數(shù)字化技術(shù)在復(fù)合材料構(gòu)件研制中的應(yīng)用

張延京，楊忠，李俊英，李健平

(西安工業(yè)大學(xué)材料與化工學(xué)院，陜西西安710021)

所謂的復(fù)合材料，就是具備高強(qiáng)度、高硬度的增強(qiáng)材料。復(fù)合材料與普通材料相比，具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的抗疲勞性和抗腐蝕性等特征，被廣泛的應(yīng)用在鋪設(shè)基體中，是一種新型材料。

1 復(fù)合材料產(chǎn)品數(shù)字化的含義

由于飛機(jī)制造外形較為復(fù)雜，內(nèi)部空間相對狹小，而且飛機(jī)制造所消耗的零件數(shù)量十分龐大，各部件之間的協(xié)調(diào)性十分復(fù)雜，質(zhì)量要求相對較高。而復(fù)合材料應(yīng)用于飛機(jī)制造產(chǎn)業(yè)中所帶來的效果十分顯著，不僅能夠輕易成型，適應(yīng)各種復(fù)雜的構(gòu)件，還能夠大量減少零件數(shù)量，從而使得協(xié)調(diào)關(guān)系更加簡單，保證了飛機(jī)制造的整體性，從而使得飛機(jī)結(jié)構(gòu)的總重量降低，保證了飛機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性。由此可見，對于航空領(lǐng)域中應(yīng)用復(fù)合材料是十分重要的，尤其是在飛機(jī)制造行業(yè)中，性能優(yōu)越的飛機(jī)都是在先進(jìn)的復(fù)合材料技術(shù)支持的基礎(chǔ)上得以實現(xiàn)的。而新型飛機(jī)的不斷出現(xiàn)，都能夠極大的促成先進(jìn)復(fù)合材料制造技術(shù)的迅猛發(fā)展。由此可見，復(fù)合材料在飛機(jī)制造中應(yīng)用的數(shù)量和應(yīng)用部位已經(jīng)成為飛機(jī)是否先進(jìn)的重要衡量依據(jù)。

2 數(shù)字化技術(shù)在復(fù)合材料構(gòu)件研制中的應(yīng)用分析

2.1 復(fù)合材料計算機(jī)輔助工藝快速設(shè)計技術(shù)

2.1.1 建立復(fù)合材料工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

復(fù)合材料與其他材料的制作工藝有很多方面的不同，最主要的不同之處在于復(fù)合型材料在設(shè)計方案的一開始就能夠全面的表達(dá)出工藝的特征。這是因為在設(shè)計之初就針對性的決定了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和鋪層以及制作順序，所以復(fù)合材料的制作工藝在一開始就已經(jīng)確定了。無論是工藝技術(shù)還是方案設(shè)計思路，對于復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范是非常重要的。而且，通過對于復(fù)合材料制作工藝的規(guī)范化，這樣就能夠判斷出產(chǎn)品的公式是否符合標(biāo)準(zhǔn)，是否能夠被制造出來，還能夠?qū)Ξa(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。要運(yùn)用哪些材料、選擇怎樣的設(shè)備和工裝、要通過什么樣的方法進(jìn)行檢測，有哪些因素能夠影響到復(fù)合材料的質(zhì)量，這些問題都能夠通過規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)得以明確，根據(jù)這些工藝規(guī)范，我們不僅能夠在材料進(jìn)行生產(chǎn)的同時節(jié)約時間，還能夠極大地節(jié)約成本、制作經(jīng)費(fèi)和周期，促進(jìn)了復(fù)合材料的工藝水平的不斷進(jìn)步。

2.1.2 建立復(fù)合材料計算機(jī)輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)

在CAPP系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，通過借鑒其成功的先進(jìn)經(jīng)驗，建立起適用于復(fù)合型材料的CAPP系統(tǒng)，既要能夠滿足復(fù)合材料制造的需要，又要滿足復(fù)合材料自身的特點(diǎn)。所以，對于復(fù)合材料的主要研究內(nèi)容是建立起一個復(fù)合材料工藝設(shè)計的創(chuàng)作環(huán)境，保證工藝人員在這樣的工作環(huán)境中能夠方便、高效的進(jìn)行復(fù)合材料的構(gòu)件的工藝設(shè)計和信息管理。要保證復(fù)合材料的工藝設(shè)計信息庫和典型的工藝庫的不斷完善和發(fā)展。

2.2 復(fù)合材料構(gòu)件工裝快速研制技術(shù)

對于復(fù)合材料構(gòu)件工裝數(shù)字化技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)要逐漸的形成并確立，包括行業(yè)內(nèi)認(rèn)可的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。更要保證不斷的適應(yīng)復(fù)合材料工藝的發(fā)展，開發(fā)出對應(yīng)的裝備工具、而為繪圖工具等。要建立并完善工裝設(shè)計知識庫，典型工裝結(jié)構(gòu)庫、標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫。在這寫關(guān)于工裝快速研制技術(shù)的設(shè)計體系中，要加大對于復(fù)合材料構(gòu)件的工裝系統(tǒng)的知識驅(qū)動設(shè)計，建立起工裝數(shù)控的參數(shù)庫，這樣的做法不僅能夠保證符合材料構(gòu)件的開發(fā)、研制時間大幅度的下降，還能夠降低復(fù)合材料的研制開發(fā)經(jīng)費(fèi)，降低生產(chǎn)的成本。從而達(dá)到增強(qiáng)復(fù)合材料質(zhì)量的目的，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的產(chǎn)品競爭力。

2.3 復(fù)合材料自動剪裁技術(shù)

在CAPP系統(tǒng)的技術(shù)上，對應(yīng)開發(fā)設(shè)計軟件形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，保證產(chǎn)品的設(shè)計和工藝設(shè)計之間的無縫對接。剪裁系統(tǒng)的軟件開發(fā)應(yīng)該集中在鋪層展開與排樣優(yōu)化方面，還要做到預(yù)浸料的自動裁剪。這樣能夠保證對于復(fù)合材料的下料樣板的取消。

2.4 復(fù)合材料激光鋪層定位系統(tǒng)

對于復(fù)合材料專用軟件的不斷引進(jìn)，并且對應(yīng)的解決復(fù)合材料構(gòu)件在實際生產(chǎn)過程中的再次開發(fā)，能夠?qū)④浻布g進(jìn)行合理的優(yōu)化統(tǒng)一，這樣就能夠保證對于激光鋪層的精確定位，從而實現(xiàn)符合材料構(gòu)件的dfm。這一技術(shù)在實際中的應(yīng)用能夠取消鋪層的需求。

結(jié)束語

伴隨著復(fù)合材料工藝的不斷進(jìn)步，大量的復(fù)合材料廣泛的應(yīng)用于航空制造領(lǐng)域、軍民用飛機(jī)產(chǎn)品中。從目前情況來看，無論是國內(nèi)飛機(jī)制造廠商還是國外的飛機(jī)制造廠商，在對于自身生產(chǎn)的復(fù)合材料構(gòu)件都提出了更高的要求，例如改進(jìn)產(chǎn)品工藝方法、提升制造效率、提高制造質(zhì)量、降低綜合制造成本等。尤其是在自動化制造產(chǎn)業(yè)有了長足的發(fā)展，并且被廣泛的應(yīng)用于制造行業(yè)中的形勢下，復(fù)合材料構(gòu)件的加工制造設(shè)備與制造手段更加的智能化、自動化以及數(shù)字化，而且生產(chǎn)的工藝技術(shù)也朝著多元、融合的方向發(fā)展。

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