CN100434892C - 光固化成形的树脂-金属复合型飞机风洞模型制作与装配 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光固化快速成形的树脂—金属复合型飞机风洞模型制作工艺。该工艺运用光固化快速成形方法加工各飞机风洞树脂模型部件；根据定位模板孔和与之配合的圆柱销来实现金属固化套筒的精确定位；利用树脂注射灌注，并用紫外光照射，完成金属固化套筒与树脂飞机模型部件的固化粘接；采用树脂—金属复合型连接件及其装配工艺将飞机各树脂模型部件精确定位并连接装配。本发明不仅降低风洞模型制造成本，加快飞机风洞实验和飞机设计的速度，还增加模型各树脂部件间的连接强度，提高模型装配的精度，而且复合型连接件定位精确，可重复利用，拆装、更换十分方便，可以实现一次制作多次吹风的目的，便于大规模实验数据的采集。

Description

光固化成形的树脂-金属复合型飞机风洞模型制作与装配

技术领域

本发明属于航空工业风洞实验与空气动力学模型制造技术领域，涉及一种基于光固化快速成形的树脂-金属复合型飞机风洞模型制作与装配工艺。

背景技术

目前，飞机风洞模型的制造一般采用金属材料通过数控切削加工，然后进行钳工打磨、抛光、喷漆等处理。采用传统的金属材料数控加工方法制造风洞模型，制造周期长，制造成本高。国外的航空和航天公司的实验和地面试验部门正在寻求一种为了减少风洞模型制造的时间和成本的新制造技术，其中主要方向是研究快速成形技术在风洞实验模型制造上的应用。

美国国家航空航天局兰利研究中心(NASA Langley Research Center)提供了一种可供选择的方案，他们采用光固化快速成形技术(SLA)制作整体式的小尺寸航天飞机风洞模型，这种方案既能减轻模型的重量，同时又提高设计速度，降低成本。但是，当前快速成形系统的最大加工尺寸还不能满足与飞行雷诺数接近的大尺寸飞机风洞模型实验的需求，同时为了方便风洞天平和各种传感器的安装，飞机风洞模型的一些部件还需要进行分体加工，而且其组件安装操作十分复杂，协调组装时间长，以及飞机风洞模型的各部件装配连接处的强度不够、紧固不牢，并且装配精度不高，安装位置不准确，这些都将降低风洞实验数据的准确度，延缓飞机设计的进度。

发明内容

为了克服以上技术所存在的模型制造成本高、周期长，拆装复杂、定位不准及装配质量差等缺陷或不足，本发明的目的在于，利用申请人在光固化快速成形技术的优势，将光固化快速成形技术应用到风洞实验模型的制造，提出一种基于光固化快速成形的树脂-金属复合型飞机风洞模型制作与装配工艺。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：

一种光固化快速成形的树脂-金属复合型飞机风洞模型制作与装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先采用光固化快速成形方法加工飞机风洞模型的各组成部件，材料采用液态光敏树脂，由激光引发链式固化反应，制成树脂模型部件；并以数控机床加工金属材料的固化套筒、轴套、定位模板、圆柱销；

(2)制备树脂-金属复合型连接件，树脂-金属复合型连接件的结构分为树脂层和金属层，其树脂层采用光固化快速成形方法加工，金属层采用数控机床加工，并利用改性的丙烯酸酯胶将树脂层和金属层粘接；

(3)利用定位模板上的定位孔和与之配合的圆柱销将固化套筒定位；固化套筒定位后，套上轴套，注射光敏树脂灌注，并用紫外光照射，使固化套筒与树脂模型部件粘接固化，待光敏树脂完全固化后，除去轴套、圆柱销及定位模板；

(4)将树脂-金属复合型连接件的金属层与树脂模型部件上的插槽贴合装配，树脂层与另一树脂部件贴合装配，并用螺栓紧固连接各树脂部件；

(5)飞机风洞模型全部装配完毕后进行后处理，其处理方法是在模型组件各连接处的气流浸润面涂抹腻子或其它填涂材料，填抹平后进行表面修磨处理即可。

本发明不仅降低风洞模型制造成本，加快飞机风洞实验和飞机设计的速度，还增加模型各树脂部件间的连接强度，提高模型装配的精度，而且复合型连接件定位精确，可重复利用，并且拆装、更换十分方便，可以实现一次制作多次吹风的目的，便于大规模实验数据的采集。

附图说明

图1为金属固化套筒精确定位示意图；

图2为复合型连接件粘接与装配示意图；

图3为风洞模型树脂部件间连接、组装示意图。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

根据风洞实验要求，一般将飞机风洞模型分为机身、机头、机翼、尾翼、堵块等部件。本发明运用激光引发液态光敏树脂发生链式固化反应的光固化快速成形方法与工艺加工各飞机风洞树脂模型部件。根据定位模板孔和与之配合的圆柱销来实现金属固化套筒的精确定位，利用树脂注射灌注，并用紫外光照射，完成金属固化套筒与树脂飞机模型部件的固化粘接，采用树脂-金属复合型连接件及其装配工艺将飞机各树脂模型部件精确定位并连接装配。

本发明的实质内容是：

本发明将飞机风洞模型各机身、机头、机翼、尾翼、堵块和复合型连接件树脂层等零部件均采用光固化快速成形方法加工，材料采用液态光敏树脂，由激光引发链式固化反应。基于光固化快速成形工艺加工飞机各风洞模型组件具有加工成本低，尺寸精度高，表面质量好，模型保形逼真等优点。

金属材料的固化套筒的精确定位方法是：以弦平面作为套筒和模板的轴向定位面，以安装边界面辅助模板的孔位来确定套筒的径向位置。将定位模板与树脂模型弦平面、部件安装边界面贴合，模板定位孔数控加工而成，装入销钉、套上套筒来确定连接套筒的径向方向，以实现精确定位。套筒最大长度不高于粘接孔所在的飞机外形面，防止对模型外形造成影响，而后在销钉上插入金属轴套，对树脂粘接剂流入固化套筒沉孔起预防作用。

金属固化套筒和树脂模型的粘接方法是：在固化套筒外表面滚网纹，加大胶体与表面的镶嵌作用，以增强粘接性能；套筒外表面与粘接孔的连接间隙取值可调整。为了方便黏性树脂的注射或对光敏树脂进行充分的紫外光照射，而同时还要保证粘接强度，可根据粘接孔的高度调节连接间隙。套筒定位粘接前需要打磨粘接孔，以除去表面杂质，增加粘接面的粗糙度，从而增大粘接强度。同时，在定位模板表面铺一层塑料薄膜，以增加模板表面光洁度，防止树脂胶体与定位模板胶联。

树脂-金属复合型连接件制作方法：将其分割成上下两部分，与弦平面贴合部分采用金属材料，外形规则设计，方便加工；与树脂部件外形面配合部分采用树脂光固化快速成形方法加工，金属与树脂粘接成复合型连接件整体，同时采用金属设置通孔结合树脂设置凸台的方式完成上下部分的粘接定位。复合型连接件上树脂孔径两倍于金属孔径，金属孔径与树脂部件上固化套筒通孔直径一致，这样，与套筒沉孔可使用螺栓进行配合连接。这种设计既有利于降低加工成本，又可以增强结合面的连接强度。

飞机风洞模型的装配工艺是：采用树脂-金属复合型连接件进行装配连接飞机风洞模型的各树脂部件。以精确定位的金属固化套筒作为径向定位基准，复合型连接件的金属端与树脂插槽修配，树脂端与另一树脂部件贴合装配，并用螺栓紧固连接各树脂部件。这种装配工艺提高模型的各树脂部件间装配质量，从而提高飞机风洞模型的整体制作精度，以便获取准确的风洞实验数据。

为了更具体说明飞机风洞模型各树脂部件和复合型连接件的制造、定位、固化粘接以及装配的工艺，下面是发明人给出的具体实施例。

本实施例的制作与装配工艺主要遵循以下步骤进行：

(1)飞机风洞模型中的树脂部件5与树脂部件18采用光固化快速成形方法加工，轴套1、固化套筒3、定位模板6以及圆柱销2采用数控机床加工，在固化套筒3外表面上滚出网纹。

(2)参照图1，图1为金属固化套筒精确定位示意图，将定位模板6装入树脂部件5的凹槽内，圆柱销2插入定位模板6的定位孔内，安装在树脂部件5上的树脂孔内，然后将固化套筒3和轴套1先后套入到圆柱销2上。再将光敏树脂4用注射器分步浇灌入树脂部件5上的树脂孔内，并用紫外光照射一段时间，直至树脂完全固化后，先后取出轴套1、圆柱销2和定位模板6，此时固化套筒3已精确定位并完全固化到树脂部件5上。同理，重复步骤(2)，将套筒15固化到树脂部件18上。

(3)参照图2，图2是复合型连接件粘接与装配示意图，在树脂层11的下表面涂抹改性丙烯酸酯胶10，然后将金属层9按照定位凸台通孔配合的方式用力压在树脂层11上一段时间后平放于工作台，让树脂-金属复合型连接件8完全固化。

(4)将复合型连接件8上的金属层9插入金属层片插槽7内，树脂层11随之固定在树脂部件5上，然后用十字槽凹穴六角头螺栓12连接复合型连接件8和固化套筒3，并用六角螺母13紧固。如图2所示。

(5)参照图3，图3是树脂部件间连接、组装示意图，把树脂部件18带凹槽的表面缓慢贴合在复合型连接件8的金属层9的表面上，然后用十字槽凹穴六角头螺栓16连接树脂部件18和复合型连接件8，再用六角螺母17紧固。

(6)最后，分别在树脂部件5和树脂部件18上各连接处的气流浸润面涂抹腻子14或其它填涂材料，填抹平后进行表面抛光处理即可。

Claims (1)

1.一种光固化快速成形的树脂-金属复合型飞机风洞模型制作与装配工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先采用光固化快速成形方法加工飞机风洞模型的各组成部件，材料采用液态光敏树脂，由激光引发链式固化反应，制成树脂模型部件；并以数控机床加工金属材料的固化套筒、轴套、定位模板、圆柱销；

(2)制备树脂-金属复合型连接件，树脂-金属复合型连接件的结构分为树脂层和金属层两部分，其树脂层采用光固化快速成形方法加工，金属层采用数控机床加工，并利用改性的丙烯酸酯胶将树脂层和金属层粘接在一起；

(3)利用定位模板上的定位孔和与之配合的圆柱销将固化套筒定位；固化套筒定位后，套上轴套，注射光敏树脂灌注，并用紫外光照射，使固化套筒与树脂模型部件粘接固化，待光敏树脂完全固化后，除去轴套、圆柱销及定位模板；

(4)将树脂-金属复合型连接件的金属层与树脂模型部件上的插槽贴合装配，树脂-金属复合型连接件的树脂层与风洞模型的树脂模型部件贴合装配，并用螺栓紧固连接各树脂模型部件；

(5)飞机风洞模型全部装配完毕后进行后处理，其处理方法是在模型组件各连接处的气流浸润面涂抹腻子，填抹平后进行表面修磨处理即可。

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