CN109228375A - 一种蒙皮、蒙皮制备模具、蒙皮成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒙皮、蒙皮制备模具、蒙皮成型方法，所述蒙皮包括材质为复合材料的蒙皮本体，所述蒙皮本体由外层蒙皮、内层蒙皮层叠而成，且内层蒙皮上还设置有为槽体的变形部，所述变形部的开口端朝向外层蒙皮所在的一侧。所述蒙皮的结构设计使得其在满足结构设计有利于提高整体刚度的同时，制造工艺难度更为简单、同时结构重量轻、尺寸精度更好；所述模具用于制备所述蒙皮，所述成型方法为利用所述模具制备所述蒙皮的方法。

Description

一种蒙皮、蒙皮制备模具、蒙皮成型方法

技术领域

本发明涉及结构材料技术领域，特别是涉及一种蒙皮、蒙皮制备模具、蒙皮成型方法。

背景技术

无人机的应用领域及其广泛，在监控、侦查及测绘等领域都发挥着越来越多的作用。目前无人机的竞争主要集中在航时与航程上，增加航程降低能量消耗直接可行的办法就是减轻飞行器的重量。随着应用领域的深入和技术的发展，复合材料已经被广泛应用于火箭、飞机等军事领域。复合材料的使用使得无人机的减重有了很大的空间。如何将复合材料特性与结构设计结合，在减重的同时实现结构强度的提升成为需要不断优化问题。

现有技术中，如申请号为201020267341.2的实用新型专利所述，采用特定形式的加强筋条，在重量轻的前提下，可有效提升整体蒙皮结构的刚度；申请号为201711419393.X的发明专利申请公开了一种无人机复合材料机翼整体壁板的成型工装及其成型方法，该工装及成型方法可用于在复合材料上得到加强筋条。

对蒙皮的结构设计作进一步优化，以方便复合材料的制造、优化其性能等，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述提出的对蒙皮的结构设计作进一步优化，以方便蒙皮的制造、优化其性能等，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题的问题，本发明提供了一种蒙皮、蒙皮制备模具、蒙皮成型方法，所述蒙皮的结构设计使得其在满足结构设计有利于提高整体刚度的同时，制造工艺难度更为简单、同时结构重量轻、尺寸精度更好；所述模具用于制备所述蒙皮，所述成型方法为利用所述模具制备所述蒙皮的方法。

本方案的技术手段如下，一种蒙皮，包括材质为复合材料的蒙皮本体，所述蒙皮本体由外层蒙皮、内层蒙皮层叠而成，且内层蒙皮上还设置有为槽体的变形部，所述变形部的开口端朝向外层蒙皮所在的一侧。

具体的，本方案中所述蒙皮本体由内层蒙皮和外层蒙皮组成，所述内层蒙皮和外层蒙皮的材料由具体的使用工况而定，优选采用碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料，针对内层蒙皮或外层蒙皮，根据使用时的受力情况，可铺覆单独一层也可为多层。本方案中，通过设置为内层蒙皮上还设置有为槽体的变形部，所述变形部的开口端朝向外层蒙皮所在的一侧，在内层蒙皮和外层蒙皮层叠后，所述变形部部分即形成一个腔体，以上腔体部分即为本蒙皮上的刚度强化部分，相对于现有技术的压层结构，本方案中，外层蒙皮起到维型作用，内层蒙皮的结构设计可有效提高蒙皮整体的刚度，以使得本方案具有较大的维型承载作用。由于内、外层蒙皮层叠后形成空心结构，结构高度比蒙皮的面板高出数倍，截面的刚度随之以几何级数增大，使得本方案在具有较大的维型承载作用的同时，比直接采用压层板加厚来提高刚度的形式有明显减重作用。

本方案相对于蜂窝夹芯结构，应用蜂窝夹芯材料虽然刚性高，但工艺难度大，胶接粘合过程中用胶量过多容易造成胶合剂渗入夹芯层中造成结构重量增加，且固化成型后蜂窝夹芯层结构既不能直接观测其胶接情况，也不能采用常规方法进行修补或局部更换，且普通夹芯结构与面板材料性质相异层间性能较差，在外载荷作用下，面板和芯材会产生分层使得力学性能全面下降。本方案提供的蒙皮结构设计，内、外层蒙皮可由材料性质一致的复合材铺层组成，结构形式简单层间性能较好，且由于仅包括内层蒙皮和外层蒙皮，更为简单的结构可使得蒙皮整体在完成连接后不易分层，且在内、外层蒙皮材料性质相同的情况下，如内、外层蒙皮采用粘接的连接方式，便于修补及观察胶接情况。故本方案中，优选采用内、外层蒙皮采用粘接的连接方式；内、外层蒙皮的材料性质相同。

本方案相对于通过在壁板上胶接粘合复材加强筋及工字梁的形式，现有技术中由于胶合面为狭长带状分布，粘接面狭窄易分层且定位复杂需工装辅助。本方案提供的蒙皮结构中，由于内层蒙皮与外层蒙皮层叠，故内层蒙皮与外层蒙皮更大的接触面积可使得两者的相对位置精度更高，如采用粘接连接内层蒙皮与外层蒙皮，两者的粘接面更大，传力形式合理，重量更轻，整体性更好。且本方案的结构设计中，可由用于成型外层蒙皮外表面的阴模及用于成型内层蒙皮内表面的阳模紧压合模成型整体蒙皮，无需工装定位，降低了工艺难度。

本方案中，优选设置为内层蒙皮和外层蒙皮均为整体成型，作为本领域技术人员，采用现有技术中针对复合材料成型蒙皮的手糊成型，真空辅助成型，压模成型等形式，均可保证内层蒙皮和外层蒙皮的加工精度，以上加工精度配合内层蒙皮与外层蒙皮较大的配合面积，可使得最终成型的蒙皮本体具有较高的尺寸精度和形状精度。

作为所述的一种蒙皮进一步的技术方案，作为一种可进一步优化蒙皮本体刚度的具体实现方案，所述槽体为环形槽或凹槽。

作为外层蒙皮与内层蒙皮具体的连接形式，设置为：所述外层蒙皮与内层蒙皮粘接连接。

优选的，为提高内层蒙皮与外层蒙皮的配合精度，本方案中，所述变形部以外的其他位置，内层蒙皮与外层蒙皮均相贴配合，且采用粘接连接时，为使得本方案具有更为合理的传力形式，所述粘胶覆盖所有相贴配合的区域。

优选的，为避免应力集中，设置为：所述外层蒙皮、内层蒙皮的表面均为光滑面。

同时，本发明还公开了一种蒙皮制备模具，该模具用于制备如上任意一项所提供的蒙皮，所述模具包括用于制备内层蒙皮的第二阴模，所述第二阴模的模腔壁面上设置有形状突变部，所述形状突变部为模腔壁面上的突出部或凹陷部，所述形状突变部用于形成所述变形部。本方案为以上蒙皮的制备模具，作为本领域技术人员，由于本方案中内层蒙皮的结构设计应使得其与外层蒙皮配合后，得到蒙皮本体上的刚度加强部分，即内层蒙皮相较于仅为匹配安装位置曲面的复合材料蒙皮，结构更为复杂，故采用包括所述形状突变部的第二阴模，用于通过第二阴模得到尺寸和形状精度高的内层蒙皮。

作为所述的一种蒙皮制备模具进一步的技术方案，还包括用于制备内层蒙皮的第二阳模，所述第二阴模的模腔壁面上设置有突出部，所述第二阳模的模腔壁面上设置有凹陷部，所述第二阴模与第二阳模相互配合得到用于制备内层蒙皮的型腔，且第二阴模与第二阳模相互配合相互配合时，所述突出部嵌入所述凹陷部中。本方案提供了一种具体的模具实现形式，作为本领域技术人员，由于上述内层蒙皮和外层蒙皮需要为延伸的板材，一般情况下为曲面板材，而在变形部位置，亦需要内层蒙皮具有一定的厚度，故本方案中，通过所述第二阴模和第二阳模约束内层蒙皮的两侧，以使得尺寸和形状精度高的内层蒙皮。同时，本模具的具体方案实际上为优选方案，如采用均具有第二阴模或第二阳模，通过手糊成型的方式也可得到内层蒙皮，但相较于本方案得到完成的内外侧型腔腔壁，本方案所得内层蒙皮尺寸和形状精度更高。

作为完整的技术方案，还包括用于制备外层蒙皮的第一阴模。作为本领域技术人员，由于外层蒙皮的形状相较于内层蒙皮更为简单，故采用第一阴模即可得到尺寸和形状精度满足要求的外层蒙皮。作为本领域技术人员，如设置于第一阴模匹配的第一阳模围成用于制备外层蒙皮的模腔，亦可达到进一步提高万层蒙皮制作精度的目的。

同时，本发明还公开了一种蒙皮成型方法，该方法利用以上任意一项所提供的模具，制备以上任意一项所述的蒙皮，所述成型方法包括蒙皮层制备步骤及蒙皮层连接步骤，所述蒙皮层制备步骤为分别制备出所述的外层蒙皮和内层蒙皮；

所述蒙皮层连接步骤为完成外层蒙皮和内层蒙皮的层叠。以上方法即为制作所述蒙皮的方法。

作为所述的一种蒙皮成型方法进一步的技术方案，所述层叠为：利用成型外层蒙皮外表面的模具约束外层蒙皮的外侧、采用成型内层蒙皮内表面的模具约束内层蒙皮的内侧，通过紧压合模的方式，完成外层蒙皮和内层蒙皮的层叠。本方案中，若通过第一阴模约束外层蒙皮的外侧，通过第二阳模约束内层蒙皮的内侧，这样，可利用第二阴模的模腔壁面、内层蒙皮内侧与外侧、外层蒙皮内侧与外侧、第一阴模的模腔壁面，使得外层蒙皮和内层蒙皮具有理想的层叠精度。

作为一种易于实现、蒙皮各点传力更为均匀，且成型后尺寸精度高的技术方案，设置为：所述外层蒙皮和内层蒙皮粘接连接，在完成所述紧压合模后，将紧压合模得到的由模具、内层蒙皮、外层蒙皮四者形成的组合体放入烘箱进行固化成型；

固化成型完成后进行脱模得到复合材料蒙皮本体。

本发明具有以下有益效果：

本方案提供的蒙皮结构设计使得其在满足结构设计有利于提高整体刚度的同时，制造工艺难度更为简单、同时结构重量轻、尺寸精度更好；所述模具用于制备所述蒙皮，所述成型方法为利用所述模具制备所述蒙皮的方法；

本方案提供的蒙皮可应用于无人机翼面，机身，整流机罩，雷达罩，舱盖等部位达到有效的减重效果。

附图说明

图1是本发明所述的一种蒙皮制备模具一个具体实施例中，第一阴模的结构示意图；

图2是本发明所述的一种蒙皮一个具体实施例中，外层蒙皮与内层蒙皮层叠而形成的蒙皮本体的结构示意图；

图3是本发明所述的一种蒙皮制备模具一个具体实施例中，反映第二阴模与第二阳模各自结构及配合关系的分解图；

图4是本发明所述的一种蒙皮制备模具一个具体实施例中，反映第一阴模与第二阳模各自结构、第一阴模与第二阳模配合用于完成外层蒙皮与内层蒙皮紧压合模时四者相对位置或配合关系的分解图，该分解图中，各部件剖视；

图5是本发明所述的一种蒙皮制备模具一个具体实施例中，反映第一阴模与第二阳模各自结构、第一阴模与第二阳模配合用于完成外层蒙皮与内层蒙皮紧压合模时四者相对位置或配合关系的分解图，该分解图中，各部件均为立体图，且图5与图4两者对应同一具体实施例。

图中的附图标记分别为：1、第一阴模，2、第二阴模，3、第二阳模，4、形状突变部，5、外层蒙皮，6、内层蒙皮，7、蒙皮本体，8、变形部。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图2、图5和图4所示，一种蒙皮，包括材质为复合材料的蒙皮本体7，所述蒙皮本体7由外层蒙皮5、内层蒙皮6层叠而成，且内层蒙皮6上还设置有为槽体的变形部8，所述变形部8的开口端朝向外层蒙皮5所在的一侧。

具体的，本方案中所述蒙皮本体7由内层蒙皮6和外层蒙皮5组成，所述内层蒙皮6和外层蒙皮5的材料由具体的使用工况而定，优选采用碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料，针对内层蒙皮6或外层蒙皮5，根据使用时的受力情况，可铺覆单独一层也可为多层。本方案中，通过设置为内层蒙皮6上还设置有为槽体的变形部8，所述变形部8的开口端朝向外层蒙皮5所在的一侧，在内层蒙皮6和外层蒙皮5层叠后，所述变形部8部分即形成一个腔体，以上腔体部分即为本蒙皮上的刚度强化部分，相对于现有技术的压层结构，本方案中，外层蒙皮5起到维型作用，内层蒙皮6的结构设计可有效提高蒙皮整体的刚度，以使得本方案具有较大的维型承载作用。由于内、外层蒙皮5层叠后形成空心结构，结构高度比蒙皮的面板高出数倍，截面的刚度随之以几何级数增大，使得本方案在具有较大的维型承载作用的同时，比直接采用压层板加厚来提高刚度的形式有明显减重作用。

本方案相对于蜂窝夹芯结构，应用蜂窝夹芯材料虽然刚性高，但工艺难度大，胶接粘合过程中用胶量过多容易造成胶合剂渗入夹芯层中造成结构重量增加，且固化成型后蜂窝夹芯层结构既不能直接观测其胶接情况，也不能采用常规方法进行修补或局部更换，且普通夹芯结构与面板材料性质相异层间性能较差，在外载荷作用下，面板和芯材会产生分层使得力学性能全面下降。本方案提供的蒙皮结构设计，内、外层蒙皮5可由材料性质一致的复合材铺层组成，结构形式简单层间性能较好，且由于仅包括内层蒙皮6和外层蒙皮5，更为简单的结构可使得蒙皮整体在完成连接后不易分层，且在内、外层蒙皮5材料性质相同的情况下，如内、外层蒙皮5采用粘接的连接方式，便于修补及观察胶接情况。故本方案中，优选采用内、外层蒙皮5采用粘接的连接方式；内、外层蒙皮5的材料性质相同。

本方案相对于通过在壁板上胶接粘合复材加强筋及工字梁的形式，现有技术中由于胶合面为狭长带状分布，粘接面狭窄易分层且定位复杂需工装辅助。本方案提供的蒙皮结构中，由于内层蒙皮6与外层蒙皮5层叠，故内层蒙皮6与外层蒙皮5更大的接触面积可使得两者的相对位置精度更高，如采用粘接连接内层蒙皮6与外层蒙皮5，两者的粘接面更大，传力形式合理，重量更轻，整体性更好。且本方案的结构设计中，可由用于成型外层蒙皮5外表面的阴模及用于成型内层蒙皮6内表面的阳模紧压合模成型整体蒙皮，无需工装定位，降低了工艺难度。

本方案中，优选设置为内层蒙皮6和外层蒙皮5均为整体成型，作为本领域技术人员，采用现有技术中针对复合材料成型蒙皮的手糊成型，真空辅助成型，压模成型等形式，均可保证内层蒙皮6和外层蒙皮5的加工精度，以上加工精度配合内层蒙皮6与外层蒙皮5较大的配合面积，可使得最终成型的蒙皮本体7具有较高的尺寸精度和形状精度。

实施例2：

如图2、图5和图4所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：作为所述的一种蒙皮进一步的技术方案，作为一种可进一步优化蒙皮本体7刚度的具体实现方案，所述槽体为环形槽或凹槽。

作为外层蒙皮5与内层蒙皮6具体的连接形式，设置为：所述外层蒙皮5与内层蒙皮6粘接连接。

优选的，为提高内层蒙皮6与外层蒙皮5的配合精度，本方案中，所述变形部8以外的其他位置，内层蒙皮6与外层蒙皮5均相贴配合，且采用粘接连接时，为使得本方案具有更为合理的传力形式，所述粘胶覆盖所有相贴配合的区域。

优选的，为避免应力集中，设置为：所述外层蒙皮5、内层蒙皮6的表面均为光滑面。

实施例3：

如图1、图2、图5和图4本实施例提供一种蒙皮制备模具，该模具用于制备如上实施例1和实施例2任意一项所提供的蒙皮，所述模具包括用于制备内层蒙皮6的第二阴模2，所述第二阴模2的模腔壁面上设置有形状突变部4，所述形状突变部4为模腔壁面上的突出部或凹陷部，所述形状突变部4用于形成所述变形部8。本方案为以上蒙皮的制备模具，作为本领域技术人员，由于本方案中内层蒙皮6的结构设计应使得其与外层蒙皮5配合后，得到蒙皮本体7上的刚度加强部分，即内层蒙皮6相较于仅为匹配安装位置曲面的复合材料蒙皮，结构更为复杂，故采用包括所述形状突变部4的第二阴模2，用于通过第二阴模2得到尺寸和形状精度高的内层蒙皮6。

作为所述的一种蒙皮制备模具进一步的技术方案，还包括用于制备内层蒙皮6的第二阳模3，所述第二阴模2的模腔壁面上设置有突出部，所述第二阳模3的模腔壁面上设置有凹陷部，所述第二阴模2与第二阳模3相互配合得到用于制备内层蒙皮6的型腔，且第二阴模2与第二阳模3相互配合相互配合时，所述突出部嵌入所述凹陷部中。本方案提供了一种具体的模具实现形式，作为本领域技术人员，由于上述内层蒙皮6和外层蒙皮5需要为延伸的板材，一般情况下为曲面板材，而在变形部8位置，亦需要内层蒙皮6具有一定的厚度，故本方案中，通过所述第二阴模2和第二阳模3约束内层蒙皮6的两侧，以使得尺寸和形状精度高的内层蒙皮6。同时，本模具的具体方案实际上为优选方案，如采用均具有第二阴模2或第二阳模3，通过手糊成型的方式也可得到内层蒙皮6，但相较于本方案得到完成的内外侧型腔腔壁，本方案所得内层蒙皮6尺寸和形状精度更高。

作为完整的技术方案，还包括用于制备外层蒙皮5的第一阴模1。作为本领域技术人员，由于外层蒙皮5的形状相较于内层蒙皮6更为简单，故采用第一阴模1即可得到尺寸和形状精度满足要求的外层蒙皮5。作为本领域技术人员，如设置于第一阴模1匹配的第一阳模围成用于制备外层蒙皮5的模腔，亦可达到进一步提高万层蒙皮制作精度的目的。

实施例4：

本实施例提供一种蒙皮成型方法，该方法利用以上实施例3提供的任意一项所提供的模具，制备以上实施例1和实施例2提供的任意一项所述的蒙皮，所述成型方法包括蒙皮层制备步骤及蒙皮层连接步骤，所述蒙皮层制备步骤为分别制备出所述的外层蒙皮5和内层蒙皮6；

所述蒙皮层连接步骤为完成外层蒙皮5和内层蒙皮6的层叠。以上方法即为制作所述蒙皮的方法。

作为所述的一种蒙皮成型方法进一步的技术方案，所述层叠为：利用成型外层蒙皮5外表面的模具约束外层蒙皮5的外侧、采用成型内层蒙皮6内表面的模具约束内层蒙皮6的内侧，通过紧压合模的方式，完成外层蒙皮5和内层蒙皮6的层叠。本方案中，若通过第一阴模1约束外层蒙皮5的外侧，通过第二阳模3约束内层蒙皮6的内侧，这样，可利用第二阴模2的模腔壁面、内层蒙皮6内侧与外侧、外层蒙皮5内侧与外侧、第一阴模1的模腔壁面，使得外层蒙皮5和内层蒙皮6具有理想的层叠精度。

作为一种易于实现、蒙皮各点传力更为均匀，且成型后尺寸精度高的技术方案，设置为：所述外层蒙皮5和内层蒙皮6粘接连接，在完成所述紧压合模后，将紧压合模得到的由模具、内层蒙皮6、外层蒙皮5四者形成的组合体放入烘箱进行固化成型；

固化成型完成后进行脱模得到复合材料蒙皮本体7。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种蒙皮，包括材质为复合材料的蒙皮本体(7)，其特征在于，所述蒙皮本体(7)由外层蒙皮(5)、内层蒙皮(6)层叠而成，且内层蒙皮(6)上还设置有为槽体的变形部(8)，所述变形部(8)的开口端朝向外层蒙皮(5)所在的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种蒙皮，其特征在于，所述槽体为环形槽或凹槽。

3.根据权利要求1所述的一种蒙皮，其特征在于，所述外层蒙皮(5)与内层蒙皮(6)粘接连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种蒙皮，其特征在于，所述外层蒙皮(5)、内层蒙皮(6)的表面均为光滑面。

5.一种蒙皮制备模具，其特征在于，该模具用于制备权利要求1至4中任意一项所提供的蒙皮，所述模具包括用于制备内层蒙皮(6)的第二阴模(2)，所述第二阴模(2)的模腔壁面上设置有形状突变部(4)，所述形状突变部(4)为模腔壁面上的突出部或凹陷部，所述形状突变部(4)用于形成所述变形部(8)。

6.根据权利要求5所述的一种蒙皮制备模具，其特征在于，还包括用于制备内层蒙皮(6)的第二阳模(3)，所述第二阴模(2)的模腔壁面上设置有突出部，所述第二阳模(3)的模腔壁面上设置有凹陷部，所述第二阴模(2)与第二阳模(3)相互配合得到用于制备内层蒙皮(6)的型腔，且第二阴模(2)与第二阳模(3)相互配合相互配合时，所述突出部嵌入所述凹陷部中。

7.根据权利要求5所述的一种蒙皮，其特征在于，还包括用于制备外层蒙皮(1)的第一阴模(1)。

8.一种蒙皮成型方法，其特征在于，该方法利用权利要求5至7中任意一项所提供的模具，制备权利要求1至4中任意一项所述的蒙皮，所述成型方法包括蒙皮层制备步骤及蒙皮层连接步骤，所述蒙皮层制备步骤为分别制备出所述的外层蒙皮(5)和内层蒙皮(6)；

所述蒙皮层连接步骤为完成外层蒙皮(5)和内层蒙皮(6)的层叠。

9.根据权利要求8所述的一种蒙皮成型方法，其特征在于，所述层叠为：利用成型外层蒙皮(5)外表面的模具约束外层蒙皮(5)的外侧、采用成型内层蒙皮(6)内表面的模具约束内层蒙皮(6)的内侧，通过紧压合模的方式，完成外层蒙皮(5)和内层蒙皮(6)的层叠。

10.根据权利要求9所述的一种蒙皮成型方法，其特征在于，所述外层蒙皮(5)和内层蒙皮(6)粘接连接，在完成所述紧压合模后，将紧压合模得到的由模具、内层蒙皮(6)、外层蒙皮(5)四者形成的组合体放入烘箱进行固化成型；

固化成型完成后进行脱模得到复合材料蒙皮本体(7)。