CN106273547A - 一种具有机舱盖和ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺，设计与加工大曲率框架式模具，采用激光定位大曲率机舱盖和蒙皮铺放的坐标，并且划线标记。铺放机舱盖预浸料并且固化，脱模修边。铺放层压板蒙皮，裁剪机舱盖的位置。激光定位泡沫位置并且标记。铺贴长桁填充泡沫胶膜和泡沫，进行长桁铺贴。辅助材料封装抽真空，进行热压罐整体固化。本发明可以保证舱盖的尺寸精度，可以彻底消除固化过程中长桁在大曲率蒙皮上的移动和变形缺陷。

Description

一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺

技术领域

本发明属于航空工业复合材料成型技术领域，涉及一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺。

背景技术

先进复合材料具有高比强度、高比模量、耐疲劳、多功能、各向异性和可设计性、材料与结构的同一性等优异性能，自上世纪60年代年问世以来，先进复合材料很快获得广泛应用，成为航空航天四大材料之一。复合材料成型工艺有多种形式，如手糊玻璃钢成型、缠绕成型、挤压成型、RTM成型、VARI成型、热压罐成型、模压成型等等，航空领域方面采用相对较多的是热压罐成型工艺，压力均匀，产品质量稳定。

中国专利201010609685.1公布了一种复合材料部件框、梁和蒙皮整体固化成型方法。该方法采用橡胶衬模技术保证了长桁内部复杂结构压力的均匀性和内表面质量，解决了二次交接成型中梁和蒙皮之间接合处的界面效应。但是该工艺中橡胶气囊压力传导性能相对较差，不能完全保证其下面的层压板压实；气囊两段是金属片固定，中间部位容易变形，可能会导致整体固化时长桁中间变形；该工艺中气囊具有一定的自身重力，因此可能导致热压罐成型过程中长桁有局部的移动；长桁内部填充气囊工艺相对复杂，并且气囊制造成本较高，因此该工艺具有一定的局限性。

现代无人机使用带有长桁、机舱盖的大曲率复合材料蒙皮取代金属材料可以有效减轻飞机自身重量，降低燃料消耗，同时减小长桁、机舱盖和蒙皮之间紧固件的连接数量，从而有效的增加无人机航程。但是具有长桁和机舱盖的大曲率复合材料蒙皮形状较为复杂，通过常规的固化方法成本较高，周期较长；同时长桁和机舱盖的形状和位置不易控制，会出现长桁局部变形和机舱盖无法正常装配的缺陷。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺。

技术方案

一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用与复合材料制件的热膨胀系数相匹配的殷钢或复合材料加工框架式支撑结构模具，模具的外形与要加工的产品外形相一致，包括机舱盖及位置；

在模具型面上喷涂聚乙烯醇脱模剂；

步骤2：采用激光定位大曲率机舱口盖2和蒙皮1铺放的的铺贴线；

步骤3、铺放：按照激光定位的位置铺贴口盖蒙皮预浸料，并按工艺组合要求进行固化，将固化的舱盖按照模具上口盖大小划痕线进行剪裁，最后按舱盖位置再粘贴在舱盖表面上；按产品脱模要求对模具表面进行处理；

步骤4：在模具表面铺贴壁板的外蒙皮1；

步骤5：按设计要求加工Ω长桁8；

步骤6：用激光定位Ω长桁8位置，并在相应位置铺贴相应的胶膜9，在胶膜9上放置相应的Ω长桁8泡沫夹芯材料；

步骤7：按产品设计要求在相应的泡沫行条8上铺贴相应厚度的蒙皮预浸料，

步骤8：进行热压罐固化蒙皮；

步骤9：产品脱模，分离机舱口盖2与蒙皮并裁边。

所述固化工艺采用分段升温，第一升温阶段的升温速率为2℃/min，第二升温阶段升温速率为1.5℃/min，然后降温，降温速率为1.5℃/min；每段升温的温度值和保温时间根据碳纤维预浸料的材料指标要求。

有益效果

本发明提出的一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺，设计与加工大曲率框架式模具4，采用激光定位大曲率机舱盖2和蒙皮1铺放的坐标，并且划线标记。铺放机舱盖预浸料并且固化，脱模修边。铺放层压板蒙皮，裁剪机舱盖的位置。激光定位泡沫3位置并且标记。铺贴长桁填充泡沫胶膜7和泡沫3，进行长桁铺贴。辅助材料10封装抽真空，进行热压罐整体固化。

本发明专利可以保证舱盖的尺寸精度，可以彻底消除固化过程中长桁在大曲率蒙皮上的移动和变形缺陷。

附图说明

图1：工艺流程图

图2：具有机舱盖和Ω长桁的大曲率蒙皮结构示意图

图3：激光定位标线示意图

图4：曲率舱盖铺贴示意图

图5：大曲率蒙皮铺贴示意图

图6：填充泡沫、Ω长桁预装配示意图

图7：固化时Ω长桁受力示意图

1-大曲率层压板蒙皮，2-曲率机舱盖，3-Ω长桁，4-模具型面，5-内划线，6-外划线，7-曲率机舱盖口，8-长桁填充泡沫，9-胶膜，10-封装辅助材料，11-Ω长桁受力矢量。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

第一步，准备成型大曲率层压板蒙皮1框架式支撑结构模具。模具型面4材料尽可能与复合材料制件的热膨胀系数相匹配,以保证生产出的产品变形小,尺寸稳定性好，同时模具表面光滑、平整，保证产品质量。目前常用的模具主要有铝模、钢模、殷钢、复合材料等模具。铝模和钢模热膨胀系数和复合材料的热膨胀系数匹配性较差，复合材料模具的热匹配性最好，但是成本过高。殷钢模具的热膨胀系数和复合材料模具的热匹配性能相对较好，并且成本相对较低，因此选用殷钢材料模具。然后用干净棉布蘸取少量酒精或丙酮反复擦洗模具型面,然后自然晾干或用冷、热风吹干模具型面。目前有两类脱模材料，工装脱模布和脱模剂。由于大多数结构的形状相对复杂，脱模布较难贴合形状复杂的模具型面，而脱模剂是液体，所以建议使用脱模剂而非工装脱模布，本工艺使用聚乙烯醇脱模剂，一般新模具采用蜡-聚乙烯醇复合型脱模剂。涂刷聚乙烯醇脱模剂应严格按工艺规程进行,从而达到喷涂均匀、光滑和无遗漏的目的喷涂完毕后，脱模剂在模具上留下一层很薄的薄层，有点像胶衣层。

第二步，激光定位机舱盖2和大曲率层压板蒙皮1铺放位置。激光由于具有方向性、单色性、相干性好以及亮度高等特点而广泛应用于位置跟踪系统的设计。其不仅可以对静态目标进行检测，而且能对动态目标进行实时检测，目标的速度、位移检测以及轨迹的跟踪等等，因此为了保证有曲率机舱盖大曲率层压板的形状和位置尺寸精度，本工艺采用激光定位技术来确定有曲率机舱盖2的位置。根据激光定位所得数据标记曲率机舱盖2内线5和外线6。由于铺放的机舱盖预浸料在热压罐中具有热胀冷缩的特性，所以为了保证曲率机舱盖2的尺寸精度，实际铺放的预浸料尺寸应该比设计尺寸较大，外划线6是铺放实际尺寸，内划线5是设计尺寸，如图3激光定位标线示意图所示。

第三步，铺放机舱盖2碳纤维预浸料。机舱盖2不是平板机舱盖，是带有一定曲率的，所以为了保证固化过程中机舱盖2具有一定的曲率，避免内应力产生，本工艺在铺放机舱盖2预浸料是不对称铺贴，预浸料的不对称性可以保证成型机舱盖2可以达到所设计的曲率要求，如图4曲率舱盖铺贴示意图所示。在外线6的模具型面4表面喷涂脱模剂，然后按照外线6的尺寸裁剪不同角度预浸料并且以不对称的方式铺贴预浸料，最后按照封装工艺组合要求进行机舱盖2的热压罐成型固化。

第四步，铺放大曲率层压板蒙皮1，裁剪曲率机舱盖口7的位置。将第一次固化后的模具型面4的表面用丙酮清理干净，在模具型面4表面均匀的喷涂脱模剂，将上一步打磨修边处理过的曲率机舱盖2铺放在第一次固化时的内划线5的位置。按照工艺要求铺放大曲率层压板蒙皮1的预浸料，其铺层顺序为非对称结构，这样是为了保证其具有一定的曲率；在铺放预浸料的过程中要在每一层预浸料上裁剪曲率机舱盖口7，同时按照一定的工艺要求搭接好机舱盖口7和机舱盖2之间的配合尺寸精度，如图5大曲率蒙皮铺贴示意图所示。

第五步，准备长桁填充泡沫8和复合材料长桁3。热压罐固化时为了保证Ω形长桁3形状和位置，需要准备耐高温、耐高压的长桁填充泡沫8，将其固定在大曲率蒙皮上，然后将复合材料长桁3铺放在对应的填充泡沫8表面。泡沫由于耐高温和耐高压，具有一定的力学承载能力，其刚度相对于橡胶气囊更大，所以能够完全保证长桁固化时的形状；同时泡沫的力学传导能力也比橡胶气囊可靠，可以完全保证泡沫下表面的层压板压实。工艺中使用的泡沫为PMI泡沫，该泡沫是一种刚性发泡材料，具有优异的力学性能，在相同密度下，PMI泡沫的压缩、拉伸、剪切模量和强度最高；同时其具有较高的耐热变形温度，最高的耐热变形温度可以达到220℃；该泡沫易于加工，有良好的粘结性能。Ω形长桁3采用热压罐工艺成形，力学强度和尺寸精度可以满足航空标准。

第六步，激光定位长桁填充泡沫8位置。为了长桁填充泡沫8高精度定位，采用激光定位技术可以有效的解决。在铺放好的大曲率层压板蒙皮1上分别利用激光定位技术进行定位。

第七步，铺贴胶膜9和对应的长桁填充泡沫8。胶膜9的主要作用是固定长桁填充泡沫8。在大曲率层压板蒙皮1上表面铺放长桁填充泡沫8时，由于大曲率蒙皮1在侧面具有一定的斜率，同时为了保证固化后长桁泡沫8完全固定在蒙皮1上表面，所以在填充泡沫8下表面铺放相应的胶膜9，如图6填充泡沫、Ω长桁预装配示意图所示。

Ω长桁3铺贴。通过上一步已经将长桁填充泡沫8铺放并且用胶膜9将其固定，接下来需要将准备好的Ω长桁和填充泡沫8进行组装。如图6填充泡沫、Ω长桁与装配示意图所示，Ω长桁3的边缘要保证和胶膜9的余量部分一致，这样在固化的过程中可以将Ω长桁3边缘部和曲率蒙皮1完全胶接，保证成型质量，减少缺陷。在有斜率的蒙皮表面，Ω长桁3在热压罐中固化时由于其所受的Ω长桁受力矢量11呈辐射状，如图7热压罐中长桁受力示意图所示，同时由于之前胶膜9的固定作用，可以消除Ω长桁3在固化过程中的移动变形。

第八步，铺覆封装辅助材料抽真空和进行热压罐整体固化。确保封装辅助材料的面积足以覆盖整个模具型面4，并且留有一定的余量，同时用密封胶带将模具型面四周封死。在密封真空袋时，先撕去密封胶带的防粘层，然后将真空袋粘在密封胶带上。在密封时留下一定的褶皱可以确保真空袋面积足以严密契合整个模具型面。抽真空时确保真空材料内部没有拱起或者铺设不足，不然会导致部分部位树脂含量过高，影响产品结构、产生干斑等。最后整个工装送入热压罐中进行固化。

第九步，产品脱模，分离机舱口盖2与蒙皮并裁边。

所述固化工艺采用分段升温，第一升温阶段的升温速率为2℃/min，第二升温阶段升温速率为1.5℃/min，然后降温，降温速率为1.5℃/min；每段升温的温度值和保温时间根据碳纤维预浸料的材料指标要求。

通过以上步骤可以制造出合格的具有机舱盖和Ω长桁大曲率层压板蒙皮，如图2所示。

Claims (2)

1.一种具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用与复合材料制件的热膨胀系数相匹配的殷钢或复合材料加工框架式支撑结构模具，模具的外形与要加工的产品外形相一致，包括机舱盖及位置；

在模具型面上喷涂聚乙烯醇脱模剂；

步骤2：采用激光定位大曲率机舱口盖(2)和蒙皮(1)铺放的的铺贴线；

步骤3、铺放：按照激光定位的位置铺贴口盖蒙皮预浸料，并按工艺组合要求进行固化，将固化的舱盖按照模具上口盖大小划痕线进行剪裁，最后按舱盖位置再粘贴在舱盖表面上；按产品脱模要求对模具表面进行处理；

步骤4：在模具表面铺贴壁板的外蒙皮(1)；

步骤5：按设计要求加工Ω长桁(8)；

步骤6：用激光定位Ω长桁(8)位置，并在相应位置铺贴相应的胶膜(9)，在胶膜(9)上放置相应的Ω长桁(8)泡沫夹芯材料；

步骤7：按产品设计要求在相应的泡沫行条(8)上铺贴相应厚度的蒙皮预浸料，

步骤8：进行热压罐固化蒙皮；

步骤9：产品脱模，分离机舱口盖(2)与蒙皮并裁边。

2.根据权利要求1所述具有机舱盖和Ω长桁大曲率无人机壁板制造工艺，其特征在于：所述固化工艺采用分段升温，第一升温阶段的升温速率为2℃/min，第二升温阶段升温速率为1.5℃/min，然后降温，降温速率为1.5℃/min；每段升温的温度值和保温时间根据碳纤维预浸料的材料指标要求。