航空复合材料的组合凸轮式Z-pin预植入机的设计与实现

• 作者: 于福杰 宁淑荣 胡铭铎 陈原
• 来源期刊: 光学精密工程
• 学科: 工学
• 关键词: Z-pin预植入机 组合凸轮机构 矩形类复合材料层合构件
• 年，卷（期）: 2019,（2）
• 所属期刊栏目: 微纳技术与精密机械
• 页码范围: 379-392
• 页数: 14页
• 分类号: TH112.2
• 字数: 6360字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/OPE.20192702.0379

摘要

为解决当前Z-pin植入设备植入效率低、Z-pin易折断或打滑等问题,并推动Z-pin增强技术高效地应用于民用和国防事业,开发了基于组合凸轮的高效高精度Z-pin预植入机.首先,根据航空矩形类复合材料层合构件的预植入工艺技术要求,分析了预植入机的功能需求.其次,提出了先"剪切"后"植入"组合凸轮式预植入机的机构运动方案.采用解析法设计了预植入机的凸轮机构,计算了凸轮机构的理论轮廓曲线.然后,构建了含有间隙凸轮机构的弹性动力学模型,优化了组合凸轮的转速,进行了组合凸轮的虚拟样机运动仿真.最后,设计制造了实验样机,通过植入实验验证了组合凸轮设计的正确性和合理性,并根据实验中出现的问题优化了植入运动方案.实验结果表明,该方案使Z-pin植入效率得到大幅提高,以植入间距3 mm×3 mm为例,其效率能够达到5080 mm2/min,植入成功率控制在99％ 以上,植入间距、植入深度和纤维长度等参数的精度均控制在±0.01 mm以内.预植入机操作方便,人机界面友好,长时间工作平稳,无Z-pin折断等问题出现,能满足当前对Z-pin植入设备植入效率、植入精度的要求.