复合材料自动铺带技术现状与研究进展

第27卷第4期2011年8月机械设计与研究

Machine Design and Research Vol．27No．4Aug．，2011

收稿日期：2011－03－11

基金项目：国家自然科学基金资助优秀创新研究群体项目（50821003）

文章编号：1006-

2343（2011）04-060-06复合材料自动铺带技术现状与研究进展

姚俊1，孙达2，姚振强3，张普3，张满朝3，史瑞航

3

（1．上海电气集团股份有限公司中央研究院，上海200023，

E-mail ：zhe@sjtu．edu．cn ；2．上海重型机床厂有限公司上海200245；

3．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240）

摘要：复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料，复合材料低成本制造技术是目前国际复合材

料技术领域的核心问题之一，

自动铺带技术作为复合材料成型自动化的典型代表，已成为飞机复合材料翼面壁板技术的标准，大飞机项目已经立项，自动铺带技术必将成为我国提高飞机复合材料用量的一项关键技术。本

文对自动铺带装备的基本构成、

铺放工艺原理与自动铺放技术的发展历程、工业应用现状、发展趋势进行了较全面的介绍与讨论，

最后展望了自动铺带技术在我国的发展前景。关键词：复合材料；自动铺带；铺带头中图分类号：TP273文献标识码：A

Current Situation and Research Progress of Automated

Tape-Laying Technology for Composites

YAO Jun 1，SUN Da 2，YAO Zhen-qiang 3，ZHANG Pu 3，ZHANG Man-chao 3，SHI Rui-hang 3

（1．Shanghai Electric Group Co．，Ltd．，Central Academe ，Shanghai 200023，China ；2．Shanghai Heavy Duty Machine Tool Works Co．，Ltd．，Shanghai 200245，China ；

3．The State Key Lab of Mechanical System and Vibration ，Shanghai Jiao Tong University ，Shanghai 200240，China ）

Abstract ：Composites have become the main structure materials of the new generation of aircraft ，low-cost composites manufacturing technology is one of the core issues in the field of international composites technology ，as one typical representative of composites molding automation technologies ，automated tape-laying （ATL ）technology has become a technical standard for composite wing panel．The large aircraft project has been approved ，and automated tape-laying technology will be a key technology to improve the application in aircraft composites．In this paper ，basic composition ，laying process principle ，industrial application ，development course and trend of ATL is fully introduced and discussed．Finally the development outlook of ATL technology in China is prospected．

Key

words ：composites ；automated tape-laying ；tape laying head

先进树脂基复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性和工艺性好等特点，尤其适用于大型结构及整体结构，是理想的航空结构材料，其在飞机上的用量日益增多，应用范围也从次承力结构（舱门、整流罩、安定面等）扩展到主承力结构（机翼、机身等），国外四代机的复合材料用量占结构重量的24% 40%，

A380超过20%，B787达50%，目前，复合材料已成为新一代飞机机体的主体结构材料

［1－5］

。复合材料低成本制造技术是目前国际复合材料技术领域的核心问题之一，包括材料技术低成本、设计技术低成本和制造技术低成本；涉及多种复合材料成型技术，如缠绕成型、铺放成型（铺带、铺丝）、拉挤、编织、缝合和树脂传递模塑成型（RTM ）等等。自1985年至今，降低成本的结构设计/材

料/制造一体化技术和成形工艺技术一直是复合材料低成本制造技术的研究重点，而自动化成型技术是将结构设计、材料和制造连为一体的纽带和桥梁，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，极大提高了复合材料构件质量的可靠性和稳定性，实现了CAD /CAM /CAE 技术在复合材料制造领域的应用和发展，并为复合材料构件制造系统的整体优化奠定了基础

［5－12］

。

自动铺带技术是复合材料成型自动化的典型代表，集机电装备技术、CAD /CAM 软件技术和材料工艺技术于一体，其具有高效、高质量、高可靠性、低成本的特点，主要用于平面型或低曲率的曲面型构件，或者说准平面型复合材料构件的层铺制造，特别适合大尺寸和复杂构件的制造，减少了拼装零件的数目，节约了制造和装配成本，极大地降低了材料的废品率和制造工时。