自动铺带技术与大飞机复合材料结构

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1、ComposlteManufactunngTechnologyforLargeCommerclaIJet大飞机复合材料制造技术自动铺带技术与大飞机复合材料结构AutomatedTape—LayingTechnologyandLargeAircraftCompositesStructure袁新浩2009年毕业于南京航空航天大学飞行器设计专业．获硕士学位。现在中国商飞上海飞机设计研究院从事复合材料中央翼设计工作。目前，飞机上的复合材料使用量已经成为衡量其先进性的重要标准。波音787、空客A380飞机都大量采用复合材料，空客A350上复合材料的用量更超过50％。作为中国拥有完全知识

2、产权的大型民用客机项目，为了保证其客机的市场竞争力并促进国内复合材料产业的发展，也必将大量采用先进复合材料。而自动铺中国商飞上海飞机设计研究院袁新浩中航工业第一飞机设计研究院窦润龙铺带工艺在提高复合材料在商用飞机及军用飞机上的使用方面起到了重要的作用。随着越来越多的零件从铝转换成复合材料，铺带将持续成为一个高可生产性和划算的解决方案。未来应用的例子会包括商用飞机复合材料机翼．民用结构零件以及汽车和其他运输工业的结构零件。相信通过大飞机项目的研发、设计制造，我们可以掌握复合材料自动铺带技术，为大幅度应用复合材料飞机结构积累经验。带技术则是使用复合材料的关键技术之一。先进复合材料

3、的历史先进复合材料是20世纪60年代早期以单向带的形式推出的。起初用手工铺贴，其工艺是劳动密集型的，容易引起质量问题。20世纪60年代中期，航空工业的发展极大地推动了其自动化进程。早期的设备是航空公司或加工车间在材料供应商的指导下自己制造的。设备的构型涵盖了从手工辅助台式的原型机到由美国空军牵头、通用动力和Conrac公司合作研发的第一台全数控龙门式铺带机。这台设备被用来为F-16生产复合材料零件，使用的是75mm宽的带子。20世纪70年代末期至80年代初，设备制造者生产了第一台商业化的平面和曲面数控铺带机，这些设备被用在军事项目上(如B一1和B一2轰炸机)制造飞机的零件。曲

4、面上带宽范围为75～150mm，平面可以高达300mm。20世纪80年代末期，自动铺带开始广泛的使用于商用飞机上。整个20世纪90年代，设备、编程技术、铺带技术和ATL复合材料的进一步发展使铺带工艺操作更简单、性能更可靠、界面更友好。2010年第1期·航牵制造技术53拿多论坛FORUM复合材料工艺综述单向碳环氧预浸带是在衬纸上成卷供应的，典型的宽度有75ram、150mm和300mm三种规格。曲面应用使用75mm和150mm带宽，平面应用使用150ram和300ram带宽。材料卷被装载在铺带的头部。铺带头在平面应用时被安放在4轴台架上，曲面应用时安放在5轴台架上。1优点碳环氧

5、预浸带极大地减少了手工铺层。在平面装料的情况下，相对于手工铺贴，碳环氧预浸带可以减少的人工劳动时间高达70％～85％，铺层效率可以高达1000kg／周。曲面壁板的铺层效率取决干曲面的复杂性、精度要求、零件厚度和使用的带宽。平面到曲面过渡的零件也适合铺贴。零件越大，层数越多，铺层的生产性就越好。另一个优点是铺带机的铺放头可以旋转±190。。因此，纤维的角度不受限制，从0。～85。角度范围内都可以铺放。对在小于全带宽度的部位，可切割单向带至所需宽度。2缺点大曲率的零件不适合铺贴，因为带子在平面过渡区趋干翘曲和桥接。此外，衬纸也町能发生损坏。小的铺层数也降低了铺带的可生产性。应用由

6、平面层压板制造的零件的例子有波音777、空客A330／340和空客A340—500／600的尾翼结构零件(翼梁、肋、长桁、C型槽和“工”字长桁)。曲面铺层零件的例子包括波音777、空客A330／340和空客A340-500／600的水平／垂直安定面蒙皮。设备描述1铺带头一卷带子被加载在供应轴上，轴位于带头前面上方。带子在供料时54航空制造技术·2@11}年第1期相继越过带子位置反馈系统、上面的带导轨以及刀具。最后穿过下面的带导轨，在压实底座段下面到达衬纸回收轴，轴位于带头的后面。复合材料带子穿过带头的运动被称为U轴。由供应轴和回收轴的马达控制着带子。y轴和0轴这2个线性切割轴

7、在构造上是一样的，都被安装在带头的前面，在供应轴和压实座段之间。它们在一个垂直于带子路径的方向上滑行。2个旋转切割轴D轴和E轴使触针刀具朝向带子，这2个轴在构造上类似，D轴固定于y轴，E轴固定于p轴。y—D和0一E轴的运动在带子上割出想要的角度。D轴和E轴通常与X和／或l，轴同时到位，在进程的一开始就准备好下一次切割。切割通过复合材料带子但不通过衬纸。压实座段是设计用来铺放复合材料带子在曲面上的，如凹槽、拉伸件和全部蒙皮曲面，同时保持相当的压实力分布在底座的宽度方向上。尾部压实滚轴和带子底座相匹配。当带