精密成形工程

作者：孙守政, 郭震宇, 冉旭东, 李昆泰, 胡潘, 韩振宇

单位：1.哈尔滨工业大学 机电工程学院,哈尔滨 150006;<br>2.西南技术工程研究所,重庆 400039;<br>3.重庆沃特尔粉末冶金股份有限公司,重庆 402560

关键词：复合材料网格结构,预浸带缠绕,缠绕头设计,多级网格,成型工艺

基金：国家自然科学基金（U2441277,52205460）; 黑龙江省自然科学基金（LH2023E041）

目的 解决在制造复合材料多级网格结构时,传统纤维缠绕技术容易在节点处产生纤维堆积、架空等缺陷,以及预浸带在深沟槽模具中难以压实成型的技术难题。方法 自主研制了一款轻量化、模块化设计的预浸带专用缠绕头及其精密控制系统。该缠绕头集成了可灵活调节的丝束导向通道、可实现张力稳定的闭环控制系统、结合&#x0201c;热风加热&#x0201d;与&#x0201c;涡流管冷却&#x0201d;的主动式热管理单元以及用于复杂路径的剪切与重送机构。基于Kagome多级网格的几何特点,规划了&#x0201c;三阶段分层填充&#x0201d;缠绕策略,并通过Python脚本编程生成相应的设备控制代码。为保障复杂构件的顺利脱模,设计并采用了具有&#x0201c;负拔模角&#x0201d;的硅胶-石膏复合柔性模具。结果 成功进行了复合材料圆柱多级网格构件的自动化缠绕成型与固化实验。缠绕过程稳定,节点处纤维堆积现象显著减轻,肋条形貌完整、层间结合紧密,固化脱模后构件尺寸精度良好。轴压测试结果表明,构件最大极限载荷为24 060.60 N,破坏过程呈现典型的层间分离与整体屈曲的渐进损伤模式,验证了结构具有较高的承载能力与损伤容限。结论 本研究验证了所开发的缠绕头及分阶段缠绕工艺用于制备复杂多级网格结构的可行性,为高性能复合材料网格结构的低成本、高质量自动化制造提供了新途径。

来源：2026年第2期

《精密成形工程》期刊编辑部

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