复合材料缠绕成型技术的多样化发展

近年来,纤维缠绕复合材料制作关键环节包括芯模、固化工艺以及固化加压方式等呈多样化发展趋势,促使纤维缠绕成型工艺应用范围日趋扩大,介绍了纤维缠绕成型工艺芯模、固化工艺及固化加压方式多样化发展的现状.     

连续碳纤维增强尼龙6复合材料3D打印装备与参数调控

为实现高性能纤维增强树脂基复合材料低成本、一体化快速制造,本文研究了一种连续纤维增强热塑性复合材料3D打印技术。借鉴熔融沉积成形工艺,建立了其成形原理,设计了集成打印头模块并搭建原理样机,采用二级喷嘴对打印工艺参数进行调控,建立了工艺参数对纤维含量与力学性能的影响关系,在纤维体积含量达到44.1vol%时,连续碳纤维增强尼龙6复合材料的拉伸强度与模量达到405MPa与80.6GPa,弯曲强度与模量达到565.8MPa与62.1GPa。     

复合材料传动轴固化成形的变形预测与补偿

复合材料传动轴在飞机、汽车等领域的应用范围越来越广,但是在实际生产中,为了保证复合材料传动轴的几何形状,通常需要经过切削加工才能达到精度要求,严重影响了传动轴的强度和疲劳寿命。针对某直升机复合材料传动轴的固化变形问题进行了深入研究,提出了一种基于变形预测及芯模反向补偿的复合材料传动轴精准成形方法,有效避免了切削复合材料纤维的问题,即首先利用ABAQUS软件对传动轴进行变形仿真,在得到构件变形量的基础上对传动轴芯模部分进行反向补偿,成形后直接得到符合精度要求的传动轴,该方法在实际生产中得到了有效验证。     

航天529厂水溶性模具技术取得突破性进展

航天529厂承担的预研项目——复合材料构件水溶性芯模应用技术研究取得了突破性进展。在复合材料制造领域,金属材料常被用作复合材料成型用的模具,然而,金属模具在使用时有其局限性,对于一些封闭型腔、复杂型腔或中空结构的制件,如采用金属模具往往需要多块组合而成,不但设计复杂、制造费用高、周期长,而且不易保证尺寸精度、脱模困难。在这种情况下,用水溶性材料制造的模具可以解决这一难题。529厂课题组成员经过反复试验摸索,掌握了水溶性模具制造的关键技术,在项目前期对水溶性材料物理性能、力学性能进行研究的基础上,     

整体式风电叶片紫外光原位固化纤维铺放制造技术

针对风电叶片树脂传递模塑制造工艺自动化程度低,劳动强度高,质量不稳定等问题,提出整体式风电叶片自动化制造新方法,该方法将紫外光原位固化工艺和自动纤维铺放技术相结合以实现整体式风电叶片的制造。根据风电叶片前后缘存在极大曲率的外形特点,提出过渡线轨迹生成算法以获得完整的初始铺放轨迹信息。通过CATIA CAA软件二次开发实现前后缘处铺放轨迹自动生成,以解决极大曲率风电叶片铺放路径生成问题。通过分析整体式叶片芯模的制造方案,并进行整体式风电叶片紫外光原位固化纤维铺放成形基础试验,验证了所提出整体式风电叶片自动纤维铺放制造方法是可行的。该方法能够使预浸带沿任意角度铺放,并通过铺缠在芯模上完整的预浸带铺层来代替分片式叶片中的胶层,有利于提高整体式叶片的综合性能。为了进一步提高紫外光原位固化纤维铺放工艺所制备的复合材料层合板的性能,高质量光固化预浸带的研制需要尽快开展。     

连续纤维自增强复合材料3D打印及其回收性能研究

连续纤维增强复合材料3D打印工艺的出现,为复合材料构件低成本快速制造提供了一种新方法,为了充分利用3D打印连续纤维增强热塑性复合材料成形快,易成形复杂零部件的特点,结合自增强复合材料具有良好界面结合性,可循环利用的优势,分析了自增强复合材料3D打印技术研究的发展现状,提出一种利用过冷熔体成形连续纤维自增强复合材料的3D打印方法,设计了基于过冷的自增强复合材料熔融挤出打印喷头,采用聚苯硫醚(Polyphenylene sulfid,PPS)纤维与PPS树脂作为自增强复合材料原材料,探究自增强复合材料成形打印温度窗口、复合材料力学性能、微观界面结合性,以及对连续纤维自增强复合材料完全可回收性能研究分析。     

复合材料构件可制备性设计方法研究

本文介绍了基于制造工艺可制备性的复合材料产品设计方法。依据并行工程原理,利用复合材料的制备工艺对构件的设计方案进行评价,从设计／制造系统一体化的角度来解决保证复合材料制造质量的问题。     

七、非热压罐成型技术在航空航天大型复合材料结构件中的应用取得重大突破

固化工艺作为树脂基复合材料构件最终成形必要的工序之一,对树脂基复合材料最终性能和其制造成本起着至关重要的作用。近几年,为克服热压罐固化工艺在成型复合材料构件时存在的能耗高、成形时间长、固化过程难以控制等工艺问题,以及复合材料构件大小受热压罐容积限制,且热压罐设备成本很高等设备问题,国外积极研发成本低廉、周期时间短的非热压罐固化成型工艺及装备技术。2014年,非热压罐固化成型技术在航空航天大型复合材料构件中的应用取得重大突破：非热压罐成型的直径5.5m运载火箭复合材料液氢贮箱成功通过性能测试;非热压罐成型技术首次用于飞机机身、机翼等主承力构件的批生产;开发出新型的自动铺带+非热压罐固化复合的工艺装备。     

板料局部管状凸台壁部增厚成形工艺与模具

采用拉深、翻孔等常规工艺,在板料上形成局部管状凸台,然后对管状凸台进行镦压成形,以保证凸台的高度和增强管壁厚度;运用DEFORM软件对给定零件的增厚成形过程进行了数值模拟,设计了模具并进行了实验研究。实验结果表明,不论是从外壁扩径增厚成形还是从内壁缩径增厚成形,一次成形均容易在圆角处产生折叠,而采用二次成形,利用模芯圆角半径R≥6mm进行预成形,然后精整圆角部分,可以避免在圆角处产生折叠的缺陷,提高筒壁与底部的连接强度,保证增厚成形部分的质量。     

4D打印热塑性聚氨酯/钕铁硼磁性复合材料成形工艺与性能研究

传统的3D打印技术逐渐无法满足高端制造领域对构件的要求,材料-结构-功能一体化增材制造即4D打印技术将是新的发展方向。为此,选取热塑性聚氨酯(TPU)/钕铁硼(NdFeB)磁性复合材料体系,采用激光选区烧结(Selective laser sintering,SLS)工艺成形具有不同Nd FeB含量的复合材料成形件,研究了复合粉末的粒度及其分布、微观形貌、成形前后化学基团演变,成形件晶体结构、力学性能及变形行为,结果表明Nd Fe B含量会影响复合材料成形件的力学性能和变形行为,增加Nd Fe B含量能够增大成形件在磁场中受到的作用力;当Nd Fe B含量在复合材料中质量分数为30%时,复合材料成形件拥有最佳的拉伸强度。本研究将TPU/NdFeB复合材料体系作为一种创新的4D打印材料,成形的磁性智能构件在磁场中发生变形,实现了磁场驱动的4D打印,对4D打印磁性智能构件的发展具有指导意义。     

An investigation on the wear resistance of high strength concretes

In this study, a relationship was determined between the mechanical properties (compressive and splitting tensile strengths) and wear resistance of high strength concretes (HSC) having compressive strength between 65 and 85 MPa. For this purpose, 108 test specimens were produced from six different mixtures. After 28 days standard curing, compressive strength, splitting tensile strength, and wear resistance tests were performed on the specimens. From the test results, mathematical expressions were developed to estimate the wear resistance of concrete regarding their compressive strength and splitting tensile strength. As result a reliable relationship was produced from this properties.     

聚醚醚酮3D打印成形工艺的仿真和实验研究

为解决高性能医用聚醚醚酮（polyethoretheretherketone,PEEK）零件复杂结构难以加工的问题,采用基于熔融沉积原理的3D打印方式,辅以高温成形腔体结构,通过模拟仿真和工艺实验,开展PEEK的快速成形系统工艺研究。仿真结果表明：采用接近PEEK玻璃化温度的高温成形腔体环境,可以明显地减小PEEK试样的翘曲变形；采用较小内径的喷嘴,有利于PEEK丝材的熔化和熔融挤出稳定性。实验数据表明：喷嘴内径0.4 mm和打印层厚0.1 mm的设置条件下,PEEK试样的最高平均拉伸强度可达到74.74 MPa,接近传统注塑成形零件的拉伸性能。     

Fe-Mo-B预合金粉对温压铁基材料烧结硬化性能的影响

研究了Fe-Mo-B预合金粉的含量对温压铁基材料烧结硬化后试样的密度、尺寸精度、表观硬度和抗拉强度以及显微组织的影响。结果表明：混合粉中加入一定量的Fe-Mo-B预合金粉,利用温压工艺压制成形后烧结硬化,可有效提高试样的力学性能并可获得典型贝氏体组织。烧结试样密度最高为7．49g／cm^3,其相对密度为97．74％;表观硬度最高可达44HRC,抗拉强度为1434MPa。     

原位成型微织构自润滑陶瓷材料的制备及其性能研究

表面织构具有改善表面润滑状态和减摩抗磨的作用,在工程领域的应用也越来越广。现有的微织构加工方法很多,但成本较高,且加工周期长。本试验提出了原位成型的加工方法,以石墨为微织构凸模,设计、加工了沟槽型微织构,经热压烧结工艺将微织构置入到陶瓷粉体中,原位成型表面微织构陶瓷材料。对所得材料进行力学性能测试和摩擦磨损试验,用扫描电镜(SEM)观察裂纹、断面形貌以及磨损表面。结果表明:沟槽型织构材料的断裂韧性和抗弯强度分别为7.4MPa·m~(1/2)和504.8MPa,比无织构材料分别提高了约0.4%和12.3%;沟槽型织构试样摩擦系数较为平稳,且与无织构试样相比,最大摩擦系数和最小摩擦系数分别减少了约33.3%和18.2%;沟槽型织构试样的磨损形式主要是磨粒磨损,无织构试样的磨损形式主要是粘结磨损。     

Fabricating hollow turbine blades using short carbon fiber-reinforced SiC composite

The development of hollow turbine blades fabricated by nickel-base superalloy is limited by its high density and low operating temperature (<1,100 °C). A new technology for fabricating hollow turbine blades of fiber-reinforced SiC composite was put forward. The chemical corrosion process of DSM Somos 19120 resin mold was investigated, and the pyrolysis of phenolic resin and the infiltration of liquid silicon were analyzed by using scanning electron microscope and X-ray diffraction. The influence of carbon fiber content on fracture strength and fracture toughness of fiber-reinforced SiC composite was investigated using the measurement of three-point flexural strength test. Results showed that stereolithography molds of photosensitive resin were corroded perfectly using KOH alcohol water solution. The porous carbon preforms were obtained after phenolic resin was pyrolyzed from 400 to 800 °C, which were then infiltrated with molten silicon to gain SiC matrix at the temperature of 1,450 °C in 1 h. The fracture strength and fracture toughness of SiC ceramic matrix were enhanced with the increase of short carbon fiber content. The maximum fracture strength and fracture toughness of samples were about 270 MPa and 5.1 MPa m^1/2, respectively. Finally, hollow turbine blades were successfully fabricated using short carbon fiber-reinforced SiC composite.     

格构增强型复合材料板材设计与试验研究

复合材料板材有质量轻和结构强的特点,可用于活动房、方舱和厢式车辆,替代传统的铝合金面层及金属骨架的板材。本文设计了一种格构增强型复合材料夹层结构板材,芯材为硬质聚氨酯泡沫,面层为玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料,采用整体模压共固化成型工艺。该板材经过拉伸强度、拉伸模量、拉伸延伸率、线膨胀系数、氧指数及其在规定的高、低温条件下的相关力学性能试验表明,保温隔热性能、力学性能和构造要求满足相关应用要求。     

Integrated simulation of the injection molding process with stereolithography molds

Functional parts are needed for design verification testing, field trials, customer evaluation, and production planning. By eliminating multiple steps, the creation of the injection mold directly by a rapid prototyping (RP) process holds the best promise of reducing the time and cost needed to mold low-volume quantities of parts. The potential of this integration of injection molding with RP has been demonstrated many times. What is missing is the fundamental understanding of how the modifications to the mold material and RP manufacturing process impact both the mold design and the injection molding process. In addition, numerical simulation techniques have now become helpful tools of mold designers and process engineers for traditional injection molding. But all current simulation packages for conventional injection molding are no longer applicable to this new type of injection molds, mainly because the property of the mold material changes greatly. In this paper, an integrated approach to accomplish a numerical simulation of injection molding into rapid-prototyped molds is established and a corresponding simulation system is developed. Comparisons with experimental results are employed for verification, which show that the present scheme is well suited to handle RP fabricated stereolithography (SL) molds.     

电弧喷涂模具材料性能研究

通过计算不同材料的电弧喷涂层与光敏树脂模型表面之间的剪切应力,选择低熔点、低收缩率的Ｚｎ、Ａｌ作为电弧喷涂制模材料。针对涂层硬度低、疏松等不足,增加了喷砂强化工序;尝试以合金强化机理提高模具材料强度、硬度,制备了Ｚｎ－Ａｌ伪合金涂层。计算与实验结果表明,Ｆｅ、Ｃｕ等高熔点材料用作电弧喷涂模具材料存在开裂、起皮等缺陷;喷砂强化可有效地提高Ａｌ涂层的强度、硬度;Ｚｎ－Ａｌ伪合金涂层制备简单,是一种有优     

超快冷工艺下工程机械用550MPa级钢的组织与性能

制备了低成本工程机械用550MPa级钢,研究了轧后超快冷工艺对该钢组织与性能的影响。结果表明:超快冷工艺有效提高了该钢的力学性能,其屈服强度、抗拉强度和断后伸长率分别可达600MPa,755MPa,19%,-20℃的冲击功为253J;超快冷后钢的组织为贝氏体,其强化相为细小的贝氏体及基体中分布着的细小析出相。     

500 MPa超级钢的强化方式与显微组织

以两种不同成分的低碳钢为研究对象,通过工业轧制及不同工艺的实验室热轧使材料获得不同的显微组织,对其力学性能及显微组织进行了分析研究。结果表明：在晶粒为3μm左右的铁素体基体上引入5％～10％的贝氏体,对屈服强度影响不大,但可以使抗拉强度提高20MPa;添加0．02％的铌,并通过合适的轧制工艺,可以改善细晶强化和沉淀强化的效果,使屈服强度达到520MPa以上,抗拉强度达到620MPa以上。500MPa超细晶钢的强化方式应以细晶强化为主,配合相变强化和沉淀强化,显微组织应为在超细（3～5μm）的铁素体基体上分布适量的贝氏体。