復合材料自動鋪放技術的研究進展及其工藝特點分析

徐志明(上海電氣自動化集團，上?！?00070)

0　引　言

由于纖維復合材料具有高比強度、高比模量、抗侵蝕和耐燒蝕等一系列優點，已經成為現代大型飛機的主要結構用材。從波音B777、空客A380到B787、A350，大型飛機的復合材料用量正在大幅度增加，B787和A350上所使用的復合材料結構件用量都已超過50%。國產飛機中ARJ21支線客機的復合材料用量還不足3%，到C919大型飛機的復合材料用量大約為12%，而下一代大型飛機C929的復合材料結構件用量將會超過40%[1],如圖1所示。

圖1　大型飛機復合材料用量

隨著先進復合材料在航空領域應用比例的進一步擴大，復合材料部件正逐漸從簡單結構向整體化和復雜化方向發展，使得鋪放過程自動化的需要變得更加迫切。自動鋪放技術是實現復合材料高性能數字化制造的一個重要手段，同時也是近年來發展最快的先進制造技術。采用自動鋪放可以大幅度提高鋪放效率，減少人力勞動成本，有利于生產更加大型的構件。可以降低鋪放偏差和出錯的機率，提高纖維片層之間的定位精度。有利于設計更加復雜的復合材料部件，并可以大大提高材料的利用率。在鋪放同時可以向疊層施加壓緊力，有利于降低成品的空泡率，提高成品的質量。這些顯著的優點將使自動鋪放技術在大型飛機復材構件制造中所占的比重越來越大。

自動鋪放技術可分為自動鋪帶技術(Automated Tape Layer, 簡稱ATL)和纖維自動鋪放技術(即自動鋪絲技術，Automated Fiber Placement, 簡稱AFP)。鋪帶技術是將具有一定寬度的(150 mm和300 mm)纖維帶子展開，并鋪放在一個陰?；蚱脚_上，由于鋪帶設備固有的特點，幾乎不能對帶子進行控制，因此只能用于相對平坦或小曲率的工件的鋪放。……