件原型，进行了纤维铺放及装备的初步技术储备。武汉理工大学与北京航天工艺研究所和西安复合材料研究所等单位合作开展自动铺放研究，从原理上设计了一台纤维铺放机，能够实现四路丝束铺放。

2. 研究的基本内容与方案

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

纤维铺放技术是树脂基复合材料制造技术中的一种， 其工作原理是将连续的纤维丝束通过预浸胶或树脂之后，按照设定好的路径铺放到芯模上，最后在一定温度下固化，制成所需形状的制品。

本次为4路丝束的铺丝头的设计，需要实现的功能有丝束的牵引和输送、加热/冷却、施压紧贴、剪切和重送等功能。拟采用的方案如下：

铺丝头的工作原理如图1所示，纤维丝束经过导向轮、进入铺丝头的丝束通道内，在经过重送系统进入夹紧系统，重送系统由重送压辊和重送轮组成分别由气缸和电机驱动。之后丝束在经过切断和加热系统后进行丝束的集合，然后被送入压辊下压紧到芯模的表面。

其中的各路丝束是独立控制，在铺丝的过程中可以通过切断或重送丝束以达到调节集合成的丝带的宽度来适应不同的芯模表面。切断过程中先由夹紧系统夹紧丝束防止丝束因张力回拉后无法被重送。丝带的最小增减量是单束丝束的宽度。