[摘要]隨着先進複合材料技術和工藝技術的迅速發展，複合材料在飛機上的應用比例穩步增長，應用部位從非承力、次承力結構向主承力和核心部件擴展，本文總結了近年來推動複合材料發展的先進材料技術和製造工藝技術。
1.引言
航空複合材料是一種由高強度、高剛度增強材料構成的新型材料，具有良好的抗疲勞性、抗腐蝕性等一系列優點。複合材料是綜合權衡飛機減重、性能、成本三方面因素的理想材料，在飛機上大量應用可以明顯減輕飛機的結構重量，提高飛機的性能。
2.航空先進複合材料發展分析
複合材料原材料方面，航空用各種樹脂基複合材料水平有大幅度提高。在碳纖維材料方面，大絲束12k、24k已逐漸代替3k及6k，高強度的T700S及T800S已開始廣泛生產。以977-3/IM7和3900/T800S為代表的環氧樹脂複合材料已發展到第二代，其CAI達到245～315MPa，堪稱首屈一指。以5250-4/IM7為代表的雙馬基高温複合材料已發展到第二代，工作温度達到177℃，廣泛用於飛機高温部位。
聚酰亞胺複合材料廣泛用於發動機高温部位，缺點是含二氨基二苯甲烷（MDA）有毒，美國研究出無MDA的預浸帶可用於發動機及飛機；因鈦合金稀缺，聚酰亞胺預浸帶正研究用來代替500℃以下的鈦合金。美國Amber公司開發的C740阻燃氰酸乙酯樹脂與碳纖維組成的材料固化後工作温度可達344℃，可用作無人機S-100的尾噴管及發動機。
3.航空複合材料先進工藝技術發展分析
航空複合材料先進工藝技術方面，數字化技術、自動化技術、低成本技術以及先進工藝裝備的應用和發展，推動了複合材料工藝技術從以手工製造、模擬量傳遞為特徵的傳統≮≯技術迅速轉變為以自動化製造、數字量傳遞為特徵的先進技術，目前在航空複合材料中得到廣泛認可和推廣應用的先進製造技術如下：
3.1數字化技術廣泛應用
採用數字量形式對產品進行全面描述和數據傳遞，實現了設計與製造之間的無縫對接。目前複合材料構件數字化製造主要體現在預浸料自動下料、激光鋪層定位和纖維自動鋪放等方面。
3.2自動化技術迅猛發展
自動鋪疊可成型超大尺寸和形狀複雜的複合材料製件，而且質量穩定，工件淨近成形，加工切削加工及原材料耗費減少。自動鋪帶及絲束鋪放的材料利用率達到80%～97%，而手工鋪層的材料利用率僅為40%，先進鋪帶技術可降低製造成本30%～50%。據統計，2001年前全球只有不足100台自動化複合材料鋪層機，到2007年全球擁有自動化複合材料結構製造用機器人設備250台。2007年大型民機複合材料結構只有43%是用自動化製造的，預計10年內將達到64%。
複合材料自動化技術包括自動鋪帶技術（ATL）和自動鋪絲（AFP）技術。目前最先進的第五代鋪帶機是帶有雙超聲切割刀和縫隙光學探測器的十軸鋪帶機，鋪帶寬度最大可達到300mm，鋪帶速度達（1.3～20.4）kg/h，生產效率可達到手工鋪疊的數十倍。所有波音787翼面及翼盒構件均採用自動鋪帶技術製造。
針對複雜雙曲率型面，由Hercules率先開發了自動絲束鋪放（ATP）。其結合了自動鋪帶和纖維纏繞技術的優點，鋪束頭把纏繞技術所用的不同預浸紗束獨立輸送和鋪帶技術所用的壓實、切割、重送功能結合在一起，由鋪束頭將數根預浸紗束在壓輥下集束成為一條寬度可變的預浸帶，然後鋪放在芯模表面，鋪放過程中加熱軟化預浸紗束並壓實定型。目前最新的Viper6000系統可以鋪放並控制32個纖維束，每束寬3.2mm，鋪層帶寬達到10.2cm，鋪絲速度可達6.8～11.3kg/h，最高可達23kg/h，絲束的鋪放精度達到±1.3mm。
除廣泛採用自動化鋪層設備外，還廣泛採用了大型自動化高速噴水切割機、超聲切割機、數控自動化鑽鉚機、大型剪切螺栓緊固機等。
3.3液態成型、非熱壓罐固化等多種工藝日趨成熟
VARTM技術是目前液態成形技術中發展得較為完善的一種，在CRJ700/900支線飛機、A380、787機身後壓力隔框及A400M貨艙門上廣泛應用了VAP技術，纖維體積密度達到65%，孔隙率小於0.2%。非熱壓罐固化雖會使纖維體積含量減少，但其影響甚小，如在VARTM技術中，單向帶及織物的纖維體積含量已分別達到60%和56%，而熱壓罐固化所能達到的相應值也僅為62%和58%。
較之VARTM和RTM更接近傳統方法的是採用為非熱壓罐固化開發的專用預浸料，然後在固化爐中固化。目前，先進複合材料公司的首個熱壓罐外固化複合材料MTM44-1已取得空客認可用做結構件。
3.4先進無損檢測技術的應用
複合材料製件無損檢測設備主要需要配置大型超聲C掃描設備和X光無損檢測設備。此外激光剪切攝影及激光超聲檢測也是主要發展方向。
在超聲檢驗技術上最重要的進展之一是相控陣檢驗的開發。相控陣超聲檢驗與傳統超聲檢驗相比，改進了探測的概率，並明顯加快了檢驗速度。
波音及空軍實驗室等採用了一批先進的無損檢測技術。波音公司的移動式自動掃描機（MAUS）C掃描系統，檢測速度9.3m2/h；空軍實驗室的激光超聲檢驗速度是水浸超聲探傷的10倍。此外還有電子剪切成像、相控陣超聲等多種方法。
3.5大型工藝裝備的建立
波音787的機翼固化用熱壓罐8m×40m，機身固化熱壓罐9m×23m。A380固化用熱壓罐9m×42m，為世界之最。此外還有Viper6000自動鋪放機、大型噴水切割機、隔膜成形機以及自動鑽鉚機等也是重要的大型設備。
大型構件的模具重量太大，重達45360kg，採用複合材料作模具，使波音787的後機身模具重量降低60%。目前還在開發氣相沉積薄殼鎳基合金模具，低温固化複合材料制的模具、碳泡沫模具以及納米技術改性模具等。
3.6手工鋪層在次承力結構製造中仍不可替代
手工鋪層在定貨量小，質量要求高的場合仍廣泛應用。它的優點是可使蒙皮厚度有大的變化，進行局部加強。目前手工鋪層使用了許多專用設備來控制和保證鋪層的質量，如複合材料預浸料自動剪裁下料系統、鋪層激光定位系統等，從而將依賴於樣板的製造過程轉變為可根據複合材料設計軟件產生的數據文件進行全面運作的製造過程。在某些形狀複雜的次承力構件製造中，手工鋪層仍是不可取代的。手工鋪層的缺點是要求鋪層人員有很高的技藝和施工經驗，手工鋪貼費工費時，效率低、成本高（佔總成本的1/4），難以適應大批量生產和大型複雜複合材料製件的生產要求。
4.結論
先進複合材料在飛機上的應用和發展很大程度上取決於複合材料技術和工藝製造技術的快速進步。在目前及未來一段時期內，在適當保留傳統手工製造的基礎上，耐高温、耐腐蝕、高強度等高性能複合材料及數字化、自動化、低成本製造技術是航空複合材料發展的主要方向。
參考文獻
[1] 益小蘇。先進複合材料技術研究與發展[M].國防工業出版社，2016，（5）.
先進製造技術內涵廣泛、學科交叉，並且不斷地發展與完備，在激烈的國際市場競爭中，製造業要求生存和發展，必須掌握併科學運用最先進的製造技術。先進製造技術也是改造傳統產業的有力武器。先進製造技術的發展與產業化，將對國民經濟的發展產生越來越大的影響。本文主要分析了當今我國先進製造技術的特點及發展趨勢，介紹了當今製造技術面臨的問題，論述了先進製造的前沿科學，並展望了先進製造技術的發展前景。製造業在國家企業生產力構成中佔很大比重，因此若想增強綜合國力，大力發展製造技術是必由之路。
關鍵詞：先進製造 特點 發展現狀 趨勢
0引言：
先進製造技術(Advanced Manufacturing Technology，簡稱為AMT)是指微電子技術、自動化技術、信息技術等先進技術給傳統制造技術帶來的種種變化與新型系統[1]。具體地説，就是指集機械工程技術、電子技術、自動化技術、信息技術等多種技術為一體所產生的技術、設備和系統的總稱。主要包括：計算機輔助設計、計算機輔助製造、集成製造系統等。AMT是製造業企業取得競爭優勢的必要條件之一，但並非充分條件，其優勢還有賴於能充分發揮技術威力的組織管理，有賴於技術、管理和人力資源的有機協調和融合。
1先進製造技術的特點：
1.1實用性： 首先先進製造技術應該能夠為我們所用，是實用的，而不是觀念上得東西，能夠真正為人類造福的。其是一項面向工業應用並且兼備有實用性的新技術， 它的發展是針對某一具體制造業的需求而發展起來的先進的、適用的製造技術 ， 它有明確的需求導向的特徵， 其應用特別注意產品最好的實際效果 ， 以提高製造業的綜合經濟效益和社會效益為最終目的。
1.2先進性： 其次，從他的命名來看，他顯然應當具有先進性，這符合社會的發展，能夠帶動社會的生產力的前進才是他的關鍵所在。它從傳統的工藝發展而來 ， 既保留了過去製造技術中的有效要素， 又吸收了各種高新技術的最新成果 ， 並與新技術實現了局部或系統集成，先進製造技術的核心是優質、高效、低耗、清潔、靈活的工藝， 這些工藝也必須是經過優化的先進工藝 。
1.3 廣泛性：再者，他應當具有廣泛的應用，而不是單單用於某個狹窄的方面或者是個狹窄的技術。他應當能夠為現在生產製造的絕大部分所使用，這樣才能體現先進製造技術的存在價值，才能激發科學研究者去研究發展它的決心。 先進製造技術是由計算機技術、設計技術、自動化技術、系統管理技術組成， 滲透到產品的設計、製造、生產組織、市場營銷及回收再生等所有領域及其全過程。
1.4動態特性： 而且先進製造技術是一類技術，而不是單指某項技術，擁有一定的目標。是一個技術羣， 並且是針對一定的應用目標 ， 不斷地吸收各種高新技術逐漸形成的新技術 ， 因此這個技術羣是一個動態技術 ， 不同時期有不同的特點 ， 通過不同形式發展不同國家和地區的製造技術。
1.5集成性： 先進製造技術由於專業、學科間的不斷滲透、交叉、融合 ， 界限逐漸淡化甚至消失 ， 技術趨於系統化 ， 已發展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術於一體的新興交叉學科 。
1.6效益、成本和質量的統一性： 先進製造技術能對市場變化作出敏捷的反應， 提出提高產品勞動生產率的有效途徑 ， 並且將其轉變為以時間為核心的效率、成本、質量的有機結合， 使其達到高度的統一 ，最終在市場競爭中立於不敗之地[2]。
2先進製造技術目前的發展及幾種常見的技術介紹：
我國現階段正大力發展先進製造技術，但是與國外頂尖技術還是有一定的差距，把我國的製造技術提高上去才能真正增強國家的綜合實力，才能真正提高國家的科技競爭力，所以應當大力發展先進製造技術。
2.1主要的核心技術及發展情況：
2.1.1快速成形， 英文是Rapid Prototyping， 是當代先進製造技術的一種。 快速成形技術是計算機輔助設計及製造技術、逆向工程技術、分層製造技術(SFF)、材料去除成形(MPR)材料增加成形(MAP)技術以及它們的集成。 通俗一點説， 快速成形就是利用在三維造型軟件中已經設計的數字三維模型， 通過快速成型設備(快速成形機)， 製造實體的三維模型的技術。
快速成形技術有以下特點：
(1)製造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用
(2) 原型的複製性、互換性高
(3) 製造工藝與製造原型的幾何形狀無關，在加工複雜曲面時更顯優越 [3]
(4) 加工週期短，成本低，成本與產品複雜程度無關，一般與傳統加工模型的工藝相比， 快速成形在製造費用上可以降低80%，加工週期可以節約70%以上
(5) 高度技術集成，可實現了設計製造一體化
曾經和目前仍然為主流的快速成形技術有以下幾種：
2.1.2立體光刻技術 (SL/SLA)
SLA的工作原理是以液態光敏樹脂 (例如一種特殊的環氧樹脂)為造型材料，採用紫外激光器為能源：一種是氦一福激光器 (波長 325nm，功率15~50MW)，另一種是氨離子激光器(波長351~365nm，功率 100~500MW )，激光束光斑大小為0.05~3mm。由CAD設計出三維模型後將模型進行水平切片，分成為成千上萬個薄層，生成分層工藝信息，按計算機所確定的軌跡，控制激光束的掃描軌跡，使被掃描區域內的液態光敏樹脂固化，形成一層薄固體截面後，升降機構帶動工作台下降一層高度，其上覆蓋另一層液態光敏樹脂，接着進行第二層激光掃描固化，新固化的一層牢固地粘在前一層上，就這樣逐層疊加直到完成整個模型的製作。一般每個薄層的厚度0.07~0.4mm，模型從樹脂中取出後，進行最終硬化處理加以打光、電鍍、噴漆或着色等即可。
發展趨勢：穩步發展。 SL/SLA技術的缺點在於材料成本和設備維護成本十分高昂。因為紫外激光器的使用壽命只能維持在1年左右， 同時作為成形材料的光敏樹脂也需要每年更換， 僅此兩項便需要每年50萬人民幣以上的維護成本。 此外， SL/SLA快速成形設備結構複雜， 零件眾多， 日常的維護保養也十分不易。 但是， 由於SL/SLA技術的成形精度非常高， 可以製造十分細小的模型或表面特徵， 這一項優勢似的SL/SLA技術仍然具有十分廣闊的應用前景。
2.1.3 薄材疊層成形技術 (LOM)
薄材疊層成形技術是通過
對原料紙進行激光切割與粘合的方式來形成零件的。其工藝是先將單面塗有熱熔膠的紙通過加熱輥加壓粘結在一起，此時位於其上方的激光器按照分層CAD模型所獲得的數據，將一層紙切割成所制零件的內外輪廓，然後新的一層紙再疊加在上面，通過熱壓裝置，將下面已經切割的層粘合在一起，激光再次進行切割。切割時工作台連續下降，切割掉的紙片仍留在原處，起支撐和固化作用，紙片的一般厚度為0.07~0.1mm。該方法特點是成形速率高，成本低廉。
發展趨勢：已經淘汰。
LOM技術是快速成形技術發展過程中曾今為了尋找成本相對低廉， 精度相對合理的解決方案的一種嘗試性探索。 客觀而言， LOM設備的成形精度適中， 可以製造一些具有表面紋路的模型， 同時， 成形速度也相對較快。 但是， 由於LOM技術的材料利用率很低(10%-20%)， 使得實際的材料成本並不便宜。 此外， LOM設備的穩定性和安全性也存在嚴重隱患，在實際運行過程中， 紙質、木質和PVC材料在激光照射極易着火， 引起事故。 因此， 目前LOM技術在全世界範圍內已經幾乎停止使用。
2.1.4選區激光粉末燒結技術 (SLS)
選擇性激光燒結 (SLS)的成形方法是。在層面製造與逐層堆積的過程中，用激光束有選擇地將可熔化粘結的金屬粉末或非金屬粉末 (如石蠟、塑料、樹脂沙、尼龍等)一層層地掃描加熱，使其達到燒結温度並燒結成形；當一層燒結完後，工作台降下一層的高度，鋪下一層的粉末，再進行第二層的掃描，新燒結的一層牢固地粘結在前一層上，如此重複，最後燒結出與CAD模型對應的三維實體。選擇性激光燒結 (SLS)突出的優點在於它是以粉末作為成形材料，所使用的成形材料十分廣泛，從理論上來説，任何被激光加熱後能夠在粉粒間形成原子間連接的粉末材料都可以作為SLS的成形材料。
發展趨勢：停滯不前。
2.1.5熔融沉積成形技術 (MEM)
MEM的基本原理是：加熱噴頭在計算機的控制下，根據截面輪廓信息作X--Y平面運動和高度Z方向的運動，絲材 (如塑料絲、石臘質絲等)由供絲機構送至噴頭，在噴頭中加熱、熔化，然後選擇性地塗覆在工作台上，快速冷卻後形成一層截面輪廓，層層疊加最終成為快速原型。用此法可以製作精密鑄造用蠟模、鑄造用母模等。
發展趨勢：快速發展。
MEM是在相對近期發展處的快速成形技術， 其有點在於安全性高， 設備穩定性高， 成形精度高而運行成本低。 因為含有特殊配方的ABS工程塑料本身的物理和化學性質， 使得MEM技術製作的模型具有很好的強度和韌度， 可以經受鍛造、鑽孔、打磨等高強度的測試。 加之ABS絲材成本相對低廉， 設備設計簡潔， 維護方便等優勢， 使得MEM技術目前後來居上， 成本工人的應用最廣泛的快速成形技術。
摘要：文章以探討機械模具數控加工製造技術角度出發，研究如何在充分有效地利用該項技術的情況下保證產品質量、提高工作效率，併為此提出合理建議與對策。
關鍵詞：機械化；模具；加工製造
1數控加工製造技術的簡述
1.1數控機牀工藝
數控機牀工藝指包含一系列在數控機牀加工的零件與工序內容。數控機牀工藝分支眾多，可以按照零件加工方式與部位的不同進行劃分，也可以按照粗加工與精加工的方式進行概述，甚至能按照所需刀具進行分類。
1.2數控編程技術
數控編程技術指各類機牀、車牀、車削、銑削等加工過程中涉及到的編程應用與分析。隨着我國製造行業的日益壯大，自動編程正在逐漸取代傳統手工編程，但不代表學員可以忽視交互式圖形編程技術打下的基礎。
2機械模具數控加工製造技術的意義
2.1對於機械模具數控加工製造技術所應用的加工過程
傳統手工模式除了需要對工件刀具進行裝卸以外還需對編碼進行手動計算、輸入、追蹤，現今自動編碼被大規模應用，常規、機械的程序輸入可以採用自動代替手工，使得裝備時間與無效工作大幅度減少，同時避免了人工操作時可能造成的誤差與疏忽。由於自動化對加工過程中刀具裝卸等環節進行的優化，人工輔助時間減少，主軸轉速得到增加，進給量範圍也隨之擴大。由於數控機牀本身所具有的剛性特質，強力切削效果得到加強，大大減少機械模具所需的加工週期。
2.2保證零件加工精度，提高產品質量
由於數控機牀在機械模具加工製造過程中的數控化，大部分作業由數碼編程取代人工操作，因此相對而言避免了人工操作存在的誤差。但不代表自動化可以完全取代人工操作，由於機械模具不會重複開模的特殊性，為了保障零件精度以及產品質量，避免無效投入，指令代碼的設置與編輯程序必須由人工進行反覆確認，甚至需要在加工前需要進行人工活動來處理一些零件結構。在應用數控機牀加工過程中，有效對機械模具數控加工製造技術進行提升、改進，同時結合人工與數控化，能使產品價值獲得極大提升。在設計模具的前提下，利用數控數據技術對圖紙進行反覆測繪與計算，也應該合理應用新一代閉環補償技術使得機械模具在加工過程中更加精準。
3機械模具數控加工製造技術的應用
3.1數控車削加工技術的應用
車牀按照結構、佈局、工藝等劃分分類各有不同，但主要工具是車刀。由於機械模具的槓桿類零件大部分屬於金屬物件，因此企業使用電腦編程對車牀進行導柱加工等常規操作。在最初的數控車削加工技術的應用中，該項技術的侷限性也十分明顯。由於車牀本身耐熱性變形導致的熱誤差和幾何誤差使得加工模具精確度大大降低，經過數控技術改進後，現代化高智能計算機通過建立數學模型進行誤差補償，不僅提高了受到硬件設施制約的精確度，還減少了人工作業過程中造成的加工失誤。
3.2數控銑削加工技術的應用
數控銑削加工技術運用範圍較廣，由於現今製造業所需的零件越來越複雜，擁有多軸數控銑牀的加工技術被廣泛運用。數控銑牀對外形較複雜、多槽等特性零件進行金屬冷加工時，可有效使刀具處於高速旋轉的狀態下作業。因此數控銑削加工技術所帶來的便利使數控銑牀對金屬進行冷加工時能更精準、更完善地完成高水平加工處理。
3.3數控電火花加工技術的應用
數控電火花加工技術作為機械模具加工製造技術的主導技術，其原理主要是利用脈衝電源與工具電極及絕緣墊的正負電荷導向性，對工件的型孔、型腔進行加工。電火花加工技術包含成形、切割、磨削等方面，作為機械模具加工技術的主導，電火花加工技術經濟成本相對較低，且穩定性能得到保障。如今的電火花技術發展到數控階段，使得工作人員能對電解質、對電參數等得到一個相對而言較為精準的控制程度。而工具電極形狀與運動受到數控的調節，因而各種複雜的型面均能用電火花技術進行加工。
4結語
為了滿足越來越多的製造業需求，機械模具數控加工製造技術有必要進行提升精度與完善體系，新一代技術的應用與推廣將進一步提高我國製造業產品質量、工作效率，從而對促使我國行業發展、經濟繁榮具有積極意義。
參考文獻
［1］王鋭。探討機械模具數控加工製造技術研究［J］.科技風，2017，（8）：30-41.
［2］李偉。機械模具數控加工製造技術研究［J］.南方農機，2018，（4）：28-31.
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