航空先进复合材料铺放及缝合设备的发展及应用

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1、论坛FORUM航空先进复合材料铺放及缝合设备的发展及应用DevelopmentandApplicationofPlacementandStitchingEquipmentsofAeronauticalAdvancedComposites西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心王永军何俊杰元振毅中航飞机股份有限公司西安飞机分公司王浩军杨绍昌苏霞采用先进的自动化铺放设备进行飞机复合材料构件的制备，并采用自动缝合方法提高其损伤容限，是现代飞机复合材料制造技术发展的重要方向。因此，我国企业急需通过引进和研制先进的自动化铺带、铺丝设备以及热

2、隔膜成型、缝合设备，大幅提高我国复合材料自动化制造设备水平，为军民用飞机的型号研制打下坚实的基础。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.14.040王永军成为世界强国竞相发展的核心技术。副教授、博士，研究方向为金属塑国外先进复合材料在大型飞机结构自动铺放设备及应用性成形、复合材料成型、计算机集成制上的用量已经达到甚至超过50%，如为保证复合材料整体构件的质造、成形设备数控技术。曾主持和参加波音787复合材料用量为50%，其机量稳定性和提高制造效率，用于自动研究课题20余项，发表论文30余篇，获得发明专利5

3、项，获省部级二等奖1项，身和机翼主要结构几乎全部由复合化铺放的自动铺带机与丝束铺放机三等奖1项，获省级教学成果一等奖1材料制成；A350复合材料用量从最得到快速发展，成为先进大型飞机制项。初的37%提高到52%，主要用在机造的关键设备。[1]翼、机身、垂尾、平尾等结构中。随1自动铺带设备及应用着复合材料的大量应用，大型整体构伴随着20世纪60年代由单向件数量和尺寸的不断增加，各种先进带形式开发的先进复合材料的出现，在航空领域，复合材料的应用从复合材料制造设备迅速发展，并在航复材构件的传统生产方法主要为手最初的次承力结构大幅扩展到机翼、

4、空制造业得到了广泛的应用。工铺放，它具有成本高、效率低、报废机身等主承力结构，其用量和减重本文重点介绍几种近年来发展率高和可重复性差的缺点。效果已成为衡量飞机先进性的重要较快的复合材料制造设备及应用情20世纪60年代中期，针对小曲标志，因此，先进复合材料制造技术况。率的大型复合材料构件，美国率先在40航空制造技术·2015年第14期AutomaticManufacturingTechnologyofComposites复合材料自动化制造技术先进复合材料制造领域开发并应用浸带的切割和铺叠分开实施，即不在自动铺带设备，相对于手工铺放无论同

5、一头上完成则为“两步法”。这两在生产效率还是产品质量上都有较种方法都能满足一般产品的加工要大提高。求，在复合材料自动铺带成型过程80年代以后，自动铺带开始广中，“一步法”自动铺带仍占主导地泛应用于飞机的制造领域，如：F-22位；对于复杂形状铺层，“两步法”比战斗机（机翼）、波音777民用飞机（a）Torreslayup铺带头“一步法”更容易实施，且铺放效率（全复合材料尾翼、水平和垂直安定较高，但“两步法”较“一步法”的设面蒙皮）和军用C-17运输机（水平备价格较高。安定面蒙皮）、V-22（旋翼蒙皮）等。经过不断的发展和完善，自动铺欧洲

6、复合材料铺带成型的产品有机带设备在美国和欧洲已经成熟，并大翼蒙皮、尾翼、翼梁、增强肋等，主要规模应用于航空复合材料结构件的包括空客A330/A340（水平安定面制造。蒙皮）、A340-500/600（尾翼蒙皮）和（b）CHARGERTMTapeLayers铺带头目前，日本三菱公司负责生产[2-4]A380（安定面蒙皮、中央翼盒）等。的主翼蒙皮用的LinearAtlas铺带自动铺带机分为平板式自动机是全世界最大的铺带机，尺寸达铺带机（TLM）和曲面自动铺带机40m×8m，铺设速度为60m/min。西（TCLM）2种。TLM有4个联动轴，

7、班牙M-Torres公司研制出11轴自主要适用于平板或小曲率机翼壁板动铺带机，法国Forest-Line公司研的制造；CTLM有5个联动轴，适用制出带有双向铺带头的自动铺带机。于单曲面中等曲率壁板（如大尺寸机目前铺带宽度最大可达到300mm，（c）Daul-PhaseTapeLaying双工位铺带头身）的制造。自动铺带机由台架系铺带速度达1.3~20.4kg/h，生产效率图1欧美各种自动铺带机铺带头统（平行轨道、横梁及立杆）和铺带可达到手工铺叠的数十倍。图2为头组成，分为单架式和双架式。其中Layers的铺带头；图1（c）为法国M-T

8、orres公司的自动铺带设备对铺带头作为自动铺带设备的核心部Forest-line公司自动铺带机Daul-A350机翼蒙皮进行铺带的过程。件，集两套3轴切割系统、预浸带输PhaseTapeLaying双工位铺带头，其马格