第一篇：樹(shù)脂基復(fù)合材料自動(dòng)鋪放技術(shù)進(jìn)展

樹(shù)脂基復(fù)合材料自動(dòng)鋪放技術(shù)進(jìn)展

1.前 言

用于航空航天器的先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件主要采用熱壓罐成型技術(shù)制造。自動(dòng)鋪放是替代預(yù)浸料人工鋪疊,提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要手段。根據(jù)預(yù)浸料形態(tài),自動(dòng)鋪放可分為自動(dòng)鋪帶與自動(dòng)鋪絲兩類(lèi):自動(dòng)鋪帶(Tapelaying)采用有隔離襯紙單向預(yù)浸帶(25~300 mm),多軸機(jī)械臂(龍門(mén)或臥式)完成鋪放位置定位,鋪帶頭自動(dòng)完成預(yù)浸帶輸送剪裁、加熱鋪疊與輥壓,整個(gè)過(guò)程采用數(shù)控技術(shù)自動(dòng)完成。

自動(dòng)鋪絲(Fiber place-ment)采用多束(最多可達(dá)32根)預(yù)浸紗/分切的預(yù)浸窄帶(3~25 mm),分別獨(dú)立輸送、切斷,由鋪絲頭將數(shù)根預(yù)浸紗在壓輥下集束成為一條寬度可變的預(yù)浸帶(寬度通過(guò)控制預(yù)浸紗根數(shù)調(diào)整)后鋪放在芯模表面,加熱軟化預(yù)浸紗并壓實(shí)定型。自動(dòng)鋪帶與自動(dòng)鋪絲的共同特點(diǎn)是自動(dòng)化高速成型,質(zhì)量可靠,主要適于大型復(fù)合材料構(gòu)件成型;其中自動(dòng)鋪帶主要用于小曲率曲面構(gòu)件(如翼面、壁板)的自動(dòng)鋪疊,由于預(yù)浸帶較寬,以高效率見(jiàn)長(zhǎng);而自動(dòng)鋪絲側(cè)重于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀雙曲面(如機(jī)身、翼身融合體),適應(yīng)范圍寬,但效率遜于前者。自動(dòng)鋪放技術(shù)是數(shù)控機(jī)床技術(shù)、CAD/CAM軟件技術(shù)和材料工藝技術(shù)的高度集成。

自動(dòng)鋪放源于上世紀(jì)60年代,在美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室支持下起步,后經(jīng)ACT、CAI(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))等計(jì)劃支持,迅速發(fā)展:自動(dòng)鋪帶機(jī)、自動(dòng)鋪絲機(jī)、各種預(yù)浸帶/紗已經(jīng)形成系列產(chǎn)品供應(yīng),用于多種航空航天器制造。歐洲自動(dòng)鋪放技術(shù)近年來(lái)長(zhǎng)足進(jìn)步,形成自己的特色:如自動(dòng)鋪帶的雙頭兩步法和多帶同步鋪放技術(shù),自動(dòng)鋪絲的旋轉(zhuǎn)切割與預(yù)浸紗快速續(xù)接技術(shù),這些技術(shù)大大提高了生產(chǎn)效率和適用性。

由于自動(dòng)鋪放成形采用的材料體系成熟度高,設(shè)計(jì)成型方法繼承性好,易于數(shù)字化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化制造,已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家飛機(jī)復(fù)合材料大型構(gòu)件的主要成型方法:新一代大型飛機(jī)B787、A350的所有翼面采用自動(dòng)鋪帶,而所有機(jī)身構(gòu)件采用自動(dòng)鋪絲。復(fù)合材料的大量應(yīng)用推動(dòng)了自動(dòng)鋪放技術(shù)的快速發(fā)展,各類(lèi)新技術(shù)層出不窮。

國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪放技術(shù)研究已經(jīng)開(kāi)展數(shù)年,其中自動(dòng)鋪帶技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始工程應(yīng)用。筆者介紹了國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪放技術(shù)研究進(jìn)展,主要是自動(dòng)鋪放設(shè)備技術(shù)方面的進(jìn)展,并分析指出未來(lái)自動(dòng)鋪放技術(shù)發(fā)展中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。2.國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪帶技術(shù)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪帶技術(shù)起步于“十五”初期,南京航空航天大學(xué)設(shè)計(jì)了具有3軸平移、雙擺角運(yùn)動(dòng)的5軸臺(tái)式龍門(mén)機(jī)械臂,研制了力矩電機(jī)收放-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的預(yù)浸帶輸送,預(yù)浸帶氣動(dòng)切割與超聲輔助切割,主-輔壓輥成型等技術(shù)。應(yīng)用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)出5軸聯(lián)動(dòng), 3軸隨動(dòng)切割和溫度與壓力控制的自動(dòng)鋪帶控制系統(tǒng)軟硬件,實(shí)現(xiàn)了預(yù)浸帶定位、剪裁、熱壓鋪疊基本功能。根據(jù)微分幾何理論證明了在可展曲面上“自然路徑”與測(cè)地線的等價(jià)性,應(yīng)用弧長(zhǎng)展開(kāi)變換方法構(gòu)造了柱面鋪帶軌跡算法,進(jìn)而開(kāi)發(fā)了基于AutoCAD環(huán)境,具有機(jī)器代碼生成等和自動(dòng)鋪帶仿真的自動(dòng)編程軟件,實(shí)現(xiàn)了給定形狀、給定鋪層構(gòu)件的鋪帶軌跡生成與后置處理與加工指令生成。在此基礎(chǔ)上, 2005年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)自動(dòng)鋪帶原理樣機(jī),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)鋪帶的基本功能。北京航空材料研究院應(yīng)用這臺(tái)樣機(jī)開(kāi)展了環(huán)氧預(yù)浸料和雙馬來(lái)酰亞胺預(yù)浸料鋪帶適應(yīng)性與鋪帶工藝試驗(yàn)。上述基礎(chǔ)性的研究工作為進(jìn)一步發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)鋪放技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

在自動(dòng)鋪帶原理樣機(jī)及工藝研究基礎(chǔ)上,南京航空航天大學(xué)繼續(xù)開(kāi)發(fā),設(shè)計(jì)了中型5軸龍門(mén)及其與主軸聯(lián)動(dòng)的綜合運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái),完成了基于UMAC的多軸多任務(wù)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)軟硬件;研制預(yù)浸帶雙模式精確進(jìn)給與張力控制技術(shù),提高送帶精度達(dá)到0?1 mm,與數(shù)控系統(tǒng)定位精確協(xié)調(diào),鋪帶精度可達(dá)0?2 mm;研制了分體壓靴與彈性壓輥組合施壓及根據(jù)模具特征的壓力自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了任意曲面自適應(yīng)均勻加壓及其精確控制;研制了5軸雙超聲切割系統(tǒng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜產(chǎn)品外廓預(yù)浸帶切割;研制了預(yù)浸帶缺陷激光監(jiān)測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)3 mm×3 mm的夾雜、研制了基于預(yù)浸帶各向異性折光和數(shù)字圖像方法的預(yù)浸帶鋪疊間隙測(cè)控技術(shù),識(shí)別精度達(dá)到0?1mm,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)鋪帶在線質(zhì)量檢測(cè)與測(cè)控;以航空航天設(shè)計(jì)制造環(huán)境CATIA為平臺(tái),提出“自然路徑”的直接計(jì)算方法、提高了鋪帶軌跡計(jì)算的精度和速度,達(dá)到國(guó)外同類(lèi)自動(dòng)鋪帶軟件水平;并根據(jù)圓錐體的特殊性、在國(guó)際上首次提出了錐形體自動(dòng)鋪帶方法;還根據(jù)彈塑性理論提出了基于預(yù)浸帶有限變形的帶隙容差分析新方法,提高了可鋪性、實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜曲面和外形構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計(jì)。

突破上述裝備綜合技術(shù)后,南京航空航天大學(xué)2007年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)中型自動(dòng)鋪帶工程樣機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)3 m×5 m小曲率面自動(dòng)鋪帶和1m×3m筒段/錐殼自動(dòng)鋪帶。除效率較低(試驗(yàn)系統(tǒng))外,主要功能已接近國(guó)外自動(dòng)鋪帶機(jī)水平。之后根據(jù)應(yīng)用的需要,研制成功2?5 m×12 m大型筒段專(zhuān)用自動(dòng)鋪帶機(jī)及其軟件,實(shí)現(xiàn)了筒段自動(dòng)鋪帶的各種功能,大幅度提高了鋪帶效率。

以自動(dòng)鋪帶工程樣機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)為平臺(tái),南京航空航天大學(xué)與北京航空制造工程研究所、航天材料及工藝研究所等合作探索了QY8911雙馬預(yù)浸料和602環(huán)氧預(yù)浸料用于自動(dòng)鋪帶的工藝,開(kāi)展了不同特征構(gòu)件的鋪帶工藝試驗(yàn)研究,包括典型插層板、凹凸板、雙曲板、翼面蒙皮結(jié)構(gòu)和筒形構(gòu)件,獲得了不同國(guó)產(chǎn)預(yù)浸料工藝性與鋪帶工藝規(guī)律,為自動(dòng)鋪帶工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)同時(shí)開(kāi)展自動(dòng)鋪帶技術(shù)與應(yīng)用研究的有哈爾濱飛機(jī)工業(yè)公司、北京航空材料研究院、北京航空制造工程研究所、武漢理工大學(xué)和天津工業(yè)大學(xué)等[16-19]。武漢理工大學(xué)和天津工業(yè)大學(xué)在自動(dòng)鋪帶機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析、控制系統(tǒng)架構(gòu)與仿真等基礎(chǔ)研究方面開(kāi)展了諸多有益探索,但尚未達(dá)到工程應(yīng)用水平;北京航空制造工程研究所等單位合作,采用引進(jìn)自動(dòng)鋪帶頭關(guān)鍵部件集成的技術(shù)路線研制翼面大型自動(dòng)鋪帶機(jī),加速推進(jìn)了自動(dòng)鋪放技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)程,可望在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。北京航空材料研究院、北京航空制造工程研究所分別研制了基本滿足自動(dòng)鋪帶的預(yù)浸帶和相關(guān)工藝,為航空應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。哈爾濱飛機(jī)工業(yè)公司2007年引進(jìn)西班牙自動(dòng)鋪帶機(jī),應(yīng)用進(jìn)口預(yù)浸料實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)翼面的自動(dòng)鋪帶工藝,并用國(guó)產(chǎn)預(yù)浸料開(kāi)展了工程應(yīng)用試驗(yàn)研究。3.國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)探索研究早于自動(dòng)鋪帶技術(shù),但由于技術(shù)難度遠(yuǎn)大于自動(dòng)鋪帶,國(guó)內(nèi)的研究工作主要在自動(dòng)鋪絲軌跡規(guī)劃與仿真、裝備構(gòu)型、數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)等基礎(chǔ)研究層面展開(kāi)。錢(qián)鈞等以構(gòu)架式衛(wèi)星復(fù)合材料三角接頭為對(duì)象,開(kāi)展了構(gòu)件數(shù)值建模、鋪絲路徑規(guī)劃研究,應(yīng)用機(jī)器人D-H方法建立了典型3P-3R機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)反問(wèn)題控制方程并實(shí)施了成形仿真;邵冠軍等對(duì)自由曲面的鋪絲路徑及優(yōu)化設(shè)計(jì)做了有益探索;許斌等較為系統(tǒng)研究了自動(dòng)鋪絲軌跡規(guī)劃問(wèn)題,提出了3種鋪絲路徑軌跡規(guī)劃方案,建立了絲束覆蓋性分析與斷紗準(zhǔn)則,研究了絲束狀態(tài)量與切斷-重啟動(dòng)作量的映射關(guān)系,初步形成了自動(dòng)鋪絲設(shè)計(jì)制造的基礎(chǔ)框架,在CATIA環(huán)境下開(kāi)展了相關(guān)CAD/CAM軟件原型編寫(xiě),以S進(jìn)氣道的自動(dòng)鋪絲問(wèn)題為例做了系統(tǒng)分析與仿真。黨旭丹等專(zhuān)門(mén)研究了自動(dòng)鋪絲路徑的平行等距軌跡規(guī)劃方法,提高了計(jì)算效率。田會(huì)方等開(kāi)展了自動(dòng)鋪絲裝備構(gòu)型分析,并以錐殼結(jié)構(gòu)為對(duì)象開(kāi)展了成形仿真技術(shù)研究[32-34]。富宏亞等在纏繞技術(shù)研究基礎(chǔ)上開(kāi)展自動(dòng)鋪絲技術(shù)基礎(chǔ)研究,試制鋪絲頭原型、在鋪絲曲面重構(gòu)與路徑規(guī)劃、仿真技術(shù)方面開(kāi)展了系列研究。

以裝備理論與關(guān)鍵技術(shù)研究為基礎(chǔ),南京航空航天大學(xué)2006年試制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)自動(dòng)鋪絲原理樣機(jī),架構(gòu)了基于開(kāi)放式數(shù)控的控制系統(tǒng)和基于CATIA的和CAD/CAM軟件原型,原理樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)鋪絲機(jī)各軸運(yùn)動(dòng),驗(yàn)證了軌跡規(guī)劃方法的正確性,向設(shè)備研制跨出了實(shí)質(zhì)性的一步。

經(jīng)數(shù)年研究,自動(dòng)鋪絲技術(shù)雖有諸多進(jìn)展,但關(guān)鍵技術(shù)尚未突破:原理樣機(jī)只驗(yàn)證了方案和核心技術(shù)的正確性,還未開(kāi)展工程樣機(jī)研制;自動(dòng)鋪絲軌跡規(guī)劃的理論研究需要在算法和CAD/CAM軟件方面深入開(kāi)展;自動(dòng)鋪絲材料對(duì)材料的工藝性要求遠(yuǎn)高于自動(dòng)鋪帶,不僅對(duì)溫度敏感性要求更高,由于調(diào)節(jié)工藝窗口,而且要求尺寸精確以保障成型質(zhì)量;因此,受裝備制約自動(dòng)鋪絲工藝尚未開(kāi)展實(shí)質(zhì)性的研究。4.自動(dòng)鋪放發(fā)展趨勢(shì)和亟待突破的問(wèn)題

先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天器的大量應(yīng)用直接推動(dòng)了自動(dòng)鋪放技術(shù)的發(fā)展。國(guó)外自動(dòng)鋪放技術(shù)朝著鋪放裝備專(zhuān)門(mén)化、材料體系多樣化、設(shè)計(jì)分析制造集成化,以及成型高效率和高可靠性方向發(fā)展。在鋪放設(shè)備方面,為提高鋪放效率,出現(xiàn)了平板專(zhuān)用鋪帶機(jī)、多頭鋪帶機(jī)和單頭多帶鋪帶機(jī);研制出了模塊化鋪絲頭-預(yù)浸紗箱系統(tǒng),多頭同步鋪放系統(tǒng)和預(yù)浸紗自動(dòng)續(xù)接裝置,減少無(wú)效操作時(shí)間;此外,自動(dòng)鋪帶與自動(dòng)鋪絲的界限逐漸模糊,形成多窄帶鋪放技術(shù)。在材料技術(shù)方面,已經(jīng)形成自動(dòng)鋪放專(zhuān)用預(yù)浸料體系(包括熱塑性材料)以滿足不同要求,自動(dòng)鋪絲預(yù)浸紗/窄帶普遍采用分切制備技術(shù),由專(zhuān)門(mén)的預(yù)浸紗分切加工商供應(yīng)。在設(shè)計(jì)制造方面,將自動(dòng)鋪放與其他技術(shù)融合集成,如采用自動(dòng)鋪帶后雙隔膜熱成型制造飛機(jī)C型大梁,采用預(yù)浸料拉擠制造長(zhǎng)桁預(yù)埋在模具中直接鋪放共固化制造夾筋壁板等。

“十一五”期間,國(guó)內(nèi)已經(jīng)突破了自動(dòng)鋪帶裝備和軟件關(guān)鍵技術(shù),鋪帶材料和鋪帶工藝技術(shù)成為制約自動(dòng)鋪帶技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵;進(jìn)一步完善裝備功能,實(shí)現(xiàn)設(shè)備專(zhuān)用化和多樣化以滿足不同需求也將是今后一個(gè)時(shí)期自動(dòng)鋪帶技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。

新型殲擊機(jī)S進(jìn)氣道、翼身融合體和大型飛機(jī)機(jī)身等對(duì)自動(dòng)鋪絲技術(shù)提出了迫切需求,在民機(jī)預(yù)研計(jì)劃和高檔數(shù)控機(jī)床重大專(zhuān)項(xiàng)中已經(jīng)啟動(dòng)了自動(dòng)鋪絲機(jī)研制項(xiàng)目。迫切需要及時(shí)開(kāi)展自動(dòng)鋪絲專(zhuān)用預(yù)浸紗/窄帶的材料體系,預(yù)浸帶分切技術(shù)與質(zhì)量控制研究;同時(shí)開(kāi)展自動(dòng)鋪絲工藝技術(shù)研究、模具技術(shù)等研究,以建立自動(dòng)鋪絲技術(shù)體系,促進(jìn)自動(dòng)鋪絲技術(shù)早日實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

第二篇：樹(shù)脂基復(fù)合材料低成本技術(shù)

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樹(shù)脂基復(fù)合材料低成本技術(shù)

摘要：樹(shù)脂基復(fù)合材料因其比強(qiáng)度高、比模量大而廣泛的應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。然而其高昂的價(jià)格仍然是限制樹(shù)脂基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的一大障礙。目前，已經(jīng)有多國(guó)學(xué)者針對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料低成本化進(jìn)行了研究，并取得了部分積極成果。本文主要介紹了幾種低成本制造技術(shù)，如自動(dòng)鋪放技術(shù)、低溫成型預(yù)浸料技術(shù)、電子束固化技術(shù)、液體成型技術(shù)以及樹(shù)脂模滲透成型（RFI）技術(shù)。關(guān)鍵詞： 樹(shù)脂基

復(fù)合材料

低成本技術(shù)

前言

與傳統(tǒng)金屬材料相比，復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度和比模量高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞性能好、耐腐蝕性能好和結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)70 年代開(kāi)始，復(fù)合材料就首先在軍用飛機(jī)上少量使用，到了80 年代已在民用飛機(jī)上進(jìn)行了試用。應(yīng)用基本是從非承力結(jié)構(gòu)到次承力結(jié)構(gòu)最后到主承力結(jié)構(gòu)，從部位來(lái)說(shuō)是從尾翼到機(jī)翼最后到機(jī)身。隨著技術(shù)的不斷成熟，復(fù)合材料在飛機(jī)上的用量越來(lái)越多，減重效果也越來(lái)越明顯[1]。

長(zhǎng)期以來(lái)，限制復(fù)合材料在飛機(jī)上擴(kuò)大應(yīng)用的原因主要有2個(gè)：一是技術(shù)成熟度沒(méi)有金屬高；二是復(fù)合材料成本太高，復(fù)合材料構(gòu)件的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁合金構(gòu)件。要想擴(kuò)大復(fù)合材料在航空上的應(yīng)用，就必須降低復(fù)合材料的成本。本文旨在介紹幾種復(fù)合材料低成本制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，如自動(dòng)鋪放技術(shù)、低溫成型預(yù)浸料技術(shù)、電子束固化技術(shù)、液體成型技術(shù)以及樹(shù)脂模滲透成型（RFI）技術(shù)。

一、自動(dòng)鋪放技術(shù)

用于航空航天器的先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件主要采用熱壓罐成型技術(shù)制造。自動(dòng)鋪放是替代預(yù)浸料人工鋪疊，提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要手段。根據(jù)預(yù)浸料形態(tài)，自動(dòng)鋪放可分為自動(dòng)鋪帶

[2-3]

與自動(dòng)鋪絲

[4-5]

兩類(lèi)：自動(dòng)鋪帶(Tape laying)采用有隔離襯紙單向預(yù)浸帶(25-300 mm)，多軸機(jī)械臂(龍門(mén)或臥式)完成鋪放位置定位，鋪帶頭自動(dòng)完成預(yù)浸帶輸送剪裁、加熱鋪疊與輥壓，整個(gè)過(guò)程采用數(shù)控技術(shù)自動(dòng)完成（圖1a所示）；自動(dòng)鋪絲(Fiber placement)采用多束(最多可達(dá)32根)預(yù)浸紗/分切的預(yù)浸窄帶(3-25 mm)，分別獨(dú)立輸送、切斷，由鋪絲頭將數(shù)根預(yù)浸紗在壓輥下集束成為一條寬度可變的預(yù)浸帶(寬度通過(guò)控制預(yù)浸紗根數(shù)調(diào)整)后鋪放

姓名：

班號(hào)：

數(shù)字化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化制造，已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家飛機(jī)復(fù)合材料大型構(gòu)件的主要成型方法：新一代大型飛機(jī)B787、A350的所有翼面采用自動(dòng)鋪帶，而所有機(jī)身構(gòu)件采用自動(dòng)鋪絲。復(fù)合材料的大量應(yīng)用推動(dòng)了自動(dòng)鋪放技術(shù)的快速發(fā)展，各類(lèi)新技術(shù)層出不窮[6]。

二、低溫成型預(yù)浸料技術(shù)

低溫成型預(yù)浸料技術(shù)(Low Temperature Moulding Prepreg Technology)是一種低成本復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)。先進(jìn)復(fù)合材料公司早在70年代就開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)這種技術(shù)，經(jīng)過(guò)80年代和90年代的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，已經(jīng)成為一種有效的低成本復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)[7]。

用低溫壓制預(yù)浸料技術(shù)來(lái)生產(chǎn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件有許多特點(diǎn)，在原材料、工藝、生產(chǎn)技術(shù)、模具、適用性和成本方面有下列特色：（1）不采用熱壓罐固化；

（2）低溫（通常在60℃左右）固化；（3）低壓或真空袋固化；（4）采用無(wú)支撐后固化；（5）采用廉價(jià)材料制造的模具；（6）采用特種樹(shù)脂體系；（7）預(yù)浸料存放壽命較短；（8）可以制造整體大構(gòu)件；（9）適用于單件或小批量生產(chǎn)；（10）成本可降低50%~70%。

低溫成型預(yù)浸料技術(shù)生產(chǎn)復(fù)合材料構(gòu)件必須采用特殊的原材料——專(zhuān)用的樹(shù)脂體系。一般樹(shù)脂體系由三部分組成：基礎(chǔ)樹(shù)脂或其混合物、固化劑或其混合物和增韌劑或其他附加劑。對(duì)極大部份復(fù)合材料構(gòu)件而言都采用環(huán)氧樹(shù)脂體系。在過(guò)去20多年期間研究發(fā)展的環(huán)氧樹(shù)脂體系，其固化劑都致力于延長(zhǎng)存放壽命和較高固化溫度，亦即樹(shù)脂體系的反應(yīng)性很低，預(yù)浸料的穩(wěn)定性很好，較高固化溫度是為了獲得良好的機(jī)械性能，雖然這樣的看法并不正確。為了得到可在低溫下固化的樹(shù)脂體系，而且可以采用無(wú)支撐后固化，先進(jìn)復(fù)合材料公司研制發(fā)展了專(zhuān)用的LTM預(yù)浸料和樹(shù)脂體系，包括： LTM10系列、LTM20系列、LTM30體系、姓名：

班號(hào)：

漬模塑成型工藝(See-mann Composites Resin Infusion Manufacturing Process，SCRIMP)、樹(shù)脂膜滲透成型工藝(Resin Film Infusion，RFI)和結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射模塑成型(Structural Reaction Injection Molding，SRIM)是最常見(jiàn)的先進(jìn)LCM工藝技術(shù)。這類(lèi)工藝的共同特點(diǎn)是將纖維預(yù)成型體放入模腔內(nèi)，再將一種或多種液態(tài)樹(shù)脂(通常為熱固性樹(shù)脂)在壓力作用下注入閉合模中，液態(tài)熱固性樹(shù)脂浸漬纖維預(yù)成型體待樹(shù)脂固化脫模后得到產(chǎn)品。這種作用壓力可通過(guò)模腔內(nèi)形成真空(真空浸漬)、重力，或者由壓力泵或壓力容器來(lái)提供[11-13]。與其他的纖維復(fù)合材料制造技術(shù)相比，LCM技術(shù)具有諸多優(yōu)勢(shì)：可生產(chǎn)的構(gòu)件范圍廣，可一步浸滲成型帶有夾芯、加筋、預(yù)埋件等的大型構(gòu)件，可按結(jié)構(gòu)要求定向鋪放纖維，且具有高性能低成本制造優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的模壓成型和金屬成型工藝相比，LCM模具質(zhì)量輕、成本低、投資小。另外，LCM為閉模成型工藝，能滿足日趨嚴(yán)格的苯乙烯揮發(fā)控制法規(guī)的要求。

LCM工藝技術(shù)最早起源于20世紀(jì)40年代的Macro法，Macro法相當(dāng)簡(jiǎn)單，對(duì)模腔抽真空以驅(qū)動(dòng)浸漬過(guò)程，美國(guó)海軍承包商用這種方法開(kāi)發(fā)出了大型玻璃鋼增強(qiáng)塑料船體。在20世紀(jì)50年代稱(chēng)為RTM工藝，該工藝可以生產(chǎn)雙面光滑的產(chǎn)品，樹(shù)脂的注射壓力適中，比手糊工藝優(yōu)越，所以得到了發(fā)展。20世紀(jì)50年代至70年代，RTM的應(yīng)用很少。到了20世紀(jì)80年代，隨著飛行器的承力構(gòu)件及次承力構(gòu)件、國(guó)防應(yīng)用、汽車(chē)結(jié)構(gòu)件以及高性能體育用品等的開(kāi)發(fā)，RTM工藝取得了顯著的進(jìn)展，并且在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了VARTM、SCRIMP、RFI、SRIM等這些先進(jìn)的LCM工藝技術(shù)。

LCM工藝技術(shù)是先進(jìn)復(fù)合材料低成本制備技術(shù)的主要發(fā)展方向[14]。據(jù)報(bào)道，歐美等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家在該領(lǐng)域開(kāi)展了大量的研究工作，其研究開(kāi)發(fā)耗資巨大。我國(guó)“863”計(jì)劃在“九五”期間在RTM成型技術(shù)取得重要研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，部署了應(yīng)用LCM技術(shù)制備車(chē)用大型結(jié)構(gòu)件以降低高品質(zhì)復(fù)合材料制造成本的研究計(jì)劃。

五、樹(shù)脂模滲透成型（RFI）技術(shù)

樹(shù)脂膜滲透(RFI-resin film infusion)工藝是一種樹(shù)脂膜熔滲和纖維預(yù)制體相結(jié)合的樹(shù)脂浸漬技術(shù)。其工藝過(guò)程[15]是將預(yù)催化樹(shù)脂膜或樹(shù)脂塊放人模腔內(nèi)，然后在其上覆以縫合或三維編織等方法制成的纖維預(yù)制體等增強(qiáng)材料，再用真空袋封閉模腔，抽真空并加熱模具使模腔內(nèi)的樹(shù)脂膜或樹(shù)脂塊融化，并在真空

姓名：

班號(hào)：

[1] Guy Hellard.Airbus Structure Policy[C]/AMD Airbus Materials Dialogue 2007.Bremen, 2007.[2] Hu Cuiling(胡翠玲), Xiao Jun(肖 軍), Li Yong(李 勇), etal.復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶技術(shù)研究(I)平面鋪帶CAD/CAM軟件開(kāi)發(fā)[J].Aerospace Materials & Technology(宇航材料工藝), 2007(1): 47-50.[4] Qian Jun(錢(qián) 鈞), Xiao Jun(肖 軍), LiYong(李 勇).構(gòu)架式衛(wèi)星接頭自動(dòng)鋪絲的建模研究[J].Fiber Composites(纖維復(fù)合材料), 2002(2): 3-5.[5] Qian Jun(錢(qián) 鈞), Xiao Jun(肖 軍), ZhaoDongbiao(趙東標(biāo)),etal.復(fù)合材料構(gòu)架式衛(wèi)星接頭自動(dòng)鋪絲成型仿真研究[J].Journal of Astronautics(宇航學(xué)報(bào)), 2004, 25(6): 694-701.[6] Bruce M.Automating Composites Fabrication to Meet Increased Throughput Required by Industries Ranging from Aerospace to Wind Energy, Automation Speeds Composite Production [J].Manufacturing Engineering.2008, 140(4).[7] 陳祥寶.先進(jìn)復(fù)合材料低成本技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004: 20.[8] U.V.Lauppi,Radiat.Phys.Chem.1990.30, 35.[9] Radiation Curing in Polymer Science & Technology,Volume, 1993.301-339.[10] Batten, R.J, Davidson, R.S.&Wilkinson, S.A.J.Photochem.Photobiol.A.1991,(58): 123.[11] C D拉德, A C朗, K N肯德?tīng)柕?復(fù)合材料液體模塑成型技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004,5.[12] 黃家康, 岳紅軍, 董擁祺.復(fù)合材料成型技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999,1.[13] 劉雄亞, 謝懷勤.復(fù)合材料工藝及設(shè)備[M].武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社,1994,10.[14] 段華軍, 馬會(huì)茹, 王鈞.RTM工藝國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2000,5(9):46-48.[15] 王東, 梁國(guó)正.用于RFI工藝的高性能樹(shù)脂膜的研究[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2001 ,18(1):38.[16] Pierre Cellea, et al.Numerical modelling of liquid infusion into fibrous media undergoing compaction[J].Eur J Mech-A/Solids,2008,27(4):647.-

第三篇：復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲技術(shù)研究進(jìn)展

復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲技術(shù)研究進(jìn)展 The Research Progress of Automated Fiber Placement Technology for Composites

摘要：復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲技術(shù)是在航空航天工業(yè)發(fā)展起來(lái)的一種“低成本，高性能”的先進(jìn)復(fù)合材料自動(dòng)化制造技術(shù)。自動(dòng)鋪絲技術(shù)在降低復(fù)合材料構(gòu)件制造成本，提高生產(chǎn)效率和構(gòu)件性能等方面具有極大的潛力，得到工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。本文對(duì)自動(dòng)鋪絲的原理、特點(diǎn)、CAD/CAM核心技術(shù)以及自動(dòng)鋪絲技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程與應(yīng)用進(jìn)行了全面的介紹，最后展望了自動(dòng)鋪絲的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料，自動(dòng)鋪絲，CAD/CAM Abstract：Automated Fiber Placement is a sort of automated manufacture technology which was raised first at the field of aeronautics and astronautics, and through it, thelow-cost and high-quality advanced composite material can be produced.Automated Fiber Placement has great potential in reducing manufacturing costs, improving efficiency and function, gaining much attention of industrial development countries.In this paper, the principle and characteristic of Automated Fiber Placement, the core technology of CAD/CAM, the domestic and foreign development process and application of Automated Fiber Placement is fully discussed.Finally, the development outlook of Automated Fiber Placement is prospected.Key words: composite materials, Automated Fiber Placement, CAD/CAM

1.引言

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上具有不同物理、化學(xué)性質(zhì)的材料，以微觀、介觀或宏觀等不同的結(jié)構(gòu)尺度與層次，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的空間組合而形成的一種多相固體材料[1]。以碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料為代表的先進(jìn)復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量、抗腐蝕、結(jié)構(gòu)功能一體化和設(shè)計(jì)制造一體化、易于成型大型構(gòu)件等突出優(yōu)點(diǎn)，已在航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用[2]。大量應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料是提高航空航天飛行器、運(yùn)載工具和武器裝備效能的重要途徑，其用量業(yè)已成為航空航天飛行器先進(jìn)性的重要標(biāo)志[3]。

自動(dòng)鋪絲技術(shù)是在纖維纏繞和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的復(fù)合材料成型技術(shù)，在降低復(fù)合材料構(gòu)件制造成本，提高生產(chǎn)效率和構(gòu)件性能等方面具有極大的潛力[4]，得到工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視。國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪放技術(shù)起步較晚，南京航空航天大學(xué)“九五”期間率先開(kāi)始調(diào)研自動(dòng)鋪放成型技術(shù)[5]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)，武漢理工大學(xué)，北京航空制造工程研究所等也先后在自動(dòng)鋪放技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了相關(guān)研究。

2.自動(dòng)鋪絲技術(shù)簡(jiǎn)介 2.1 自動(dòng)鋪絲原理

自動(dòng)鋪絲技術(shù)全稱(chēng)是自動(dòng)絲束鋪放成型技術(shù)（Automated towplacement），也稱(chēng)為纖維鋪放技術(shù)（Fiber Placement）。它是將纏繞技術(shù)中不同絲束獨(dú)立輸送和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的壓實(shí)、切割、重送等功能結(jié)合起來(lái)，由鋪絲頭在壓輥?zhàn)饔孟聦?shù)根絲束（預(yù)浸紗）集束成一條寬度可變的預(yù)浸帶（通過(guò)程序控制預(yù)浸紗切斷與增加來(lái)改變預(yù)浸帶的寬度）后鋪放到模具表面[6]。加熱軟化預(yù)浸紗并壓實(shí)定型，最后加熱固化成型（對(duì)熱塑性體系，可以在鋪放過(guò)程中直接加熱定型，甚至可以取消熱固化）。整個(gè)過(guò)程由計(jì)算機(jī)測(cè)控、協(xié)調(diào)系統(tǒng)完成[7]。

纖維鋪絲機(jī)器人通過(guò)帶有鋪放頭機(jī)械手去加工預(yù)浸纖維絲制作復(fù)合材料部件。纖維鋪放機(jī)器人提供了許多傳統(tǒng)纖維鋪放技術(shù)所沒(méi)有的重要的功能和優(yōu)勢(shì)。這些功能包括切割和重送纖維絲，節(jié)約材料，精確控制纖維鋪放所需角度，可重復(fù)性高。此外，機(jī)械手的使用增加了纖維鋪放過(guò)程的柔性，允許制造更復(fù)雜的結(jié) 構(gòu)。典型的自動(dòng)鋪絲機(jī)有7個(gè)運(yùn)動(dòng)軸[8]，包括三個(gè)定位軸、三個(gè)方位軸和一個(gè)芯模轉(zhuǎn)軸。自動(dòng)鋪絲技術(shù)的原材料采用預(yù)浸紗。預(yù)浸紗絲束的寬度一般為3.2mm、6.4mm和12.7mm，在鋪放過(guò)程中，通常同時(shí)鋪放數(shù)根絲束，最新研制的自動(dòng)鋪絲設(shè)備最多可以同時(shí)鋪放32根絲束[9]。自動(dòng)鋪絲機(jī)的核心是鋪絲頭，如圖2所示，鋪絲頭把纏繞技術(shù)中不同纖維紗傳送獨(dú)立輸送和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的壓實(shí)、切割重啟功能結(jié)合在一起。在鋪放過(guò)程中，每根絲從紗筒上抽下來(lái)并通過(guò)一個(gè)傳輸系統(tǒng)到達(dá)鋪放頭，在鋪放頭處復(fù)合材料絲被集束成一根絲帶被鋪放到芯模表面[10]。

圖1 自動(dòng)鋪絲機(jī)設(shè)備示意圖

1-模具；2-柔性壓輥；3-鋪放頭；4-預(yù)浸紗；5-導(dǎo)紗輪；6-手腕；7-導(dǎo)紗輪；

8-止動(dòng)裝置；9-送紗輥；10-切刀；11-加熱裝置

圖2 鋪放頭原理示意圖

它既可以鋪放凸面也可以鋪放凹面，還可以鋪放復(fù)雜的雙曲率構(gòu)件。在鋪絲時(shí)可以按照要求執(zhí)行切割絲束和增加絲束的功能，滿足對(duì)鋪層進(jìn)行剪裁以適應(yīng)局部加厚、鋪層遞降和開(kāi)口鋪層的需要。在鋪放過(guò)程中，每根預(yù)浸紗都按它自己的速率鋪放到模具表面[11]，柔性壓輥使每根預(yù)浸紗單獨(dú)與部件表面相適應(yīng)。

2.2自動(dòng)鋪絲CAD/CAM技術(shù)

由于鋪絲時(shí)多軸鋪絲機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上的協(xié)同性，手工編寫(xiě)數(shù)控程序來(lái)控制鋪絲機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)已不可能。且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)鋪絲技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)新的研究領(lǐng)域呈現(xiàn)在人們面前——自動(dòng)鋪絲CAD/CAM技術(shù)[12]。通過(guò) CAD/CAM技術(shù)計(jì)算出每條鋪絲路徑，確定當(dāng)前鋪絲位置的絲數(shù)，從而得到鋪絲機(jī)所需要的鋪絲控制信息。與傳統(tǒng)的CAD/CAM技術(shù)處理的對(duì)象不同，自動(dòng)鋪絲CAD技術(shù)的核心任務(wù)是按強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)優(yōu)化的自動(dòng)鋪絲路徑[13]。

自動(dòng)鋪絲CAM技術(shù)是開(kāi)發(fā)鋪絲編程軟件技術(shù)的一部分，它通過(guò)鋪絲CAD系統(tǒng)獲得鋪絲幾何信息和纖維絲束信息并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，由轉(zhuǎn)換后的鋪絲幾何信息生成可以供鋪絲機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使用的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制信息，由纖維絲束信息生成可以供鋪絲機(jī)裁剪控制系統(tǒng)使用的材料裁剪控制信息，并通過(guò)仿真功能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋪絲過(guò)程的碰撞干涉檢測(cè)和裁剪信息的合理性檢測(cè)，同時(shí)可以將檢測(cè)結(jié)果反饋給鋪絲CAD系統(tǒng)，以修正有可能引起控制信息發(fā)生錯(cuò)誤的問(wèn)題。

自動(dòng)鋪放CAD/CAM軟件技術(shù)包括兩種實(shí)現(xiàn)途徑[14-16]：

1)基于現(xiàn)有通用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)：通過(guò)調(diào)用通用CAD/CAM系統(tǒng)的API，通過(guò)組合、修改、新增實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鋪放所需功能。如空中客車(chē)公司（AIRBUS）與法國(guó)純數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)國(guó)際中心（CIMPA）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基于CATIA—CAA的TapeLay系統(tǒng)。采用二次開(kāi)發(fā)方法開(kāi)發(fā)的自動(dòng)鋪放CAD/CAM軟件與原有CAD/CAM系統(tǒng)緊密結(jié)合，保證了交互、操作、數(shù)據(jù)的協(xié)同性、一致性，易于實(shí)現(xiàn)在同一應(yīng)用平臺(tái)下復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計(jì)與制造一體化。

2)非二次開(kāi)發(fā)方式：采用計(jì)算機(jī)三維圖像技術(shù)，基于OpenGL或DirectX開(kāi)發(fā)獨(dú)立的自動(dòng)鋪放軟件。采用用戶交互輸入構(gòu)件外形幾何數(shù)據(jù)或通過(guò)提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)換接口實(shí)現(xiàn)通用CAD/CAM文件數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。如美國(guó)MAG·Cincinnati公司開(kāi)發(fā)的ACES離線編程與仿真系統(tǒng)。2.3自動(dòng)鋪絲技術(shù)的特點(diǎn)

自動(dòng)鋪絲成型技術(shù)兼?zhèn)淞死w維纏繞和自動(dòng)鋪帶的優(yōu)點(diǎn)，但比纖維纏繞和自動(dòng)鋪帶更先進(jìn)，對(duì)制品的適應(yīng)性更強(qiáng)，既可以鋪凸面也可以鋪凹面。由于鋪放頭采用自由度機(jī)器人系統(tǒng)及預(yù)浸紗（寬度僅為幾個(gè)毫米），不僅可極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、降低產(chǎn)品報(bào)廢率和輔助材料消耗，而且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，鋪層的取向均勻性等都遠(yuǎn)比手工鋪層高[17-20]。與一般復(fù)合材料成型技術(shù)相比，自動(dòng)鋪絲技術(shù)有如下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：

（1）在自動(dòng)鋪放過(guò)程中，每一根絲束都可以獨(dú)立的實(shí)現(xiàn)夾緊、切斷和重送，各絲束可獨(dú)立的以各自的鋪放速度鋪放，并根據(jù)構(gòu)件形狀自動(dòng)切紗以適應(yīng)邊界，減小廢料率，并可以局部加厚、加筋、開(kāi)口鋪層補(bǔ)強(qiáng)來(lái)滿足多種設(shè)計(jì)要求，適應(yīng)于大曲率復(fù)雜構(gòu)件的自動(dòng)化成形，特別適合于帶窗口的機(jī)身段、飛機(jī)機(jī)翼大梁和帶凸臺(tái)和凹面的翼面鋪放。

（2）采用多組預(yù)浸紗集束成帶，具有根據(jù)制品形狀的需要來(lái)增減預(yù)浸紗根數(shù)的功能；根據(jù)構(gòu)件形狀自動(dòng)切割預(yù)浸紗以適應(yīng)邊界，與自動(dòng)鋪帶成型技術(shù)相比廢料率大為降低；可以完成局部加厚/混雜、加筋、鋪層遞減和開(kāi)口鋪層補(bǔ)強(qiáng)來(lái)滿足多種設(shè)計(jì)要求；

（3）采用CAD/CAM及仿真技術(shù)，為設(shè)計(jì)師提供了最大的設(shè)計(jì)空間，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料設(shè)計(jì)成型一體化和數(shù)字化。

（4）由于各預(yù)浸紗獨(dú)立輸送，不受自動(dòng)鋪帶中“Natural·path”的限制，鋪放軌跡自由度更大、可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)變角度鋪放（Fiber·steer技術(shù)），尤其適于大曲率、復(fù)雜型面復(fù)合材料構(gòu)件制造，能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性、降低成本，滿足各種設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)復(fù)合材料的低成本生產(chǎn)和自動(dòng)化成型，符合“低成本、高性能”和設(shè)計(jì)制造一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

3.自動(dòng)鋪絲技術(shù)的研究與應(yīng)用

自動(dòng)鋪絲技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代，興起于航空航天工業(yè)。它是作為對(duì)纖維纏繞和自動(dòng)鋪帶技術(shù)的改革而發(fā)展起來(lái)的全自動(dòng)復(fù)合材料成型技術(shù)。最早開(kāi)始自動(dòng)鋪絲技術(shù)研制的有Boeing（波音）公司、Hercules公司，而最早把鋪絲機(jī)應(yīng)用在產(chǎn)品生產(chǎn)上的公司是波音直升機(jī)公司[21]。

3.1 國(guó)外自動(dòng)鋪絲技術(shù)的發(fā)展

針對(duì)纖維纏繞技術(shù)在飛機(jī)機(jī)身制造上的不足，美國(guó)航空界在20世紀(jì)70年代首先對(duì)自動(dòng)鋪絲技術(shù)進(jìn)行了研究，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，自動(dòng)鋪絲技術(shù)在美國(guó)和歐洲已經(jīng)成熟，并在航空航天、國(guó)防工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用[22]。數(shù)十年來(lái)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)施了，由政府和軍方組織、高校與科研機(jī)構(gòu)參加的多個(gè)復(fù)合材料發(fā)展計(jì)劃。這些計(jì)劃的實(shí)施突破了航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、工藝等關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)了復(fù)合材料技術(shù)的迅速發(fā)展，起到了顯著的效果。

國(guó)外在纖維鋪放線型規(guī)劃方面做了大量的研究工作，形成了多種線型規(guī)劃模式。Brandmaier研究了復(fù)合材料最優(yōu)纖維方向，提出了復(fù)合材料最大強(qiáng)度的理論；Hyer[23]等學(xué)者研究了曲線纖維承載能力并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了抗彎曲的能力更高的復(fù)合材料制品；Gürdal等學(xué)者優(yōu)化了四邊形板的纖維排布極大的提高了纖維制品承載能力；Bijan Shirinzadeh[24]等學(xué)者對(duì)復(fù)雜曲面構(gòu)件表面的鋪絲路徑進(jìn)行了深入探討，提出了SCAR算法，減少了鋪放纖維間的間隙和重疊等。

自動(dòng)鋪絲理論的深入研究為鋪絲CAD/CAM軟件的研制奠定了理論基礎(chǔ)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的大型商業(yè)軟件開(kāi)發(fā)商結(jié)合自身軟件特色和設(shè)備制造商一起已經(jīng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)了多套商用的自動(dòng)鋪絲CAD/CAM軟件[25]。例如：美國(guó)堪薩斯大學(xué)研制開(kāi)發(fā)的復(fù)合材料分析與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)（SCADS）可將手工鋪放和自動(dòng)鋪放兩種成型方式有機(jī)結(jié)合，對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能分析，優(yōu)化預(yù)浸絲束鋪放路徑；美國(guó)的Cincinnati公司于1989年以CITIA為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的ACES系統(tǒng)可以完成離線模型導(dǎo)入、鋪絲線型規(guī)劃、后處理、加工仿真和NC代碼生成等功能；西班牙M-Torres公司也以CATIA為平臺(tái)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的自動(dòng)鋪放軟件，能夠完成多種鋪絲線型規(guī)劃和仿真，極大的方便了操作人員的編程作業(yè)。

戰(zhàn)斗機(jī)F22、F18、X32和F35以及軍用戰(zhàn)機(jī)F/A-18E/F等分別采用自動(dòng)鋪絲技術(shù)制造進(jìn)氣道或機(jī)身蒙皮等[26]。自動(dòng)鋪絲技術(shù)在商用機(jī)上也有使用，例如 Raytheon公司的PremierⅠ和霍克商務(wù)機(jī)的機(jī)身部件均采用纖維鋪放技術(shù)制造。通過(guò)這種技術(shù)，Raytheon公司首創(chuàng)了沒(méi)有框架和加強(qiáng)筋的機(jī)身外殼結(jié)構(gòu)，而且這種外殼也沒(méi)有鉚釘和蒙皮接點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得飛機(jī)有了更多的可用空間來(lái)容納乘客或貨物。Boeing747及767客機(jī)是自動(dòng)鋪絲技術(shù)應(yīng)用于客機(jī)制造的典型代表，這兩種客機(jī)的Φ3m的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道整流罩試驗(yàn)件都是采用鋪絲技術(shù)制造的。除 此之外，自動(dòng)鋪絲技術(shù)也廣泛應(yīng)用于航天器的制造，如X33儲(chǔ)箱、Atlas5型運(yùn)載火箭防護(hù)罩等[27]。可以說(shuō)自動(dòng)鋪絲技術(shù)極大程度的促進(jìn)了國(guó)外航空航天事業(yè)的發(fā)展。

3.2 國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)的發(fā)展

由于技術(shù)封鎖和裝備禁運(yùn)，國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪絲技術(shù)仍處于起步階段。南京航空航天大學(xué)在國(guó)家863項(xiàng)目的支持下研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)鋪絲原理樣機(jī)并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了積極有益的探索，完成了8絲束鋪放實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、鋪絲用精密低張力測(cè)控系統(tǒng)、鋪絲開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研制和溶劑法專(zhuān)用預(yù)浸沙研究。目前，南京航空航天大學(xué)正在開(kāi)展自動(dòng)鋪絲工程樣機(jī)的研制工作，并基于CATIA研發(fā)配套的自動(dòng)鋪CAD/CAM軟件，為自動(dòng)鋪絲技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[28]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)也開(kāi)展了相關(guān)的研究工作，完成了鋪放頭設(shè)計(jì)、控制方案和試驗(yàn)性研究工作。在原有的六軸纏繞機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，研制并設(shè)計(jì)了一種7軸纖維鋪放頭，提出了相應(yīng)的控制方案，并對(duì)數(shù)控鋪放系統(tǒng)的后置處理算法進(jìn)行了系統(tǒng)研究。天津工業(yè)大學(xué)以直升機(jī)Z8F的主旋翼大梁自動(dòng)鋪帶為應(yīng)用背景，開(kāi)展自動(dòng)鋪絲成型技術(shù)的研究工作。

武漢理工大學(xué)復(fù)合材料纏繞裝備研究所在“十五”期間就開(kāi)始對(duì)自動(dòng)鋪放理論進(jìn)行了深入的研究，包括：鋪放機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)仿真、鋪放間隙檢測(cè)、數(shù)控鋪絲虛擬機(jī)開(kāi)發(fā)、研制出9軸控制7軸聯(lián)動(dòng)六絲（窄帶）鋪放原型機(jī)等[29]。在鋪放制備的研制與工程實(shí)踐中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，為自動(dòng)鋪絲技術(shù)的線型規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、CAD/CAM軟件系統(tǒng)等的深入研究奠定了很好的基礎(chǔ)。圖3為武漢理工大學(xué)研制的一個(gè)自動(dòng)鋪絲原型機(jī)。

圖3 自動(dòng)鋪絲原型機(jī)

盡管引進(jìn)了一些先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備（包括數(shù)控剪裁、激光、輔助鋪疊設(shè)備等），提高了下料自動(dòng)化程度和絲束鋪放精度，但是國(guó)內(nèi)高性能、復(fù)雜曲面的復(fù)合材料構(gòu)件基本上以手工鋪疊為主。這種狀況極大的制約了高性能的復(fù)材構(gòu)件在兵器裝備和航空航天領(lǐng)域中的大規(guī)模應(yīng)用，制約了國(guó)防發(fā)展[30]。因此大力進(jìn)行自動(dòng)鋪絲技術(shù)的研究則顯得尤為必要。

4.展望

自動(dòng)鋪絲技術(shù)研究的發(fā)展方向是與熱塑性復(fù)合材料直接固結(jié)技術(shù)、電子束固化技術(shù)結(jié)合，替代熱壓罐成型。電子束固化技術(shù)是重要的低成本制造技術(shù)，可以大幅度降低制造時(shí)間、材料消耗和能源。傳統(tǒng)電子束固化采用鋪疊后一次輻射固化，其電子束的能量高，加速器的初投資巨大，且輻射防護(hù)的投資隨之增加。采用與自動(dòng)鋪絲技術(shù)相結(jié)合的手段后可以使用逐層電子束固化的方法，即完成一次鋪放后便實(shí)施電子束固化，這樣可以克服傳統(tǒng)電子束固化的缺點(diǎn)。波音公司最新研制的B787機(jī)身全部采用復(fù)合材料自動(dòng)鋪絲成形，分段整體制造，大大簡(jiǎn)化了工藝，帶來(lái)了航空制造技術(shù)的變革。自動(dòng)鋪帶剛剛用于翼面類(lèi)構(gòu)件成形，自動(dòng)鋪絲技術(shù)更晚，從技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，采用自動(dòng)鋪絲技術(shù)制造復(fù)合材料機(jī)身是大型飛機(jī)制造技術(shù)的必由之路。

而目前我國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)施，自動(dòng)鋪絲技術(shù)在復(fù)合材料翼梁制作中得到了極其廣泛的應(yīng)用，而我國(guó)在自動(dòng)鋪放裝備研制、生產(chǎn)和實(shí)際工業(yè)應(yīng)用基本上還處于起步階段，和國(guó)際先進(jìn)水平存在有較大差距。因此，自主研制自動(dòng)鋪絲機(jī)并迅速開(kāi)展工程應(yīng)用至關(guān)重要。

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第四篇：復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶技術(shù)應(yīng)用及方案示例

復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶技術(shù)應(yīng)用及方案示例

newmaker

大飛機(jī)復(fù)合材料的應(yīng)用

國(guó)外大型軍用、民用飛機(jī)中復(fù)合材料構(gòu)件的比重迅速增加，波音787的復(fù)合材料構(gòu)件已占結(jié)構(gòu)重量的50%以上，A350復(fù)合材料構(gòu)件將占結(jié)構(gòu)重量的52%，俄羅斯開(kāi)發(fā)中的MC21，復(fù)合材料用量也將占結(jié)構(gòu)重量的40%～45%，A400M軍用運(yùn)輸機(jī)上復(fù)合材料用量已達(dá)結(jié)構(gòu)重量的35%。

國(guó)內(nèi)ARJ21復(fù)合材料用量不多，大型結(jié)構(gòu)件僅在方向舵上采用了復(fù)合材料。大飛機(jī)正在研發(fā)過(guò)程中，考慮到當(dāng)前和飛機(jī)生產(chǎn)出來(lái)后（至少7～8年后）的國(guó)際水平，參照國(guó)外的A380、波音787、A350、A400M、MC21等大型飛機(jī)，以及國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)能力、試驗(yàn)?zāi)芰?、生產(chǎn)設(shè)備條件和工藝水平等，大飛機(jī)上復(fù)合材料構(gòu)件占結(jié)構(gòu)重量至少應(yīng)不低于25%，達(dá)到舵面或機(jī)翼采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的水平。而對(duì)舵面或機(jī)翼復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的制造，當(dāng)前最有優(yōu)勢(shì)的制造方法就是自動(dòng)鋪帶技術(shù)。

自動(dòng)鋪帶技術(shù)的發(fā)展

所謂自動(dòng)鋪帶技術(shù)，就是采用數(shù)控鋪層設(shè)備，通過(guò)數(shù)字化、自動(dòng)化的手段實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料預(yù)浸布、帶的連續(xù)自動(dòng)切割和自動(dòng)鋪放。主要工作過(guò)程為：將復(fù)合材料預(yù)浸料卷安裝在鋪放頭中，預(yù)浸材料由一組滾輪導(dǎo)出，并由壓緊滾輪或可隨形機(jī)構(gòu)壓緊在工裝或上一層已鋪好的材料上，切割刀將材料按設(shè)定好的方向切斷，能保證鋪放的材料與工裝的外形相一致。鋪放的同時(shí)，回料滾輪將背襯材料回收。

自動(dòng)鋪帶作為典型的增料加工成型技術(shù)，其成型設(shè)備的制造技術(shù)涉及機(jī)電裝備技術(shù)、CAD/ CAM軟件技術(shù)和材料工藝技術(shù)等多個(gè)研究領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)：

（1）最大限度地利用單向預(yù)浸帶（優(yōu)于手工鋪層采用的預(yù)浸布），并可減輕結(jié)構(gòu)重量；

（2）可更自由地設(shè)計(jì)鋪層，發(fā)揮復(fù)合材料可設(shè)計(jì)性優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)力梯度和應(yīng)力異常的區(qū)域選擇性鋪放補(bǔ)強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)結(jié)構(gòu)的零剩余強(qiáng)度；

（3）提高工作質(zhì)量和鋪放效率。

采用該技術(shù)，可提高復(fù)合材料裁片外形、纖維方向等幾何參數(shù)的精確度和鋪疊位置、方向、角度的準(zhǔn)確性，從而避免了人為鋪放產(chǎn)生的偏差，如產(chǎn)品出現(xiàn)缺陷的幾率大、零件制造質(zhì)量重復(fù)性差、質(zhì)量分散性大，以及尺寸精度和鋪放位置準(zhǔn)確度不能滿足大尺寸、高精度零件制造的要求等問(wèn)題。采用復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶技術(shù)可在提高質(zhì)量的同時(shí)，大幅度地節(jié)省原材料，降低制造成本。同時(shí)，由于可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)的零剩余強(qiáng)度設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)重量大大減輕。

自動(dòng)鋪帶技術(shù)于20世紀(jì)70年代由Boeing、Cincinnati Milacron、Hercules等公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，已經(jīng)經(jīng)歷近40年的發(fā)展。目前，世界上復(fù)合材料制造技術(shù)較先進(jìn)的公司（如Boeing公司、AIRBUS公司、ECF公司等）在飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件的制造中均已廣泛采用復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶成型技術(shù)。采用該技術(shù)制造的復(fù)合材料零、部件已安裝于現(xiàn)今生產(chǎn)的許多型號(hào)飛機(jī)上。

目前，美洲、歐洲、亞洲的幾十家制造商在應(yīng)用自動(dòng)鋪帶技術(shù)制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)?？湛头▏?guó)Nate工廠中，現(xiàn)有十幾臺(tái)鋪帶機(jī)在生產(chǎn)線上運(yùn)行；空客德國(guó)Stade工廠有一條4臺(tái)鋪帶機(jī)組生產(chǎn)線；空客西班牙的Illescas工廠有6臺(tái)鋪帶機(jī)在運(yùn)行；日本三菱重工、富士重工等也已應(yīng)用了此項(xiàng)技術(shù)。

雖然國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪帶技術(shù)研究起步較晚，但在技術(shù)研究和設(shè)備研究方面也已有一定的成果，國(guó)內(nèi)自動(dòng)鋪帶技術(shù)也不再是空白。從2004年開(kāi)始，南京航空航天大學(xué)與航空材料研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)自動(dòng)鋪帶設(shè)備，完成了小型鋪帶機(jī)的研制，并應(yīng)用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的研制；北京航空制造工程研究所與Forest-Line公司合作研制的大型復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶機(jī)的調(diào)試工作已接近尾聲，有望在“十二五”實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，可以滿足小曲率大型壁板類(lèi)復(fù)合材料構(gòu)件的制造；國(guó)內(nèi)開(kāi)展自動(dòng)鋪帶技術(shù)研究的還有武漢理工大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等多所大學(xué)，包括鋪放機(jī)構(gòu)、數(shù)控系統(tǒng)和人機(jī)交互等研究工作。

2007年，哈飛集團(tuán)從西班牙M.Torres公司購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶機(jī)，并已開(kāi)展了復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶制造技術(shù)應(yīng)用研究，將在2010年初與空客公司合作，進(jìn)行A320方向舵前、后梁的生產(chǎn)。該設(shè)備采用龍門(mén)式結(jié)構(gòu)，主要包括帶裝夾和釋放(開(kāi)卷)系統(tǒng)、襯紙帶回卷系統(tǒng)、帶缺陷檢測(cè)傳感系統(tǒng)、帶對(duì)中和導(dǎo)向系統(tǒng)、切帶系統(tǒng)、鋪帶和壓實(shí)系統(tǒng)、工作區(qū)域安全系統(tǒng)、鋪帶監(jiān)控系統(tǒng)、帶卷裝卸系統(tǒng)、工裝定位及自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)等。

（1）該設(shè)備具有自動(dòng)切割與自動(dòng)鋪放未經(jīng)固化的樹(shù)脂基單向纖維帶功能，能夠在模具上自動(dòng)鋪放多層平面和曲面的復(fù)合材料零件。

（2）該設(shè)備在鋪層時(shí)能夠?qū)︿亴勇窂竭M(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)設(shè)置，自動(dòng)功能具有最佳的鋪層路徑，每層帶可在±90°之間采取任意角度和任意方向的鋪放。

（3）能夠鋪放復(fù)雜切割路徑的鋪層和零件局部加強(qiáng)鋪層。（4）鋪帶機(jī)構(gòu)能按零件程序順應(yīng)形面，以可控制的壓力將帶平順?shù)伔藕湍雽?shí)、無(wú)褶皺、無(wú)氣泡和具有程編規(guī)定的帶與帶間隙。

（5）所鋪帶寬規(guī)格分為75mm、150mm和300mm三種。

舵面或機(jī)翼鋪帶制造方案設(shè)計(jì)制造原則

設(shè)計(jì)理念：在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中始終貫穿設(shè)計(jì)與工藝制造一體化、并行工程的設(shè)計(jì)理念，使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在設(shè)計(jì)、分析、成型、裝配、檢測(cè)、使用、維護(hù)和修理等各環(huán)節(jié)找到最佳的平衡點(diǎn)。

設(shè)計(jì)手段：采用數(shù)字化的設(shè)計(jì)手段，保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是唯一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件100%的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。適宜采用專(zhuān)用設(shè)計(jì)軟件FiberSIM、CPD、COVERS等。

制造方法：應(yīng)用先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備（自動(dòng)鋪帶機(jī)、自動(dòng)下料機(jī)、熱成型設(shè)備、柔性復(fù)合材料專(zhuān)用切鉆設(shè)備和大型C掃查設(shè)備等）符合復(fù)合材料自動(dòng)化低成本化制造趨勢(shì)，由此可以保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，并能提高產(chǎn)品性能、設(shè)計(jì)許用值和勞動(dòng)效率，減輕結(jié)構(gòu)重量。選材方案

材料體系選擇是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，涉及到承載和使用功能要求、工藝性、成本、使用經(jīng)驗(yàn)和供應(yīng)渠道等多方面因素，是綜合考慮的結(jié)果，國(guó)外主要的幾種鋪帶預(yù)浸料見(jiàn)下表。

國(guó)產(chǎn)的CCF-1碳纖維，樹(shù)脂可選擇北京航空材料院或北京航空制造工程研究所生產(chǎn)的環(huán)氧或雙馬樹(shù)脂，可供選用的樹(shù)脂按固化溫度分類(lèi)，有中溫固化（125℃）和高溫固化（180℃）兩大類(lèi)。機(jī)翼翼盒典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

為了便于采用復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶技術(shù)，在設(shè)計(jì)上最好避免使用蜂窩結(jié)構(gòu)。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要采用層板結(jié)構(gòu)，但層板結(jié)構(gòu)抗彎性能不好，為提高層板結(jié)構(gòu)抗彎和抗扭能力，需要采用加強(qiáng)筋類(lèi)結(jié)構(gòu)來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗扭能力強(qiáng)度。通常在翼盒段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案主要包括上整體壁板，帶有開(kāi)口的下整體壁板、前后梁腹板、端部密封肋、加強(qiáng)肋和普通肋。各梁腹板和肋上都可采用加筋方式以增加強(qiáng)度。各零件獨(dú)立制造后，再裝配成為整體盒段。各主要零部件均可采用復(fù)合材料設(shè)計(jì)。

整體壁板采用鋪帶的蒙皮與預(yù)固化的長(zhǎng)桁共膠接成型技術(shù)。目前有2種方案可供選擇：格柵式整體壁板和長(zhǎng)桁加筋式整體壁板。在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，前者成型難度較大，但用在油箱區(qū)密封性較好；后者成型相對(duì)簡(jiǎn)單，但與肋連接時(shí)蒙皮表面會(huì)有很多連接件，進(jìn)而降低了油箱密封的可靠性。制造方案

制造技術(shù)主要采用自動(dòng)鋪帶技術(shù)、自動(dòng)剪裁技術(shù)、熱壓實(shí)技術(shù)、共膠接或共固化技術(shù)等；而固化主要采用傳統(tǒng)的真空袋熱壓罐法；切鉆采用復(fù)合材料專(zhuān)用銑床及柔性裝夾技術(shù)。

工裝類(lèi)型主要有壁板蒙皮的鋪放成型工裝，蒙皮壁板的共固化或共膠接成型工裝，梁、肋的熱成型工裝、成型工裝。蒙皮壁板切割可采用專(zhuān)用切鉆夾持工裝或采用柔性?shī)A具，而梁、肋不適宜采用柔性?shī)A具夾持，最好設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用夾持工裝。

上述的設(shè)計(jì)方案可最大限度地采用復(fù)合材料自動(dòng)鋪帶技術(shù)。無(wú)論是蒙皮、加強(qiáng)筋，還是前后梁、肋等復(fù)合材料設(shè)計(jì)的零件，材料鋪放都可以用鋪帶機(jī)來(lái)完成。但是由于鋪帶機(jī)結(jié)構(gòu)上的限制，只能適宜鋪放小曲率零件，而對(duì)于加強(qiáng)筋、梁、肋等零件，一般截面為T(mén)形、I型或U形，零件截面尺寸小，且存在大曲率R角，鋪帶機(jī)無(wú)法在T形或U形上模具上直接鋪放。因此，對(duì)于蒙皮類(lèi)零件和梁、肋等零件，在造型過(guò)程上有些不同，蒙皮類(lèi)零件造型可以直接鋪放完成，梁、肋等零件造型需采用其他方法間接來(lái)完成。

上下壁板制造過(guò)程一般包括長(zhǎng)桁造型、蒙皮鋪放、蒙皮長(zhǎng)桁組裝、固化、切鉆、外形尺寸檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)等。上下壁板的成型過(guò)程分3步進(jìn)行：

第一步，制作長(zhǎng)桁?？捎么笮屯ㄓ闷脚_(tái)，在平臺(tái)上鋪帶，形成具有一定厚度的平板鋪層，用自動(dòng)裁床按長(zhǎng)桁尺寸剪裁，一次可剪裁多條長(zhǎng)桁，再用熱成型工藝分別造型；

第二步，蒙皮鋪放。由于蒙皮曲率較小，可直接采用自動(dòng)鋪帶機(jī)鋪放在成型工裝上；

第三步，蒙皮長(zhǎng)桁組合成壁板。長(zhǎng)桁定位放置在蒙皮壁板的共固化或共膠接成型工裝上，無(wú)論格柵式整體壁板還是長(zhǎng)桁加筋式整體壁板都可通過(guò)共膠接或共固化技術(shù)成型。

然后，將組合后的壁板和工裝一起送入大型熱壓罐加溫加壓固化成型。脫模之后，需去除無(wú)用的產(chǎn)品余量，一般采用五軸銑床和柔性?shī)A具系統(tǒng)（或硬夾持工裝）切邊和鉆孔。然后進(jìn)行外形、尺寸的無(wú)損檢測(cè)；合格后，即可進(jìn)行下一步的裝配。經(jīng)過(guò)這一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，即完成了自動(dòng)鋪帶復(fù)合材料壁板的制造。

結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)鋪帶技術(shù)的成功應(yīng)用，不僅體現(xiàn)復(fù)合材料成型自動(dòng)化相對(duì)于傳統(tǒng)成型方法的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，而且預(yù)示著復(fù)合材料成型自動(dòng)化是未來(lái)幾十年復(fù)合材料制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，自動(dòng)鋪帶技術(shù)大多用于鋪疊強(qiáng)度要求高的大型構(gòu)件，如機(jī)翼蒙皮、舵面等，經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，具有高效率、高質(zhì)量和低成本優(yōu)點(diǎn)的自動(dòng)鋪帶鋪放技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家航空復(fù)合材料構(gòu)件的成熟制造技術(shù)，這一制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)的引進(jìn)和發(fā)展，也必將在國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的研制和生產(chǎn)中占有重要的地位，為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的順利升空提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。(end)