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高端主动铺带机和铺丝机(ATL/AFP)的状态-4445.com-j55.com金沙一切网址

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:宣布工夫:2015-08-27【

高端主动铺带机/主动铺丝机(ATL/AFP)已成为当代大型飞机制造的要害装备。最近几年正在其获得连续快速生长取更普遍产业运用的历程中,出现出新的手艺观点,一批新型ATL/AFP机床得以面世。本文将聚焦高端ATL/AFP机床的最新发展趋势。 

主动铺带机/主动铺丝机ATL/AFP的生长 

具有下强度低密度特性的复合材料
Composites,下文简称复材)庖代传统铝合金材正在当代大型飞机结构件设想制造中得到了普遍运用,并已渐成为当代大型飞机的主构造用材。如波音787“空想” 大型客机和空客A350 XWB宽体客机复材用材重量比皆已凌驾了50%。这类趋向仍正在持续发展,据展望到2015-2020 年将达70%-80%。一些具有立异性的全复材或准全复材机身构件的无人机、直升机和商务机已研制胜利,釆用复材作为主结构件的飞机时期曾经降临。 

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正在当代大型飞机批量消费中,用於复材整体构件制造的主动铺带机ATL/主动铺丝机AFP则成为要害装备。20世纪90年月终本世纪初(2001年)前,基本上唯一美国Cincinnati机床公司和Ingersoll公司能背
航空飞机制造业供应大型ATL/AFP机床,美国ADC(Automated Dynamics Corp.)公司可以或许供应AFP机床。近来10多年来,航空飞机制造业对自动化复材构件制造手艺的急迫需求鞭策了ATL/AFP机床获得长足生长和更普遍产业运用。然则和金切数控机床比拟,能背航空飞机制造业供应ATL/AFP机床的制造商仍旧极其有限。 
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近来3~5年,一些复材构件铺放装备制造商推出了一些具有立异性的ATL/AFP机床,提出了一些新技术观点,鞭策着ATL/AFP机床持续发展取前进。ATL/AFP机床这类生长新趋势正在手艺层面上看,重要显示为:高速/下生产率铺放机床;多铺放头集成复合铺放机床;热塑性纤维铺放机床;商用
机器人平台铺放机床;ATL-AFP混淆铺放机床;多机铺放生产情况。 

现在,对ATL/AFP机床技术发展最主要的目的是进步铺放生产率和低落装备用度,且重要显现正在两个差别发展方向以顺应两种差别复材构件铺放应用领域需求:  本文来自织梦

(1)用於航空飞机制造业的大型庞大复材整体构件铺放的高端ATL/AFP机床,进一步背大型化、高速化、自动化和集成复合化偏向生长,以供应下生产率、下自动化、下机能和宽铺放运用局限的ATL/AFP机床。本文将对此做具体引见取议论。 

(2)面向详细运用的中小型复材整体构件铺放机床朝着模块化、自动化、正好范围和柔性化偏向生长,以供应下生产率、下自动化、低用度和有限铺放运用局限的ATL/AFP机床。有关这类低用度顺应型ATL/AFP机床本文不做议论。 

高端ATL/AFP机床趋势大型化取高效化 
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当代大型飞机主结构件设想制造已愈来愈多釆用复材整体构件已是显着发展趋势,并已从大型机翼长梁、蒙皮壁板等相对简朴复材构件发展到大型飞机整体筒壳机身段及中小型飞机整体筒壳机身等复材构件,且构件尺寸愈来愈大,整体构造愈来愈庞大。 

为顺应航空飞机制造业这类现实生长需求,诸如Cincinnati、Ingersoll和Forest-line公司等一些大型数控机床制造商借助其正在大型数控机床结构设计手艺的上风,最近几年皆纷纭推出其配有高铺放进给率铺放头的新一代大型高端(High level)ATL/AFP机床,其构造尺寸愈来愈趋势大型化。 

美国MAG Cincinnati机床公司的CHARGER系列ATL机床和Viper1200/3000/4000/6000系列AFP机床生长进程可作为这类趋势大型化生长的典范实例。图1为MAG Cincinnati公司和MTorres公司两款高端大型ATL机床;图2左为Hawker Beechcraft(豪客比偶)公司运用Cincinnati公司Viper AFP机床铺放制造豪客4000超中型级别公务机复材机身整体构件状况,机身最大直径已凌驾2m。据报道,现在豪客4000公务机的定单已凌驾了100架。MAG Cincinnati公司最新Viper 6000 AFP机床铺放复材整体筒形构件直径可达6.3m,驱动心模重量达86.3t。

 

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法国Forest-line公司和西班牙MTorres公司新近推出的AFP机床可作为高端AFP机床大型化的另外一典范实例。 

图3左为法国Forest-line公司2007年推出的高端大型AFP机床FPH ATLAS,重要用於大型飞机机身段复材构件和相似零件铺放制造,并可顺应半径达1m以上的内曲面(凸模)构件的铺放加工。据称其稀奇设想的紧奏型热固性铺丝头,保护轻易,运用6.35mm束宽32束或12.7mm束宽24束纤维束料,许可最短铺放纤维长度仅80mm,铺放进给速度达60m/min(直线机电驱动)。

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图3左为西班牙MTorres公司新推出的高端大型AFP机床TORRESFIBERLAYUP,用於A350 XWB机翼前/後梁和15段机身复材整体构件制造,紧奏型热固性铺丝头可设置运用3.2mm、6.35mm或12.7mm束宽32束纤维束料,铺放速度达60 m/min,最高铺放生产率可达45-50kg/hr。Forest-line公司和MTorres公司这两款高端大型AFP机床整体构造皆可凭据现实需求,大概道凭据复材零件构造需求而设想为立柱移动式的,并可带或不带卧式转台驱动构造,大概设想为龙门横梁移动式构造。 

现在,用於航空飞机复材构件制造范畴的高端ATL/AFP机床生长除其趋势越发大型化外,并泛起以下若坤生长新趋势:  copyright dedecms

(1)大型ATL机床多趋於釆用低轨龙门挪动结构设计,以获得更佳开放性,多设想有可选择设置差别规格(宽带或窄带)的铺带头,以实现铺放构件复杂度取生产率二者得以统筹; 

(2)大型AFP机床多设想设置有紧奏型热固性铺丝头,经由过程可选择的“窄带多束”或“宽带少束”铺丝头设置以知足差别用户需求,实现铺放生产率取制造构件复杂度二者得以统筹;  织梦内容管理体系

(3)大型ATL/AFP机床进给高速化(50~60m/min),以获得高铺放生产率(25~50kg/hr); 

(4)大型AFP机床多半设想有公用纤维束经轴架辅佐装配; 
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大型ATL/AFP铺放机床的整体结构设计,一般是考虑到被铺放零件的现实构造范例和尺寸巨细,一样平常为下公用性装备,只管它仍具有肯定宽的运用局限; 

当代数控机床的多主轴加工、加工单位和复合加工等手艺观点被扩大应用到ATL/AFP机床上,以实现进一步进步其铺放生产率。 

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正在风力发电装备制造范畴,用复合材料制造的大型风力发电装备螺旋桨叶片的巿场需求缓慢增进,且跟着发电功率的增大,所需的风机桨叶尺寸也愈来愈大,其长度可达30~50m。人们对大型螺旋桨叶复材整体构件的铺放制造需求也是增进ATL/AFP铺放装备趋於大型化生长的另一个推动力。图4所示为美国Entec公司制造的用於大型风力发电装备螺旋桨叶复材构件铺放加工的低轨龙门构造复材铺放机床和用户化定制的公用复材铺放机床。

 

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集成复合化ATL/AFP机床成为新趋势 

ATL/AFP机床高铺放生产率对实现复材构件批量消费和进步用户投资回报率(ROI)是至关重要的。对一个详细ATL/AFP铺放机床而言,一般很易对一切复材构件的制造中使高铺放生产率取制造复材构件复杂度二者获得统筹,致使用户每每需求购买差别规格铺放头的ATL/AFP机床。对用户而言,这不仅意味着要增添很大装备用度的肩负,并且借意味着要斲丧更多的能源、占用更多的车间园地和维护费用。 

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实际上,ATL/AFP机床的铺放制造才能正在很大程度上取决於其铺放头的功用取机能,如安在进步ATL/AFP机床铺放生产率同时又扩大制造复材构件适用范围则是航空飞机制造业所急迫期望的。为此,复材构件铺放装备制造商将当代数控机床的多主轴加工、加工单位和复合加工等手艺观点扩大应用到ATL/AFP机床上,经由过程集成复合化铺放工艺技术以进一步进步复材构件铺放生产率,并已成为大型ATL/AFP机床生长一种新趋势。 

1.多铺带头ATL机床  织梦内容管理体系

对ATL机床,处理制造复材构件复杂度取铺放生产率统筹的一种简朴要领是:将差别规格的铺带头集成在一起构成一种复合化铺带头,庖代传统多台ATL机床,使一台ATL机床便能实现多种带宽铺带工艺并可取得写意的高铺放生产率。FOREST-LINE公司推出的单铺带头构造的ATLAS铺带机可作为这类机床一种典范实例。 

该公司单铺带头ATL机床,同时设置了一个单工序铺带头和一个双工序铺带头,前者可间接用於铺放制造构件简朴表面形状的地区,运用宽300mm带料,後者则可用於铺放制造构件庞大表面形状的地区,运用宽150mm带料,实现了“双铺带工艺”的集成复合化,两个铺带头可瓜代事情,见图5左半所示。

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该ATLAS铺带机XYZ三轴驱动均釆用直线机电,X轴路程可达40m、Y轴(下架龙门内宽)8m,重25t龙门挪动速度可到达60m/min,加速度1.5m/s2,宽300mm带料卷盘盒容量可扩展到800-900m,并具有高度庞大的切割功用以顺应大型飞机庞大复材构件制造,确保飞机构造知足设想重量要求。实际上,这类单铺带头的ATLAS铺带机,合营FOREST-LINE公司ACCESS机床(用於150mm带料预先剪裁)可快速实现大型庞大外形复材构件的快速层铺制造。和该公司单铺带头的ATL机床比拟,用於大型机翼复材构件的层铺制造可进步铺放生产率2~4倍。 

日本三菱重工(MHI)从Forest-Line公司购买了4台双铺带头ATLAS铺带机,2台ACCESS机床,用於波音787客机机翼高低翼面复材蒙皮壁板层铺制造,壁板少36.5m,最宽处6.5m,为单曲率复材整体构件。日本富士重工(FHI)也从Forest-Line公司购买了1台双铺带头ATLAS铺带机,1台ACCESS机床,用於波音787客机复材翼盒层铺制造。 

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北京航空制造工程研究所和法国FOREST-LINE公司协作正在研制这类“单铺带头”的大型ATL机床,用於大型复材构件开辟研讨,现在已根基完成调试,行将投入现实运用。 

西班牙MTORRES 公司则釆用和上述差别的手艺路子去实现铺放制造零件复杂度取高铺放生产率二者优越统筹:经由过程将传统大型ATL机床单带构造的铺带头改成釆用多带构造的铺带头(见图5左),并运用於A350客机机翼制造。该多带构造铺带头许可装载4×75mm宽带料,其铺放生产率和装载单一300mm宽带料铺带头一样,但由於每条带料都可零丁掌握,因而多带铺带头可铺放制造表面更加庞大的复材构件。这类多带构造铺带头也可装载2条150mm宽带料。 
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实际上,MTORRES 公司这类多带构造铺带头可算作是等效於设置有4个75mm宽的集成化多铺带头的ATL机床,大概道其铺放工艺本质上就是主动铺丝机AFP铺放工艺技术的简朴运用。 

2.多铺丝头AFP机床 
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从一样平常意义上讲, AFP机床由於釆用多束纤维铺放工艺,在一定程度上处理了高铺放生产率取制造零件复杂度二者间的统筹。然则,由於运用的纤维束的宽度取数目之差别,高铺放生产率取制造零件复杂度二者难以统筹题目仍旧存在。 

美国ElectroImpact 公司2003年开辟了一种新概念的模块化铺丝头(Modular Fiber Head Placement),并经由过程设想有可主动交流铺丝头的AFP机床以期处理此现实困难,见图6。

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这类AFP机床对给定的一种纤维铺放运用需求的一切纤维束料都被放正在模块化铺丝头上,勾销了传统AFP机床上专设的纤维经轴架辅佐装配。一切纤维束铺放操纵皆集中正在该铺丝头上实现,包孕纤维束供料卷轴、牵丝辅佐装配、剪切刀具、张力掌握和固化加热等装配。同时,铺丝头和掌握它停止铺放活动的平台是星散的,相似金切数控加工中心机床中主动刀具交流功用一样,铺放加工需求的铺丝头可以或许实现快速被交流到“活动平台”上。这样一来,复材构件制造用户只需购买一台根蒂根基机床(活动平台)和多个铺丝头就可顺应差别复杂度的复材构件铺放加工运用,即正在知足高铺放生产率条件下顺应差别运用工具的铺放制造。 
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另外,ElectroImpact公司正在研制上述AFP机床胜利基础上借新开辟了一种由6.4mm束宽12束和12.7mm束宽12束的双铺丝头AFP铺放单位机床(Cell Machine),两个铺丝头可同时对大型飞机复材整体筒客机身材构件停止铺放,以进一步进步铺放生产率。同时,ElectroImpact 公司借挑选了第三方公司(CGTech)的CAM软件Vericut,作为该装备的编程体系Vericut ATL/AFP软件。图6右面所示的即为运用Vericut ATL/AFP软件仿真模仿双铺丝头AFP铺放单位事情场景。这类釆用自力於ATL/AFP机床的复材构件加工编程软件体系,也是ATL/AFP技术发展的一种新趋势。 
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3.新ATL-AFP混淆铺放机床手艺 

至此所引见的多铺放头ATL/AFP机床基本上均为统一范例铺放工艺(铺带或铺丝)的铺放头集成复合运用,以统筹高铺放生产率取制造构件复杂度。法国Forest-line公司新近正在其所属的Capdenac工场复材考证中央,设置了一台新研制的双铺放头铺放机床,则是将ATL机床铺带头和AFP机床铺丝头集成正在统一台复材铺放加工装备上,构成一种ATL-AFP混淆铺放机床,实现了ATL和AFP复合运用,见图7。

 

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实际上,该ATL-AFP混淆铺放机床是基於Forest-line公司传统龙门移动式ATL机床,正在可挪动活动的横梁上再设置一可作YZ轴活动的立式铺丝头,组成了龙门移动式双铺放头的铺放机床。该ATL-AFP混淆铺放机床的铺带头可选用75-300mm带料,用於高生产率地铺放制造简朴表面复材构件;铺丝头运用6.35mm束宽32束纤维束料,可用於铺放庞大表面复材构件。这类ATL-AFP混淆铺放机床稀奇实用於复材构件研讨开辟、试制、实行和技术培训运用,同时也可用於现实复材构件铺放制造。 

最後还应指出是,实际上模块化多铺放头手艺正在低用度实用型ATL/AFP机床上也得到了极其普遍运用。 
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新概念AFP装备 

1.新型AFP装备 

用於庞大曲面,特别是复材整体筒壳构件铺放制造的传统主动铺丝机(FAP)机床整体结构设计中都继续了传统复材构件主动环绕纠缠机(AFW)铺放工艺根基手艺头脑,正在FAP机床前皆设想有一个扭转心轴装配驱动芯模迁移转变停止零件曲面铺放,也就是说传统FAP机床结构设计中都要思索复材构件回转构造装配设想/制造的手艺题目。 

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然则,这类机床整体构造存在有显着的不足之处:扭转心轴驱动装配用度下,Ingersoll公司以为铺放庞大曲面复材构件,釆用有迁移转变阳模铺放的AFP机床其用度要比釆用阴模铺放的AFP机床贵7~10倍;需求公用的凸芯模装配,对庞大复材构件芯模设想制造手艺难度较大,且用度下;为确保正在扭转芯模上停止纤维束铺放的优越贴合,FAP机床需具有较大的热压才能;增添装备车间占地面积和维护费用。 

为此,一些复材构件铺放装备制造商推出了一种新概念的AFP机床,经由过程正在现场安顿简朴的凸(阴)模具,勾销了传统AFP机床扭转心轴驱动凸芯(阳)模迁移转变装配,从而可低落装备本钱实现低用度AFP铺放手艺。这类没有扭转心轴驱动阳模迁移转变的机床结构设计可显着削减传统AFP机床尺寸,加强窄腔复材构件铺放加工才能,并能同时隐着削减装备车间占地面积。 

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Ingersoll公司推出的第2/3代AFP机床Mongoose就是基於这类新概念设想的。图8左为美国Goodrich航空构件公司设置的单龙门双铺放头的Ingersoll公司AFP机床Mongoose(第二代),运用12.7mm宽32束的铺放头,铺放速度达40m/min,切割速度30m/min。Goodrich公司预备运用这类AFP机床来生产GEnx和用於波音787客机的Trent 1000发动机短舱复材内在讲支持结构件自动化铺放生产,之前该构件釆用人工铺放。 
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图8左为Ingersoll公司最新推出的第三代AFP机床Mongoose及其新设想的铺放头。该铺放头由於釆用模块化设想轻易凭据用户需求而组成立式或卧式AFP机床,同时可实用於凸模、凸模或平板模运用场所。当运用6.74mm 宽16束复材纤维,铺放速度达60m/min,切割速度50m/min,铺放复材表面积速度达720m2/hr,铺放生产率27kg/hr。

 

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2.下生产率AFP装备 -j55.com金沙一切网址-澳门金沙4787.com

进步ATL/AFP机床铺放生产率是现在ATL/AFP机床最新发展的最根基趋向,其釆用的手艺路子重要是经由过程提拔自动化、高速化和铺放工艺集成复合化程度去获得高铺放生产率。另外,一些大型ATL/AFP机床制造商将大型金切数控机床单龙门单主轴头并行加工头脑一样运用正在ATL/AFP机床上,背用户供应高铺放生产率的单龙门双铺放头ATL/AFP机床。 
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正在宇航和国防工业应用领域,ATL/AFP机床获得25~50 kg/hr铺放生产率应算是为高铺放生产率了。但对完整商品化(一般指非宇航和国防工业应用领域的一般民用产业)应用领域而言,这类铺放生产率仍旧不克不及知足用户的现实需求。为此,正在一般民用产业应用领域,人们釆用了另一种手艺路子:经由过程运用先辈的更大质量的纤维束料来获得AFP机床高铺放生产率。宇航和国防工业应用领域的AFP机床,典范多运用12K根自力少纤维构成一根“纤维束”构造的复质料。而用於风力发电装备风力涡轮叶片制造的AFP机床,已泛起趋势运用24K纤维束复材,以进步AFP机床铺放生产率。釆用更大质量纤维束则是民用产业应用领域ATL/AFP机床生长的一种新趋势。 -4445.com 本文来自织梦-澳门金沙国际赌场玩法

美国Entec公司开辟的用於大型民用风力涡轮发电机复材叶片制造的AFP机床(图9),则运用150K“纤维束”、 束宽18mm。铺丝头设想为能包容32根纤维束,即铺放复材束带宽达576mm,且每根纤维束都可零丁实现掌握,铺放精度可达±1mm,铺放生产率341kg/hr。正在某些铺放运用场所中,若是32根纤维束始终皆被运用,此时实际上是已将AFP机床转变为ATL机床运用,则甚至可取得680kg/hr高铺放生产率。这类高铺放生产率AFP机床供料卷轴一次可供应长达2200m纤维束。

 

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Entec公司这类高铺放生产率AFP机床,由於纤维束带质量较大,不运用传统的超声波型剪切刀,改用产业激光切割手艺去实现对零丁纤维束或全部纤维束带切割,但要求预浸料纤维束背料具有吸取激光能量的才能。应指出的是,Entec公司这类高铺放生产率AFP机床实际上已是一种下专利性的铺放装备。 

掌握机遇 研发大型ATL/AFP机床  本文来自织梦

现在,我国正在启动实行大飞机重大项目,并计划要釆用一定数量的复合材料整体构件(计划其重量比可达约25%)。为此,对ATL/AFP机床提出了迫切需要。而我国正在大型ATL/AFP机床研制、消费和现实产业运用等基本上还处於起步阶段,取国际先进水平比拟,仍存有较大差异。同时,国度已将大型ATL/AFP机床列入数控严重专项研制装备之类。因而,海内有气力的大型数控机床制造企业应存眷大型ATL/AFP机床技术发展和运用,捉住难过历史性生长机遇,投入需要的人力和物力尽快奋力研发主动铺带头/主动铺丝头要害功用部件和国产大型ATL/AFP机床,以知足海内航空飞机制造业的现实迫切需要,并尽快遇上国际先进水平

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作者:北京航空制造工程研究所 林胜    泉源:俗式产业专网
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