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星火机床在多轴数控缠绕领域取得重大突破机翼、叶片等复杂构件加
发布时间: 2022-09-22 04:01:27 来源:火狐体育全站app入口 作者:火狐体育手机版官网
详细说明

  先进复合材料的缠绕、铺放成型是固体火箭发动机壳体,大飞机机身、机翼,风电叶片等核心部件的关键制造技术,对我国重大项目的实施和航空航天事业的发展有着举足轻重的作用。多年来,我国复合材料缠绕、铺放成型制造技术一直面临“卡脖子”难题,4月2日,由星火机床集团公司联合武汉理工大学研发的国家重点项目,多轴联动复合材料数控缠绕设备正式交付委托方。由此,长期依赖国外的复合材料缠绕设备“卡脖子”难题得以彻底解决,星火机床集团公司也全面实现了关键核心技术自主可控的重大突破。

  复合材料作为一种先进材料,具有非常广阔的发展空间。先进复合材料具有质量轻、比强度高、耐高温和耐腐蚀等一系列优点,被广泛应用到航空航天、国防装备及能源开发等领域,并推动了相关工业领域的快速发展。复合材料的广泛应用,在很大程度上取决于复合材料的成型工艺。其中,缠绕和铺放技术是近年来发展快、有效的技术。

  缠绕技术是指在控制张力和预定线型的条件下,将预浸胶纤维或布带连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上,然后在室温或加热条件下使之固化成一定形状制品的方法。

  带缠绕成型技术随着计算机技术、信息技术、控制技术的发展,在功能方面不断扩大。从国外来看,美国已将带缠绕成型工艺应用于型号研制:MD-2 固体火箭发动机喷管部件中的 13 个零件,“侏儒”导弹的发动机喷管都是通过缠绕成型;欧洲、日本也在航天器、武器研制等领域广泛地应用带缠绕成型工艺:欧洲“阿里安”火箭的助推器喷管,法国 M51 导弹的壳体,日本 M-3S2、H-I、H-H 火箭的助推器喷管都在使用缠绕成型的复合材料。

  在国内,我国自 60 年代就开始研制复合材料缠绕设备及其成型工艺。如北京玻璃钢研究设计院、航天一院 703 所、航天四院 43 所、哈工大以及华中科技大学等单位先后研制出不同的复合材料缠绕成型设备。西工大通过自主研发的多功能布带数控缠绕机,工作效率高,缠绕出的制品达到型号工艺要求,成为能够满足高性能发动机喷管以及宇航飞行器绝热、耐烧蚀部件研制的关键配套设备。但是,上述缠绕成型设备基本上都是针对型面规则的回转体零件研制开发的,对于诸如大飞机的机翼、机身、风电叶片等大型非规则复杂结构件无法实现缠绕成型。

  随着复合材料相关技术的发展,带缠绕、铺放成型技术呈现出多工艺复合化、成型设备精密化、CAD/CAM技术应用日益增多、成型设备与机器人结合化、热塑性树脂基复合材料逐渐增多及新型固化技术不断应用的发展趋势。经过 40 余年的研究与发展,我国复合材料缠绕、铺放成型制造技术的研究和应用已初具规模,但仍然面临着国外技术的严密封锁与技术储备的严重不足。

  4月2日,由星火机床集团公司联合武汉理工大学研发的多轴联动复合材料数控缠绕设备正式交付委托方。由此,长期依赖国外的复合材料缠绕设备“卡脖子”难题得以彻底解决。

  这次交付用户的设备是国家重点项目关键设备,是集新工艺、新材料制造技术、自动控制技术等为一体的智能化高新技术产品,能够完成各种非金属玻璃纤维、碳纤维复合材料产品的筒形、球形、锥形等形状的缠绕加工生产。

  星火机床集团公司专用机床总设计师董全宏介绍道,该设备主要有自动化程度高、精度高、可靠性强等特点,突破了国内很多的技术瓶颈,解决了国内(技术)卡脖子问题,填补了国内空白。

  纤维缠绕技术目前应用于许多特殊构件和重点领域,但由于受国外核心关键技术制约,国内高端缠绕设备技术及设备的研发较为缓慢。为此,星火机床集团公司联合武汉理工大学,于2020年成立了国内首个专门研究复合材料设备的“复合材料缠绕设备创新工程中心”,全力以赴开展技术研发。目前,已完成多款高精度、超重型数控缠绕设备,实现关键核心技术自主可控重大突破,满足国防建设需要。

  湖北三江航天江北机械工程有限公司机动处副处长苏循志介绍道本次突破帮我们把生产效率提高了一倍,由单台壳体从两天一台提高到了一天一台,目前缠绕壳体也达到了军检的标准。

  作为全省工业产业链“链主”企业,星火机床集团公司以现有技术为支撑,还在研发轻型化生产铺丝设备和承重300吨的重型数控缠绕机床,为补强全省乃至全国机械制造产业链,实现产业基础高级化,产业链现代化增添星火元素。

  [4]史耀耀,阎 龙,杨开平.先进复合材料带缠绕、带铺放成型技术[J].航空制造技术,2010(17):23-27 .

  [5]曹忠亮,林国军,郭登科,曹清林.6 自由度自动纤维铺放成型机设计与研究[J],制造技术与机床.2022(04):75-81.

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