自动铺丝技术及其在A350﹢制造过程中的应用.pdf

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1、新视点NEWVIEWPOINT自动铺丝技术及其在A350制造过程中的应用郑广强，姚锋，周晓芹（中航复合材料有限责任公司，北京101300）[摘要]介绍了自动铺丝技术的原理、特点、优势，并从铺丝设备、铺丝材料、铺丝工艺、应用等几个方面进行了阐述。以空客A350复合材料制造技术为背景，分析了其机体结构的制造特点以及自动铺丝技术的应用。提出了复合材料结构自动铺丝技术工程化应用关键问题。可为国内自动铺丝技术在大型客机复合材料结构成型中的应用提供参考。关键词：复合材料；自动化制造；自动铺丝DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2017.16.076技术和自

2、动化制造技术的日趋成熟，A350的机身结构、机翼等（图2）已全[4-6]复合材料在飞机上的应用突飞猛进，部采用自动铺丝技术进行制造。应用范围越来越广，用量越来越大，尤其是在大型客机上的应用，以空客自动铺丝技术A350为代表的大型双通道宽体客机1自动铺丝技术原理复合材料用量已经占到机体结构重自动铺丝技术是指在多坐标自量的53%，整个机身、机翼结构几乎动铺丝机的控制下，铺丝头将多束预全部采用了碳纤维复合材料（图1），浸丝束通过放卷、导向、传输、压紧、[1-3]航空复合材料时代已经来临。切割、辊压等功能在压辊下集束成复合材料用量的大幅提升离不带，并按照计算机规划的轨迹进行

3、铺开自动化制造技术的强力支撑，尤其层的自动化铺放。在铺放过程可实是自动铺丝技术。自动铺带技术解现预浸丝束的单独控制，实现增减丝决了飞机小曲率机翼、尾翼等翼面束，并可实现转弯铺放。因此，自动郑广强类复合材料结构的制造问题，将飞机铺丝具有更强的曲面适应能力，不仅硕士、高级工程师,从事复合材料的复合材料用量提升到结构重量的可以铺放凹面、凸面，还可以实现开自动化制造技术研究,主要研究方向是复合材料自动铺带技术和自动铺丝技25%左右；而自动铺丝技术解决了大口、补强等变厚铺层，纤维角度偏差术,参与了国内多个重大项目和型号的曲率机头、中机身、后机身、机翼大梁更小，生产效率更高。复

4、合材料自动化铺放技术研究。等复杂结构的制造问题，将飞机的复典型铺丝设备主要由机床主体、合材料用量提升到机体结构重量的纱架系统、铺丝头等3部分组成（图50%左右，已经成为复合材料工程化3）。机床主体主要实现铺丝头的快复合材料具有轻质、高强、结构应用的里程碑。自动铺丝技术能有速移动和空间坐标的定位；纱架系功能一体化和设计制造一体化等优效降低生产成本，提高生产效率，有统实现预浸丝束料卷的存储、放卷、点，尤其是碳纤维增强复合材料的应利于复合材料构件质量的可靠性和薄膜回收、张力控制、传输和导向等用，可有效减轻飞机结构重量，提高稳定性，经济效益显著，已经成为机功能；铺丝头主要实

5、现预浸丝束的燃油效率和飞机可靠性。随着材料身结构制造的典型工艺。大型客机压紧、送进、切割、导向、加热、辊压等76航空制造技术·2017年第16期新视点NEWVIEWPOINT刚性好、精度高，已经成为机身结构制造的关键设备。机械臂铺丝机普遍采用成熟的工业机器人作为运动机构，设备成本较大型龙门设备低、维护成本低、故障率低，且运动灵活。8%其他但机械手末端承载能力有限、刚性较19%铝合金差，因此机械手臂式铺丝机更适合于53%碳纤维6%钢产品验证或尺寸较小、形状较为复杂复合材料的复合材料构件的铺放。14%钛合金此外，也可以根据丝束料卷和图1空客A350机体材料应用情况铺丝头

6、的相对位置进行分类，可以分Fig.1MateriaIappIicationofA350airframestructure为分离式铺丝机和集成式铺丝机（图路径轨迹限制较小，可以实现连续变5）。分离式铺丝机的料卷存储在纱角度铺放，特别适合大曲率复杂构件架内，纱架位于铺丝机的旁边、横梁的铺放。例如，机身尾段的自动铺或者后部，预浸丝束通过长距离传放，尤其是±45°的铺放，纤维需要输，运动到铺丝头。该结构是早期典根据规划的路径进行转弯，以达到型铺丝机的结构形式。采用分离式最理想的纤维铺放角度。对于机翼结构的铺丝设备，可以加大丝束料卷大梁等C型结构件的自动化铺放，的单卷体积，增

7、加单卷长度，对于铺图2自动铺丝技术在A350中机身蒙皮上的±45°方向和0°方向R角处的铺放大型制件，可以减少换料的次数，应用Fig.2AppIicationofautomaticfiber放，铺丝技术可以实现较好地纤维压不间断铺丝，具有一定的优势。单卷pIacementtechnoIogyinA350middIe实。料卷丝束长度最大可达5000m。但是，fuseIageskin（4）材料利用率高。铺放过程长距离传输也会带来一定的弊端，材[7-10]功能，将丝束铺放在模具上。采用多束预浸丝束，每根丝束根据铺料的上下料过程用时较长，出现断纱自动铺丝技术之所以成为大