航天领域当中，利用自动成型工艺进行复合材料的加工不仅可加快加工速度，也可节约材料用量，并且加工过程较为自动化，可以提升加工产品的品质。其中，具有代表性的是带材铺叠成型工艺，此外，纤维铺放成型工艺也具有显著的优势，两种工艺均可实现加工成本的节约及加工效率的提升，有益于航空材料的发展与广泛应用。
1.常用的复合材料自动成型工艺分析
1.1带材铺叠成型工艺
在飞机制造领域当中，复合材料加工时常用的成型工艺是带材铺叠方法，此工艺应用时需要使用机床等加工设备，生产部件的成本相对较低，适用于大型结构加工，并且在复杂结构加工时取得的成型效果也极佳。现阶段，全球范围内研发与应用的带材铺叠加工设备已多达几十台，主要应用于航空纤维等结构的加工。铺叠设备是加工工艺的核心所在，其中安装了具备可编程功能的齿轮及齿条，可在编程之后，可以芯模轮廓为依据，进行材料的预浸，之后逐步将芯模外侧表面进行全面摊铺。材料成型过程中，关键在于控制技术的应用，且铺放结构是否合理也十分重要。
1.2纤维铺放成型工艺
此工艺区别于传统工业加工机器人之处在于机床是纤维铺放加工设备的基本结构，可在节约加工费用的情况下自动加工多个不同类别的复杂结构。铺放加工属于逆向加工过程，需将加工材料堆放于铺放机械中，而后使之在原来的摊铺层之上进行层层叠加。铺放机床也具有可编程特点，可对部件的成型进行有效控制。
2.复合材料自动成型工艺的发展分析
2.1带材铺叠成型工艺的发展
此工艺诞生于上世纪六十年代，当时是以单向带材进行加工的，进入七十年代后，研发出了铺叠设备商用机，自八十年代开始，此工艺在军用飞机构件制造中开始应用，但由于应用领域不广泛，因而未能快速发展。九十年代后，越多越多的飞机制造企业开始关注此技术，因而加工设备销量大增，并使带材铺叠技术在复杂性飞机构件加工中得到了大量应用。此技术具有材料利用率高、加工速度快的特点，加工过程较为灵活且具备极佳的工艺性能。
2.2纤维铺放成型工艺的发展
此工艺诞生于上世纪八十年代的美国，基于传统的缠绕设备研制出了首代纤维铺放设备。而后逐步改进与完善，诞生了优势更多的二代铺放设备，而后才由Cincinnati公司推出商用铺放设备。此种复合材料自动成型工艺的广泛应用，推进了飞机制造行业的发展进程，波音系列飞机中的众多构件均是用此成型工艺制作而成。
3.航空领域中复合材料自动成型工艺的具体应用分析
3.1带材铺叠成型工艺的应用
3.1.1带材铺叠设备结构及原理
带材铺叠设备大部分都采用的是敞开式龙门结构设备，属于轴型机床，其中有轴导轨、齿轮机、横臂以及铺放头多个结构。加工复合材料时，需在龙门架之内的空间处进行芯模的放置，将需将之在地面之上做好加固处理。设备在初始化成功后和模芯的外表相互接触，并施加压力在芯模表面压紧预浸带。在编程模式下可更精准控制带材大小和形状，并保障相邻间距处于特定范围内，使成型过程中不出现重叠问题。
3.1.2带材铺叠设备的配置
通常带材的铺叠设备存在两种配置，一为曲面铺叠，二为平面铺叠。两种设备结构类似，但是曲面铺叠设备能够实现平面、曲面等铺叠形式，所以应用范围较广。多数工艺使用此种类型设备实现。在工艺应用过程中，铺放头为重点部分。
3.1.3带材铺叠工艺的铺叠类型分析
3.1.3.1单向铺叠
此种铺叠类型适用于多种加工，通常需将预浸带安装在铺装头处，之后使之向导带槽及切带等处运行。此种方式可实现带材切割过程中不波及衬纸。将预浸带裁切成相应大小后，在铺放头压力下将之固定于芯模之上，从而通过卷盘进行衬纸的回收。成型加工中设备需于低速或停止运行的状态下进行切割处理，从而实现在一台设备中的铺叠。
3.1.3.2双向铺叠
此类型工艺应用时，需于离线时完成带材的切割，且需同步移除废料。切割之后，需利用衬纸进行上下两处的粘贴处理，并将之缠绕于带盘之上，而后可通地带盘二维码观测到材料加工的顺序及各自的性能情况。处理完成后，需将带材放在铺放头处。此工艺的特点在于可更加高效的完成铺叠。
3.1.3.3复合铺叠
此铺叠类型是将指将单向及双向铺叠结构分别安装于两侧铺放头位置，通常在客机机翼结构制造中较为常用。在带材铺叠广泛应用于飞机制造领域之后，此类设备的需求量会持续增长，从而会带动带材铺叠技术的进一步发展。在大型运输飞机的尾翼构件制造过程中，必须使用带材铺叠工艺，这是促使此工艺取得巨大发展的重要原因之一。
3.2纤维铺放成型工艺的应用
3.2.1纤维铺放设备应用范围及结构
复合材料的成型过程需要基于纤维缠绕工艺才能完成。此工艺可应用在接近圆柱结构的飞机构件、火箭的发动机外壳中，不适用于非圆柱形构件的制造。应用过程中，铺放设备非常接近于缠绕设备。设备主要由主轴箱、尾架等组成工作台，并配置一台铺放车沿着工作台的横轴和轴床共同运动。
3.2.2纤维铺放成型工艺过程
在自动成型过程中，铺放头部和芯模位置直接接触，通过固定压力和较小张力共同把预浸料摊铺到芯模表面。在铺放头的集成下促使多根纤维带形成一定宽度，最后在芯模外表均匀摊铺。成型过程可灵活调整铺放头的工况，并实现对纤维带中任意单束丝的控制。将不同的纤维束分别在芯模的外表进行摊铺并压实，即可完成铺放成型。整个加工过程中，各纤维丝能够按照特定的运动速度完成曲度铺放。控制单独丝束能力可完成各种复杂构件外表的纤维铺放，并可在成型过程中灵活删减外部丝束，实现在铺放环节纤维宽度的自由变换。在此工艺应用下，利用其对单丝的控制性能，可完成飞机尾部的锥形体外表铺放。因为飞机尾部的椎体大端和小端之间纤维带的铺放数量不同，成型过程中将去除外侧的丝束，减小纤维带的宽度，从而逐渐减小铺叠层厚度，使其与铺层等厚。
结语：在航空领域中，复合材料的成型工艺在飞机制造过程中有广泛应用，特别是材料铺叠和纤维铺放两种成型技术，能够在不同尺寸机床上应用。在成型技术下，可提高飞机构件的制作质量和制作效率，从而为航空领域的发展奠定良好的技术基础。
参考文献：
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