目前，复合材料厚度偏差带来的外形偏差等问题已成为航空制造业面临的突出问题，削弱了复合材料相对金属材料的竞争优势，甚至影响复合材料在未来航空结构中的大规模应用。厚度偏差导致复合材料结构装配时间显著延长，成本提升，预测厚度偏差已成为航空复合材料领域亟待解决的问题。研究复合材料的厚度偏差问题，形成过程及调控规律对促进航空复合材料的技术开发和工业应用具有重要意义。
1国内外现状分析
制备复合材料构件时，基体相和增强相有着各自不同的物理化学性能，随着固化阶段的进行，材料内部会有残余应力的产生。复合材料构件脱模后应力释放，使得结构的外形、厚度发生改变，达不到设计要求，这就是我们常说的固化变形。
为降低固化变形和厚度超差带来的不利影响，常用的两种处理办法是调整固化阶段的工艺参数，或者进行模具的补偿及修正设计，有时候还需把两种方法混合使用，使最终的成型结果与预期一致。为了保证复合材料制品在各方面满足性能要求，需要严格控制加工成型过程，而固化成型过程几乎是所有复合材料加工过程中不可或缺的。
由于实验的方法具有成本高，耗时长，实验次数多等缺点，因此也有很多学者采用数值仿真的方法来研究。有研究人员采用对结构型面进行外形预测及提前补偿的方法，替代了上述依赖高成本的实验试凑的方法，用计算机仿真技术预测复合材料构件固化变形、成型厚度结果，即时调整加工型面，低成本高效率地得到理想的构件；有研究人员研究了热压罐工艺下层合板的固化成型过程，对树脂压力分布和层板变形进行预估并加以验证，根据不同材料的试验结果发现了结构尺寸对变形和厚度的影响。
2研究内容
航空复合材料的成型工艺主要包括以预浸料为原材料的热压罐成型工艺和以干态纤维、树脂为原材料的液态成型工艺两大类。由于温度、压力均匀性好，制件孔隙率低、单层厚度均匀、产品稳定性高，热压罐成型工艺被广泛应用于航空航天制造领域。据统计，采用该工艺生产的复合材料约占其总产量的80%以上。近年来，虽然液态成型技术发展迅速，应用比例也有所增加，但考虑到工艺成熟度、产品质量稳定性，热压罐成型工艺仍是现阶段航空复合材料制造的主流成型工艺。本项目将针对热压罐成型工艺制造的复合材料结构厚度超差问题进行研究。
2.1 CCF300/QY9511碳纤维预浸料厚度铣切验证
（1）试验件简介
试验件长度约1200mm，宽度约450mm，三侧为直边，一侧为锯齿边，试验件使用CCF300/QY9511碳纤维预浸料制造，试验件等厚40层，理论厚度为5mm，其中铺放5层EW100B/QY9511玻璃纤维预浸料作为补偿层，用于数控铣切厚度验证。
图1 CCF300/QY9511厚度铣切试验件及工装图 图2 加工区域表面状态图
（2）工装方案
使用工装如图1所示，工装为钢制结构，零件装夹区域开图示的真空槽，装夹区边缘使用硅橡胶进行密封，四周配备金属压板辅助试验件装夹，使用定位销孔进行试验件定位。
（3）工艺方案
加工用刀具为Φ12金刚石涂层锯齿铣刀，加工方式为刀具底刃行切加工，铣切的理论加工型面为5.2mm厚度型面，刀间距设置为0.5mm，主轴转速12000rpm，进给速度400mm/min。
（4）验证结果
铣切加工后，加工区域使用测厚仪测厚的实际厚度为5.1mm-5.4mm，加工后试验件加工区域的表面状态平整光滑，无毛刺和劈裂现象，铣切后如图2所示
2.2 AC631/CCF800H碳纤维预浸料厚度铣切验证
（1）试验件简介
试验件长度约2350mm，宽度约1500mm，除带有三角外形一侧曲率较小，其余三侧曲率较大，试验件使用CCF800H/AC631碳纤维预浸料制造，其中铺放6层EW100A/ AC631玻璃纤维预浸料作为补偿层，用于数控铣切厚度验证，加工区域试验件的理论厚度为2.8mm。
（2）工装方案
使用工装底板为钢制结构，装夹区为代木板，零件装夹区域开图示的真空槽，装夹区边缘使用硅橡胶进行密封，四周配备金属压板辅助试验件装夹，使用定位销孔进行试验件定位。
（3）工艺方案
加工用刀具为Φ12金刚石涂层锯齿铣刀，加工方式为刀具底刃行切加工，铣切的理论加工型面为3mm厚度型面，刀间距设置为0.5mm，主轴转速12000rpm，低曲率区域进给速度400mm/min，高曲率区域进给速度200mm/min。
（4）验证结果
铣切加工后，低区域的表面状态平整光滑，无毛刺和劈裂现象，低曲率加工区域使用测厚仪测厚的实际厚度为2.9mm-3.2mm；高曲率加工区域使用测厚仪测厚的实际厚度为2.7mm-3.5mm，实物状态如图3所示。
图3高曲率加工区域表面状态图
（5）验证小结
针对低曲率的复材层压板，数控加工铣切厚度零件更利于装夹，且加工后零件厚度更均匀，可达到0.3mm的公差范围，适用于铣切加工进行厚度控制；而高曲率的复材层压板，受零件回弹变形影响，零件装夹状态较差，局部因型面的偏差可能导致铣切后零件厚度不均匀，不适用于铣切加工进行厚度控制。
3 结论
针对低曲率的复材层压板，数控加工铣切时更利于装夹，且加工后零件厚度更均匀，可达到0.3mm的公差范围，适用于铣切加工进行厚度控制；而高曲率的复材层压板，受零件回弹变形影响，零件装夹状态较差，局部因型面的偏差可能导致铣切后零件厚度不均匀，不适用于铣切加工进行厚度控制。