Royal Engineered Composites是一家位于Minden的制造商，有令人印象深刻的复合材料生产能力。近期，它又在处理大规模零部件的能力方面大展身手。

工程经理Tim O'Dey说，几年前，Royal便已发现了诸如发动机罩和推力反向器系统等大型复合航空航天部件方面的商机，有意扩大产能承担这类工作。但公司仅有在生产尺寸较小的类似复合材料部件方面的经验是不够的，其现有产能根本无法承担如此巨大的工作。

图1  支持Royal公司接纳更大组件加工的另一个关键是这个ASC Process Systems出品的反应釜。这个最大的ASC高压釜可以安装在厂房里

于是，Royal公司采取了一个大胆的举动来给自己定位，以赢得这种类型的工作。它最近完成了三项设施扩展计划的第一项。第一项扩展计划为高棚建筑，使其总建筑面积增加到82 000 ft2(1 ft2=0.093 m2)。最令人难以置信的是，该公司做出这些投资时，手里并没有它所相信会有的那类大型生产任务的采购订单。

Royal Engineered Composites于1949年创办，曾用名为Royal Plastic，专业从事塑料热成型。2010年改名，把业务重点转移到复合材料部件，主要用于航空中，如推力反向器门、夹芯板组件、整流罩和雷达天线罩等部件的加工。

通常，复合材料部件的制造工艺，是数控切割多层复合铺层材料。它们是配套好了送到一间洁净室里，在模具中用手敷层成型的。Royal公司的洁净室有激光投影仪，可精确地把激光轮廓投射到敷层模具上，工人依照此轮廓给各层定位。铺层完成后，该组件被放在聚酯薄膜袋里输送至高压釜中，在充满氮气的环境中加热加压，进行固化。固化完成后，将组件从袋中取出，根据设计进行修整和钻孔。

在这种制造过程中，每样东西都得达到超大型化，以便公司接纳所想象的大工件。例如，ASC Process Systems出品的新高压釜比厂里的其他五个高压釜都大得多。该高压釜安装于2013年秋天，直径12 ft(1 ft=30.5 m)，长30 ft。O'Dey先生说，这是可以安装在厂房里而无需在现场建造的最大的ASC高压釜(图1)。

新的高压釜不仅可用于固化较大的部件，它在每个固化周期还可以处理比厂内其他高压釜更多的小部件。它有更多的真空出口和热电偶端口，除实现上述用途外，还实现了安全系统，用于在釜门打开之前把氮完全清除出釜。否则，大量的氮气泄漏会导致人身事故。

过去，Royal在数控镂铣床或普通机床上进行修整、钻孔和锪孔工作。为了适应大型部件的加工，公司添置了Flow Aerospace Systems出品的复合材料加工中心(CMC)，进行五轴水刀切割和传统铣削，其XYZ行程为21.3 ft×8.2 ft×3.3 ft(图2)。

图2  这台是Flow Aerospace Systems公司出品的复合材料加工中心（CMC），同时具有五轴联动水刀切割和铣削功能

此CMC是在1991年版本的基础上开发的，是带有双五轴水刀和铣削主轴头的龙门式机床。Flow公司的总工程师Mark Saberton说，此机床是安装在美国的第一台Size B型设备，相比过去的机型，它反映了一些设计上的改进(图3)。

B型版本采用了模块化设计，可以添加X轴导轨，额外延长机床的纵向行程。安装此CMC时也考虑到将来能够方便地添加Flow公司的Flexible Header System(柔性接头系统)。这种可重构的夹具系统具有多个制动器，可以提升到不同的Z轴高度以容纳异形部件。该系统可以代替或减少对传统真空夹具的需求。

图3  Royal公司的CMC是第一台安装在美国的由Flow公司出品的Size B型。其模块化设计允许添加额外的X轴导轨，延长机床的纵向行程

O'Dey先生说，Royal公司对高压磨料水刀切割有兴趣，因为它在加工如碳纤维增强塑料(CFRP)、凯夫拉复合材料和石英环氧复合材料等方面有特别的优势。由石榴石磨料介质用作水刀的“刀刃”，因为新鲜介质不断引入射流中，水刀的刀刃就会始终锋利，而传统的镂铣和钻削刀刃会磨损，会导致工件脱层或毛边。磨损的刀具也会给工件带进热量，复合材料特别难散热。没有产生大量切屑将热量从低热导性材料中带走，热积累会带来树脂燃烧的危险。

水刀加工的切削力还不到传统机械加工的1/10。这意味着水刀加工组件的固定装置不需要常规铣削所要求的那么笨重。而传统铣削加工复合材料必须处理的粉尘问题对水刀来说也不是问题。

CMC的水刀头不同于一般水刀设备上用的刀头。传统的机床在其切割床的格栅下有一水箱在水刀穿透工件后吸收它。而CMC没有水箱，而是有一个与车间地面一般高的坚实的钢床。捕获杯收集切割产生的废料并真空抽进一个分离过滤器。它还可以防止喷出物无意中射穿工件其他一些地方或伤及车间人员。

然而，在设计水刀夹具时，必须考虑到这个C形捕获杯。夹具必须在工件的背面提供出入口，为此杯留有空间。这就是说，在一些场合中，由于杯的干扰，仅有工件的一部分可通过水刀加工。在这种情况下，工作必须由CMC铣头来完成。

Royal在CMC上仍面临优化夹具设计方面的问题，公司还得升级此机床的探测能力。目前探测包用于设置过程中准确定位机床的夹具。这是通过探测被加工在夹具里的各种定位球进行的。然而，探测包还得升级，以使加工过程中的测量能正常进行。O'Dey先生说，他还想添置一台起重机，在新大楼能更方便地搬运大型夹具，并把它们安装在CMC上。O'Dey先生暗示，下次再来时保证能看到改进工艺流程的又一新成果。公司会很快开始在车间使用iPad或其他平板电脑，努力实现无纸化，并确保车间人员都能用到所有必要的工作信息。