Abstract

Compared with labour-intensive and time-consuming processing of conventional fabrication methods, the robotic fiber placement process greatly improves the flexibility of the fiber placement process and allows for the construction of more complex structures. Based on the study of the placement process, the intimate contact process and healing process were analysed theoretically. The key process parameters for affecting the quality of the composite component were put forward:hot gas torch temperature, compaction force and laying velocity. In order to analyse the fabrication process for laying the cylindrical parts with 0-degree tow direction, the model of the process parameters coupling affected the interlaminar bond strength was established, according to the design of the response surface method. The reliability and validity of the model were verified by the analysis of variance. The optimal process parameters of fiber placement were obtained. The results show that the model is effective and the optimum peeling force of the laying products is 24.1 N under the optimum process parameters.

Highlights

  • The results show that the model is effective and the optimum peeling force of the laying products is 24.1 N under the optimum process parameters

  • Journal of Materi⁃ als Engineering, 2012(2) : 91⁃96 ( in Chinese)

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Summary

Introduction

基于以上的众多优点,越来越多的学者对机器 人纤维铺放技术进行研究,尤其是过程参数对产品 性能的影响。 Khan 等人针对铺放速度、模具温度、 压实力等过程参数,对复合材料质量的表征,层间粘 结发展和过程参数优化方法等方面进行了研究[8] 。 Bendemra 等人研究使用力控制单元来设置和监测 所施加的压实力,并对自动纤维铺放技术的操作参 数进行优化。 实验结果显示可以实现压力低波动, 压力控 制装置用于自动纤维放置具有可行性[9] 。 Grouve 等人对带铺放过程中工艺参数、制品质量和 层间粘结强度进行分析和实验研究,实验结果表明 在激光器的作用下,可以高速度和低输入功率获得 优良的粘合质量[10] 。 文琼华等人针对自动铺带成 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。 通过实验验证了自动铺带过 程中温度对预浸料粘附性和带宽变形均有影响[11] 。 段玉刚等人通过实验研究了复合材料铺放过程中压 紧力、预浸带加热温度及芯模温度对复合材料力学 性能的影响。 结果表明压紧力与加热温度对层间剪 切强度影响很大[12] 。 Zhao 等人针对热塑性复合材 料机器人纤维铺放多层结构零件建模,提出了提高 层间粘结均匀性的方法[13] 。 总之,复合材料制品性 能受到压辊压力,铺放速度,热气炬温度,预浸料丝 束表面粗糙度、芯模温度等因素的影响。 由于预浸纤维丝束的特殊制造工艺导致其具有 不规 则 表 面。 基 于 Lee 和 Springer 的基础模型, Khan 提出不规则复合材料表面可以由一系列相等 大小的矩形组成的表面表示[8] 。 在铺放过程中,预 浸纤维丝束通过热气炬加热到给定温度,并且通过 压辊施加法向压力进行铺层,因此纤维丝束表面的 几何形状将变形。 图 2 给出了在经受来自压辊压力 之前和之后,预浸纤维丝束和基底表面之间的接触

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