騰飛我的航空時代
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“我们一般不叫AFP,而是称作NB系列自动碳纤维丝铺放机床。”
庄建业笑容谦逊,神态温和,半点儿没有以往那种有点儿东风就飘上天的既视感,但这话听到老韦的耳朵里,却无异于是一记惊雷。
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自动碳纤维丝铺放机床,英文称之为Automated Fiber Placement 缩写为AFP,也就是自动铺丝机的简称。
其作用主要用于飞机、火箭、导弹等航空器或航空器复杂曲面的碳纤维复合材料的铺放成型。
属于航空航天制造领域最为高端的一类核心设备。
也正因为如此,碳纤维复合材料即便诞生了将近40年,各国也陆陆续续将其应用到各类航空航天产品中。
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可真正能把这种新材料应用好的国家却并不多。
这就好比麻将人人会打,但真正能每把稳赢的牌中高手凤毛麟角是一个道理,其本身也是有高低差别,强弱之分的。
在碳纤维复合材料的实际应用和成型产品制造也是一样。
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最低级的便是利用碳纤维复合材料生产厂生产的预制碳纤维复合材料织物,利用环氧树脂为粘合剂,根据模具形状,用人工一层一层的贴敷、压实,然后送入热压灌定型。
次一级的是碳纤维复合材料自动缠绕机,诞生于70年代,主要用于远程弹道导弹弹体的制造,以此降低导弹总体的结构重量,提高有效载荷。
美国的C—4潜射弹道导弹,D—5潜射弹道导弹,法国的M—45和正在研制的M—51两款潜射弹道导弹都采用弹体碳纤维自动缠绕工艺来生产弹体。
然而碳纤维复合材料自动缠绕机虽然能够生产诸如弹体这样规整的圆形部件,但单体内的衬板、飞机上的机翼、尾翼、方向舵等平面部件却无法制造,还需要人工用碳纤维织物一层一层的铺设。
先不说人工费有多昂贵,也不提人工的失误率,就说碳纤维织物在铺设时多出的边角料要被割掉报废的废品率就是个不小的数字。
于是从80年代开始,欧美便采用自动碳纤维复合材料带层辅机床,简称自动辅带机,英文缩写ATL,作为航空航天平面板材的自动加工设备,用于取代人工生产。
该设备核心是前端的机床辅带头,它是集带料运输、加热、施压贴紧、剪切、重送为一体的专业化带铺设备。
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正是有了这样的设备,才可以完成除了热压灌加固外,所有之前需要人工参与的铺设、粘连、剪切、压紧、成型等所有工艺。
不仅如此,由于自动辅带机自动化使得用这类设备加工碳纤维部件效率成倍的提高。
因为一般来说,人工铺放生产率平均为0.5~1.2公斤\小时,采用自动辅带机铺放则可达到20公斤\小时的生产率,足足是人工的20倍。
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至于精度就更不用说,最熟练的铺放工人也只能做到正负3毫米的误差,而自动辅带机则可做到正负1.3毫米。
耗材方面也是一样,人工铺设平均是35%的耗材,而自动辅带机的损耗只有5%,这对平均价格在280美元\公斤的碳纤维复合材料来说,绝对是很划得来的。
正是有着种种好处,自动辅带机一经问世便迅速成为欧美航空巨头的宠儿,并很快应用到实际生产中,比如说空客的A330的垂尾、美国波音777的两侧机翼和方向舵、F—22和F—18战斗机的蓬皮等等。
不过自动辅带机虽好,做个平面部件还行,但复杂的曲面就玩儿不转了,而航空器和航天器上还有很多O型部件、C型部件、雷达罩以及机头等需要保证流线型的复杂曲面。
于是欧美的工程师便将自动缠绕机与自动辅带机结合,利用机械领域的多轴联动和数控基础打造出更为先进的,也是迄今为止适应性最强的自动铺丝机。
以此来解决航空器和航天器上复杂曲面结构的碳纤维复合材料的铺放加工。
在这方面,美国波音走在最前面,在八十年代中期就开发出能够实际应用的自动铺丝机,到了八十年末,波音将该技术转让给美国的3I公司,使其实现商用化,至此自动铺丝机这项碳纤维复合材料最为顶尖的加工设备便被美国所垄断。
于是从九十年代开始,波音、洛马、诺格等航空航天巨头可以肆无忌惮的增加碳纤维复合材料在航空器上的用量,根本不考虑会不会因为解构形状而无法加工,因为美国人已经在这方面取得了制造工艺上的突破,就可以为所欲为。
什么波音777,波音787,F—22,B—2想造就造。
相比之下,欧洲就没这么随心所欲了,他们只停留在自动辅带机阶段,特别是西班牙和意大利,这两个国家在龙门式自动辅带机上技术和经验甚至比美国还要强上一筹,可惜的是,他们在自动铺丝机上被美国甩开,因此,在航空制造上总是被美国压半拍儿。
俄罗斯,包括没解体前的苏联,在碳纤维复合材料上本就不如欧美,专业加工设备方面就跟不说了,早就被甩开十万八千里,目前只具备自动缠绕机用于远程导弹的生产。
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国内的情况跟俄国差不多,只具备少量的自动缠绕机,可以实现远程导弹弹体的自动化生产,其余的需要碳纤维复合材料的地方,几乎100%都是用人工来生产,不但效率低,良品率不高不说,总体的成本还居高不下。
更重要的是生产周期长。
不说别的,美国生产一副F—22的复合材料垂尾只需2个操作员3个工作日,国内生产比垂尾小数倍的苏—27水平尾翼却需要四个8人班组三班倒一个星期才能做出来。
2个操作员3个工作日VS四个8人班组三班倒一个星期
孰优孰劣一目了然。
正因为有着如此巨大的优势,国际航空航天业内将自动铺丝机称为航空航天霸权,因为一旦拥有这样的设备,就可在航空航天制造领域具备无可睥睨的技术优势。
而现如今只有美国具备这样的霸权,换句话说,只有美国在麻将桌上打一次赢一次,其他人连赢的机会都没有。
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老韦作为军事科学院专门从事航空航天应用生产研究的专家,本以为这辈子都与这种航空航天霸权无缘,结果听庄建业这么一说,老韦敏锐的感觉到,似乎自己国家也能在麻将桌上小胡几把,但又有些不确定,便颤巍巍的小心问道:“小庄,你们真做出自动铺丝机了?”
庄建业诚恳的点头:“是的,要不各位首长一起去瞧瞧?”