自動鋪絲機床到底有多重要?戰(zhàn)略利器!
提到自動鋪絲機床,你會想到什么?
這可不是用于紡織的機器!
而是一種增強工業(yè)核心競爭力的利器,在航空航天、汽車、高鐵、風電、船舶等領域具有非常重要的戰(zhàn)略價值。
自動鋪絲技術指在多坐標自動鋪絲機的控制下,鋪絲頭將多束預浸絲束通過放卷、導向、傳輸、壓緊、切割、輥壓等功能在壓輥下集束成帶,并按照計算機規(guī)劃的軌跡進行鋪層的自動化鋪放。
從科學角度了解過這項技術后,我們仍有些疑惑,為什么這項技術如此重要?今天就以飛機制造為例,一起來了解這項從無到有的重要技術。
天選之“絲”
首先,我們要了解鋪的“絲”到底是什么?
其實這些絲就是在飛機制造時,覆蓋在機身和機翼的碳纖維復合材料。
這種復合材料與其他材料相比有重量輕、比強度高、耐高溫和耐腐蝕等一系列優(yōu)點,被廣泛應用到航空航天、國防裝備及能源開發(fā)等領域,并推動了相關工業(yè)領域的快速發(fā)展。但是,受到復合材料纖維絲/帶尺寸及芯模表面的復雜曲率等因素的影響,對于曲率復雜的復合材料構件的制造還存在一定困難。
戰(zhàn)略熱“機”
這幾年復合材料在飛機上的應用突飛猛進,應用范圍越來越廣,用量越來越大。例如F35的比例是35%,而波音787和空客A350為代表的大型客機,復合材料用量已經占到飛機結構重量的50%,整個機身、機翼結構幾乎全部采用了碳纖維復合材料。如此大量地使用碳纖維復合材料,目的就是為了減輕飛機結構重量、提高飛機的可靠性。
飛機大面積采用復合材料,幾乎全是曲面結構,而尺寸較大的復合材料零件,通常都需要一體成型。以往傳統(tǒng)的手工鋪放方式,需要通過多次壓實保障鋪層質量,難度高、成型率低產品質量難以保障,已經無法滿足飛機制造的需要。
不僅是航天領域,隨著各個工業(yè)領域所需的復合材料構件的大型化、復雜化需求的不斷提升。自動鋪放設備既能夠大大提高復合材料構件的生產速率,又能夠通過精確控制鋪放過程中的工藝參數,來提高復合材料構件的精準度。自動鋪絲機床的研究成為了當下研究的熱點課題。
打破鉗“制”
此前,這種高端鋪放設備的技術被頂級制造企業(yè)掌握,如美國Electroimpact、法國Fives、西班牙MTorres。值得高興的是我們打破了國外封鎖,成功研制了七軸同步聯動的龍門式自動鋪絲機,可實現鋪絲過程的連續(xù)性,最大鋪放速度可以達到 30m/min,該機床X向行程30m,Y向行程6.5m,能實現最多32束預浸絲束的高效鋪疊,尤其在鋪放的穩(wěn)定性和鋪放精度上,做到了與國外同類產品相當的水平。雖然仍然不能與美國50m/min鋪設速度的自動鋪絲機相媲美,但這仍然是我國技術上從無到有的轉變。相應的國產纖維鋪放軟件也開發(fā)成功,為中國大型飛機的研制提供了強有力的技術保障。
技術優(yōu)勢顯而易見:
和人工鋪設相比,極大地降低了成本,材料浪費率也降低了。人工鋪設浪費率超過25%,而用自動鋪絲機床完成鋪設,浪費率僅為5%。
這項技術極大地提高了生產效率,可減少傳統(tǒng)人工層鋪勞動量40%~90%。
質量穩(wěn)定,保證組合部位精密度。
自動鋪絲技術不僅可以用于飛機制造,在其他如船舶、風電等領域也可以得到應用。
接下來我們仍要繼續(xù)攻克難關,對自動鋪絲機進行優(yōu)化。初步掌握這項技術,也證明了我國正在逐漸打破對西方高端技術的依賴。
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