圖為機(jī)器人式自動(dòng)鋪絲機(jī)。■ 受訪單位供圖

盛夏時(shí)節(jié),，萬物繁茂,。

7月12日,，北京,。中國航空制造技術(shù)研究院（以下簡(jiǎn)稱航空工業(yè)制造院）一個(gè)科研現(xiàn)場(chǎng)，大型復(fù)合材料自動(dòng)鋪放成型設(shè)備研制項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)帶頭人馮長(zhǎng)征正與技術(shù)人員一起,，對(duì)即將交付的幾臺(tái)機(jī)器人式自動(dòng)鋪絲機(jī),，進(jìn)行調(diào)試測(cè)驗(yàn)。

自動(dòng)鋪絲機(jī)可量體定制新型大飛機(jī),，主要用于飛機(jī)大型,、復(fù)雜復(fù)合材料構(gòu)件的鋪放制造，如飛機(jī)機(jī)身,、尾錐等,。

2005年，航空工業(yè)制造院開啟自主研發(fā)復(fù)合材料構(gòu)件自動(dòng)化成型裝備之旅,。2022年10月,，航空工業(yè)制造院向航空主機(jī)廠交付新一代機(jī)器人式自動(dòng)鋪絲機(jī)。經(jīng)驗(yàn)證,，技術(shù)水平比肩世界先進(jìn),，打破了這項(xiàng)技術(shù)長(zhǎng)期受制于人的困境，實(shí)現(xiàn)了“材料+工藝+設(shè)備+軟件”技術(shù)體系全鏈條貫通,。

不能被自動(dòng)鋪絲技術(shù)與裝備“卡脖子”

輕量化,，是飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。

“自重越輕,，有效載荷越多,，機(jī)動(dòng)性也越強(qiáng)?！瘪T長(zhǎng)征說,。

飛機(jī)減重,，離不開碳纖維復(fù)合材料。

每根碳纖維直徑約5微米,，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的十二分之一,。雖細(xì)，卻十分“強(qiáng)壯”,。用碳纖維制成的復(fù)合材料,，強(qiáng)度是鈦合金的兩三倍、鋁合金的4倍以上,。

采用碳纖維，飛機(jī)重量將減輕三成,。

自動(dòng)鋪絲機(jī)中的“絲”,，即指碳纖維絲束。

先進(jìn)飛機(jī),，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜,，關(guān)鍵部件制造匯聚各種工藝。

在航空工業(yè)制造院項(xiàng)目總師孫年俊的記憶里,，十幾年前,，用碳纖維復(fù)合材料造飛機(jī)部件，都是靠工人手工鋪疊,，遇到大型構(gòu)件,、復(fù)雜構(gòu)件就犯難。

“一層一層鋪疊,，做成一個(gè)飛機(jī)構(gòu)件形狀,。一層0.13毫米，一個(gè)飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件最厚要40毫米,?！睂O年俊說，手工鋪疊低效,、精度差,、材料浪費(fèi)大。

“20世紀(jì)七八十年代,，歐美國家成功研發(fā)出復(fù)合材料自動(dòng)鋪放設(shè)備,，從自動(dòng)鋪帶機(jī)，再到自動(dòng)鋪絲機(jī),，新型飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),。”孫年俊說,。

作為新飛機(jī)量產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù),，自動(dòng)鋪絲機(jī)技術(shù)與裝備一直被國外壟斷并實(shí)行技術(shù)封鎖,。

不能被“卡脖子”！航空工業(yè)制造院技術(shù)人員下定決心,，加快自主研制鋪絲機(jī),。

“這是我們的使命?！焙娇展I(yè)制造院院長(zhǎng)李志強(qiáng)說,。

然而，面對(duì)這片幾乎空白的領(lǐng)域,，如何加快國產(chǎn)鋪絲機(jī)自主研發(fā),？

14年，走出一條自主研發(fā)之路

自動(dòng)鋪絲技術(shù)是一塊難啃的“硬骨頭”,?！斑@是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及材料,、工藝,、設(shè)備及軟件，協(xié)同精準(zhǔn)度誤差不能超過0.01毫米,?！睂O年俊說。

本世紀(jì)初,，國內(nèi)企業(yè)曾陸續(xù)引進(jìn)幾套自動(dòng)鋪帶機(jī),。“鋪帶機(jī)早于鋪絲機(jī),，主要用于結(jié)構(gòu)變化小的飛機(jī)零部件鋪放,。”馮長(zhǎng)征說,。

引進(jìn)的設(shè)備,，適用性并不好，稍有改動(dòng),，就無法使用,。后續(xù)維護(hù)不僅要支付高昂的費(fèi)用，還要看國外專家的臉色,。

自主創(chuàng)新是航空強(qiáng)國的必由之路,。

自2005年起，航空工業(yè)制造院技術(shù)人員從有限的資料著手,，自主研制自動(dòng)鋪帶機(jī),。

“整臺(tái)設(shè)備數(shù)千個(gè)零部件，相互配合差之毫厘就是失敗,。我們反復(fù)對(duì)比,、驗(yàn)算不同的材料,、程序和工藝，不斷進(jìn)行相互適配的參數(shù)試驗(yàn),，終于在3年后造出了自己的工程樣機(jī),，并陸續(xù)實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用?！瘪T長(zhǎng)征說,。

2009年，航空工業(yè)制造院又將眼光瞄向自動(dòng)鋪絲機(jī),。

因構(gòu)件異形,，鋪放的絲束必須隨時(shí)變形?！耙虼?，絲束送進(jìn)裁斷、不等寬均勻鋪放絲束,，是研制自動(dòng)鋪絲機(jī)最大的難題?！睂O年俊說,。

“先找準(zhǔn)粘合劑，即預(yù)浸料,，將‘絲’粘在一起,，制成1500米長(zhǎng)的預(yù)浸絲束；在保證高速長(zhǎng)距鋪放時(shí),，按設(shè)計(jì)精準(zhǔn)裁剪,，使不等寬的絲束不變形?！瘪T長(zhǎng)征說,。

風(fēng)雨十載。2019年,，技術(shù)人員相繼攻克了“絲束送進(jìn)裁斷以及鋪放的張力,、溫度、壓力,、精度”關(guān)鍵技術(shù),。

前后14年，他們成功走出一條自主研發(fā)之路,。

3年,，成功應(yīng)用于飛機(jī)制造

2019年，為適應(yīng)國產(chǎn)飛機(jī)量產(chǎn)的迫切需求,，航空工業(yè)制造院大力實(shí)施管理創(chuàng)新,，整合各專業(yè)課題組,，搭建起一支獨(dú)立的鋪絲機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

完成工程化應(yīng)用,，艱辛一如既往,。

已交付的鋪絲機(jī)，在“絲束送進(jìn)裁斷”工序中,，有一個(gè)關(guān)鍵工具——裁刀,。

裁刀十分袖珍，長(zhǎng)18毫米,、寬8毫米,、厚0.8毫米，大小約為小手指甲蓋的一半,。

為研發(fā)這把袖珍裁刀,，團(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干馬志濤足足耗時(shí)兩年。

不同于一塊平板,，飛機(jī)大曲率異形構(gòu)件,，表面凹凸不平、薄厚不一,。

“要達(dá)到設(shè)計(jì)要求,，必須對(duì)高速鋪放的預(yù)浸絲束設(shè)置裁斷程序，快速實(shí)行‘裁’或‘不裁’,?！睂O年俊說。

這好比彈奏一支樂曲,。同一時(shí)刻,，按與不按哪個(gè)琴鍵，必須根據(jù)“樂譜”瞬間決斷,。

鋪放速度每分鐘30米,，同一時(shí)刻，毫秒級(jí)內(nèi),，十幾把裁刀要按各自的指令舞出自己的動(dòng)作,。裁慢、裁錯(cuò),、“藕斷絲連”,、不同步、跟不上鋪放速度……哪個(gè)環(huán)節(jié)出問題,，都會(huì)導(dǎo)致停機(jī),，造成鋪放質(zhì)量缺陷。難！

選什么材質(zhì)的刀,？硬度多少合適,？斷的方式是裁、剪還是斬,？動(dòng)作響應(yīng)多少毫秒,？種種難題接踵而至。

“針對(duì)一個(gè)個(gè)難啃的骨頭,，我們進(jìn)行的計(jì)算,、試驗(yàn)常以數(shù)千次計(jì)?！瘪R志濤說,。

一次次失敗，一次次重來,。

歷經(jīng)兩年攻堅(jiān),，匹配絲束裁切參數(shù)的裁刀最終研發(fā)成功。前面絲束裁斷后,，后續(xù)絲束重復(fù)送達(dá)精度達(dá)±2毫米,。

一把袖珍裁刀，僅是研制鋪絲機(jī)六大難題中的一關(guān),。

“3年來,，研發(fā)團(tuán)隊(duì)先后解決了鋪絲設(shè)備位置失準(zhǔn)、速度失恒,、張力失穩(wěn)、斷絲失離（分而不離）,、算法失靈等多個(gè)難題,，終于讓我們自主研制的高端自動(dòng)鋪絲機(jī)能夠成功應(yīng)用于飛機(jī)制造?！睂O年俊說,。

看著科研現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)即將交付的自動(dòng)鋪絲機(jī)，李志強(qiáng)信心滿懷地說：“我們將持續(xù)提升航空制造裝備技術(shù),，始終心系國之大者,，實(shí)現(xiàn)更多高端裝備自主化、國產(chǎn)化,?！?/p>