一、复合材料的自动成型工艺
复合材料自动化成型技术作为将结构设计、材料和制造连接一体的纽带和桥梁，将机械制造技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、传感器技术、软件技术等多个学科技术引进到复合材料成型过程，尤其适合手工成型难以完成的大尺寸超大尺寸以及复杂形面结构件的成型。
飞机复合材料制造工艺中较为常见的自动成型工艺包括带材铺叠工艺、纤维铺放工艺和RTM成型工艺等。其中最常使用的工艺类型为带材铺叠工艺和纤维铺放工艺。复合材料成型自动化不仅大大提高了复合材料构件的生产效率，降低了生产成本，而且通过对成型工艺参数和技术指标的精确控制，极大提高复合材料构件质量的可靠性和稳定性。到目前为止，国外复合材料自动化成型技术已相当成熟。以带材铺贴及纤维铺放为主的自动铺放技术在飞机的操纵面、主机翼结构件、垂直、水平尾翼和机身结构件的成型制造中均发挥出了突出作用。
二、带材铺叠成型工艺的运用
1、工艺发展
20世纪60年代初，单向带材料的诞生为大型结构件的自动铺叠成型奠定了基础。70年代末，世界上第一台商用带材铺叠设备诞生,20世纪90年代末以来，带材铺叠工艺重新得到飞机制造商的青睐，且带材铺叠设备的销量呈现出极佳态势。商用飞机复合材料结构件的大量使用，使带材铺叠工艺再次兴起，同时为带材铺叠设备的应用提供了广阔的市场。
2、带材铺叠成型工艺的应用
世界上绝大多数带材铺叠设备都采用开敞式龙门结构，包括高架X轴导轨，通过直线电机与齿轮齿条机构驱动沿X轴运动的横臂（Y轴）以及垂直固定在横臂上的Z轴。因此，带材铺叠设备是具有龙门结构运动与铺放头运动的多轴机床。用于铺叠的模具置于龙门架下并固定在工作台上，铺叠设备经初始化后与模具表面接触，以一定压力将预浸带铺到模具表面上。通过编程可实现带材形状及尺寸的精确控制。此外，相邻带材间距离应控制在一定范围内，且不允许出现带材重叠。
带材铺叠设备有2种基本配置，一种用于如机翼蒙皮的曲面铺叠，另一种用于平面铺叠。尽管2种铺叠设备在结构上基本相同，但由于前者既能实现曲面铺叠又能实现平面铺叠，因此更加灵活，应用场合也更广。目前，世界上大多数带材铺叠工艺均通过曲面铺叠设备实现。铺放头是实现带材铺叠工艺的关键。用于铺叠的单向预浸带宽度通常为3英寸、6英寸或12英寸。
带材铺叠技术有3种，分别为单相铺叠技术、双相铺叠技术、单双相复合铺叠技术。单相铺叠成型可视为铺叠工艺的标准，世界上绝大多数带材铺叠设备均采用该工艺技术。单相铺叠过程中，预浸带装入铺放头，并依次通过送带辊、导带槽和切带机构，其中切割机构仅切断带材而不损伤背衬纸。预浸带经裁切后形成需要的形状和尺寸，铺放头以一定压力将裁切后的预浸带铺到模具表面，而背衬纸则通过收卷盘回收。单相铺叠过程中的预浸带切割需要设备在减速或停止状态下进行，然而整个铺叠过程是在一台设备上实现的。对双相铺叠成型，离线切割机将带材裁切成满足工艺要求的形状和尺寸，同时移除废料。切带完成后，先将预浸带上下表面贴上衬纸，随后绕上带盘。带盘上贴有条形码，标识预浸带的相关信息。
三、纤维铺放成型工艺的运用
1、工艺特点分析
纤维铺放的概念最早出现于20世纪70年代末，该工艺过程与纤维缠绕非常接近。纤维铺放工艺的提出旨在克服纤维缠绕在应用过程中的局限。纤维缠绕是实现复合材料自动成型的最初工艺形式，通常用于圆柱状部件（如火箭发动机壳体）和近圆柱飞机结构件的成型，然而大量非圆柱结构件却无法通过该工艺进行加工制造。结构上，纤维铺放设备与纤维缠绕设备非常类似，由固定工作台（主轴箱+尾架）和铺放小车（沿平行于固定工作台的X轴床身运动）共同组成。与纤维缠绕不同，纤维铺放头与芯模直接接触，并以小张力和一定压力将预浸料铺到其表面。纤维铺放头将数根预浸纤维或预浸带集为一定宽度的纤维带后铺在芯模表面。铺放过程中，铺放头可停止、切断并调用其中任何一根预浸纤维。
形成纤维带的丝束数通常为12、24和32，通过将变丝束纤维带铺贴并压实在芯模表面，可实现复杂结构件的铺放成型。铺放过程中，每根纤维以其各自的速度运动使曲率铺放得以实现。如前所述，铺放机具有“单丝束控制”能力，因此可严格按照复杂型体的表面进行纤维铺放。通过增减外侧丝束，还可实现铺放工艺过程中纤维带宽度的改变。此外，铺放机的“单丝束控制”能力使其能够实现锥形体表面（如飞机尾椎）的等厚度铺放。由于沿椎体的大端向小端铺放纤维带，通过去掉外侧丝束可减少纤维带宽度，进而消除铺层重叠及厚度堆积，最终实现铺层的等厚度。
2、纤维铺放成型工艺的应用
经过多年的发展，纤维铺放成型加工工艺已经被大范围应用到飞机制造生产中，从目前的应用状况来看，纤维铺放工艺已经成为复合材料加工的主要手段之一，且与其他加工技术相比，在技术方法和生产效率方面具有更好的应用优势。最典型的应用实例就是其在波音787飞机制造中的应用。在该飞机结构中的大部分均是借助纤维铺放技术加工成型的，其在世界范围内也获得了广泛的关注。
参考文献：
[1]王菲.飞机复合材料梁、框类结构自动化制造技术现状[J].科技展望,2017,27(21).
[2]徐志明.复合材料自动铺放技术的研究进展及其工艺特点分析[J].电气自动化,2018,40(1):88-91.
