圖1加筋壁板制造工藝流程產(chǎn)線布局。

(相關(guān)資料圖)

圖2長桁鋪疊及坯料切割。

圖3長桁熱隔膜預(yù)成型。

圖4自動(dòng)翻轉(zhuǎn)組合。

航空工業(yè)沈飛以民用飛機(jī)某型號(hào)機(jī)身下壁板為研究對象，開展了自動(dòng)鋪帶、坯料超聲切割、熱隔膜成型、單根長桁翻轉(zhuǎn)組合、整體長桁翻轉(zhuǎn)定位組合、數(shù)控切割、激光雷達(dá)檢測等一系列自動(dòng)化制造技術(shù)研究，全部工裝及自動(dòng)翻轉(zhuǎn)組合設(shè)備均由國內(nèi)自主制造，驗(yàn)證了自動(dòng)化制造技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)合材料加筋壁板自動(dòng)化制造技術(shù)突破。

傳統(tǒng)復(fù)合材料零件制造以手工鋪疊為主，零件的鋪疊、周轉(zhuǎn)、組合都依靠人工操作完成，零件生產(chǎn)周期長且質(zhì)量穩(wěn)定性難以保證。因此，在復(fù)合材料制造行業(yè)，自動(dòng)鋪絲、自動(dòng)鋪帶、熱隔膜成型等自動(dòng)化制造技術(shù)的應(yīng)用越來越受到重視。針對大型加筋壁板如中央翼、機(jī)身壁板等復(fù)合材料零件中最典型的結(jié)構(gòu)形式，搭建航空大型復(fù)合材料加筋壁板結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線，快速推動(dòng)復(fù)合材料行業(yè)自動(dòng)化制造進(jìn)程，在提高裝備自動(dòng)化、智能化程度的同時(shí)，形成了自主可控的復(fù)材成型加工自動(dòng)化技術(shù)，大大提高了加工效率，提升了成型質(zhì)量。

航空大型復(fù)合材料加筋壁板結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)線采用環(huán)型物流產(chǎn)線布局，如圖1所示。按照制造產(chǎn)品的每一個(gè)工藝周轉(zhuǎn)過程，設(shè)計(jì)出初步布局，然后通過建模仿真模擬出布局，再對布局根據(jù)各個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)的評估，如果發(fā)現(xiàn)問題，則反復(fù)迭代，直到選擇出最好的布局結(jié)構(gòu)，最后按照選出的布局方案，進(jìn)行實(shí)施。

壁板、長桁自動(dòng)鋪帶工藝制造技術(shù)

自動(dòng)鋪帶技術(shù)是復(fù)合材料成型自動(dòng)化的典型代表，集機(jī)電裝備技術(shù)、CAD/CAM軟件技術(shù)和材料工藝技術(shù)于一體，其具有高效、高質(zhì)量、高可靠性、低成本的特點(diǎn)，公司將自動(dòng)鋪帶技術(shù)用于平面型或低曲率的曲面構(gòu)件，或者說準(zhǔn)平面型復(fù)合材料構(gòu)件的鋪疊制造，特別適合大尺寸和復(fù)合材料長桁構(gòu)件的制造，減少了拼裝零件的數(shù)目，節(jié)約了制造和裝配成本，降低了材料廢品率和制造工時(shí)。此外，在長桁自動(dòng)鋪帶完成后，利用超聲刀按照理論外形進(jìn)行切割，如圖2所示；切割后的長桁坯料通過熱隔膜成型機(jī)預(yù)成型，如圖3所示，通過長桁翻轉(zhuǎn)組合夾具組合成完整的T型長桁并填充0°纖維。保證了壁板成型質(zhì)量以及長桁定位準(zhǔn)確。

長桁與蒙皮組合自動(dòng)化技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用尚屬首次，對未來開拓研制民用飛機(jī)中機(jī)身翼盒具有突破性意義。蒙皮采用自動(dòng)鋪帶工藝鋪疊，鋪疊完成后與長桁進(jìn)行組合。該壁板零件通過翻轉(zhuǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所有長桁整體翻轉(zhuǎn)定位組合。翻轉(zhuǎn)平臺(tái)包括升降塔、長桁夾持與翻轉(zhuǎn)組件、定位組件等部分，如圖4所示。公司通過該項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用擺脫了傳統(tǒng)單根長桁的處理和定位。實(shí)現(xiàn)了所有長桁膠接面的統(tǒng)一處理以及芯材的填充。采用上述技術(shù)除了提高了制造效率和操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度外，翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)還保證了所有長桁的定位精度，精度達(dá)到0.5mm以內(nèi)，處于行業(yè)領(lǐng)先地位。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形柔性切割技術(shù)

復(fù)合材料壁板多為薄壁弱剛性零件，復(fù)材零件成型后都會(huì)存在一定的彈性變形，導(dǎo)致壁板輪廓存在一定公差，時(shí)常發(fā)生零件與銑切系統(tǒng)無法定位、零件與系統(tǒng)貼合較差、銑切力較大造成零件位置發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致零件報(bào)廢。沈飛公司通過復(fù)合材料專用的柔性銑切系統(tǒng)，綜合考慮壁板制造過程中的定位基準(zhǔn)、柔性夾持系統(tǒng)的理論定位以及固化變形后造成的形面曲率變化等因素，通過處理激光雷達(dá)所測量到的壁板數(shù)據(jù)并生產(chǎn)匹配度高的實(shí)際數(shù)模，對實(shí)際數(shù)模進(jìn)行數(shù)控編程，利用此程序完成后續(xù)對復(fù)合材料壁板的數(shù)控加工工作。這種利用激光雷達(dá)測量結(jié)果逆向建模后再重新規(guī)劃數(shù)控加工路徑的方法兼顧高效和自動(dòng)化的特點(diǎn)，極大地提升了復(fù)合材料壁板的加工精度問題。突破了大曲率壁板類零件外形切割技術(shù)，大大提高了壁板制件的外形尺寸精度，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

全尺寸高精度外形檢測技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)零件外形的高效、精準(zhǔn)檢測，采用非接觸式數(shù)字化檢測手段—激光雷達(dá)對壁板外形進(jìn)行檢測。通過此項(xiàng)技術(shù)為后續(xù)復(fù)合材料制件的數(shù)字化檢測提供了應(yīng)用場景。激光雷達(dá)測量系統(tǒng)硬件由雷達(dá)主機(jī)、控制器、UPS電源和移動(dòng)計(jì)算機(jī)工作站組成，軟件為SA（Spatial Analyzer）軟件。激光雷達(dá)可完成大尺寸遠(yuǎn)距離自動(dòng)化測量，其距離測量范圍一般為1m~30m，垂直角度范圍測量+/-45°，水平角度范圍測量+/-180 °，距離不確定度為10μm+2.5μm/m。壁板的測量狀態(tài)為在銑切夾具銑切完成后的狀態(tài)，壁板內(nèi)型面朝上進(jìn)行測量。通過此項(xiàng)技術(shù)為后續(xù)復(fù)合材料制件的數(shù)字化檢測進(jìn)一步提供了應(yīng)用場景。

在生產(chǎn)線布局合理規(guī)劃的基礎(chǔ)上，打通了復(fù)合材料壁板制造自動(dòng)化生產(chǎn)的核心技術(shù)壁壘，在提高生產(chǎn)效率的同時(shí)極大地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，可具備大型復(fù)合材料加筋壁板自動(dòng)化制造能力，為未來國內(nèi)復(fù)合材料生產(chǎn)提供了技術(shù)支持和實(shí)踐途徑，引領(lǐng)復(fù)合材料零件制造向智能制造邁進(jìn)。

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